專利名稱：防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于土木工程結(jié)構(gòu)減震技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橋梁工程中設(shè)置于橋 墩與梁板間的構(gòu)件或建筑結(jié)構(gòu)耗能構(gòu)件，特別是一種用于減震耗能的金屬阻尼器。
背景技術(shù)：
當(dāng)今建筑的發(fā)展越來越趨向于高大化，由鋼構(gòu)件、組合構(gòu)件或鋼筋混凝土構(gòu)件組 成的框架結(jié)構(gòu)是建筑物中經(jīng)常被采用的結(jié)構(gòu)形式。為使建筑結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抵抗地震或風(fēng) 荷載等外力破壞的能力，經(jīng)常需要在框架結(jié)構(gòu)中增設(shè)金屬耗能構(gòu)件。而橋梁工程的發(fā)展也 越來越趨向于大型化，為保證地震時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，防止發(fā)生落橋，現(xiàn)普遍在在橋墩與 梁板的連接處設(shè)置為橡膠隔振墊，并在橋墩與梁板間配合設(shè)置耗能構(gòu)件，常見的耗能構(gòu)件 有粘滯型阻尼器、磁流變阻尼器、金屬阻尼器等。其中金屬阻尼器因其經(jīng)濟(jì)性較好，在工程 中應(yīng)用較多。目前金屬阻尼器的一般多為鋼或組合構(gòu)件的防屈曲耗能支撐形式，主要用于 承受拉力或壓力，承受剪切力的能力較弱。例如，專利號(hào)為ZL200720175235.X的中國(guó)專利 公開了一種無粘結(jié)鋼骨混凝土防屈曲耗能支撐，這種耗能支撐結(jié)構(gòu)依靠在核心鋼骨構(gòu)件外 部設(shè)置約束體，利用位于軸心處的核心鋼骨構(gòu)件承受軸向外力，此類支撐結(jié)構(gòu)是依靠核心 鋼骨構(gòu)件在外力作用時(shí)鋼材自身的拉壓屈服變形來實(shí)現(xiàn)耗能及防止建筑物被破壞的功能， 由于鋼材的彈性模量較大，因此屈服時(shí)能實(shí)現(xiàn)的變形量很小，無法適應(yīng)變形量較大的應(yīng)用。 為了解決這一問題，有研究人員設(shè)計(jì)出一種剪切型金屬?gòu)澢哪茏枘崞?，如圖1、圖2所示， 包括上連接板1、下連接板2和核心鋼耗能元件，核心鋼耗能元件的兩端分別與上連接板1 和下連接板2牢固相連，核心鋼耗能元件為平面設(shè)置的鋼板3，當(dāng)鋼板3數(shù)量多于一塊時(shí)，彼 此間相互平行設(shè)置。這種剪切型金屬?gòu)澢哪茏枘崞骼娩摬牧己玫乃苄宰冃文芰?shí)現(xiàn)耗 能，并利用鋼材的彎曲變形實(shí)現(xiàn)較大的變形量。特別是當(dāng)彎曲變形發(fā)生在鋼板的兩端時(shí)，變 形能力最佳。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)剪切型金屬?gòu)澢哪茏枘崞靼l(fā)生較大剪切變形的時(shí)候，其 核心鋼板將被拉伸；或者當(dāng)與阻尼器相連接的主體結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形的時(shí)候，阻尼器的核 心鋼板有時(shí)也將被拉伸或者壓縮。由于核心鋼板并不具備足夠的拉伸和壓縮變形能力，導(dǎo) 致出現(xiàn)核心鋼板受拉屈服或者受壓屈曲的現(xiàn)象，不能實(shí)現(xiàn)鋼板彎曲的受力模式，從而導(dǎo)致 鋼板兩端的彎曲耗能能力無法得到充分發(fā)揮，阻尼器的性能不能達(dá)到最佳。因此，市場(chǎng)迫切 要求一種能承受較大剪切力，能實(shí)現(xiàn)較大變形量，同時(shí)還能防止受拉屈服和受壓屈曲從而 保證充分耗能能力的新型金屬阻尼器。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一種可以有效防止鋼板發(fā)生拉屈或者 壓屈、從而充分發(fā)揮鋼板兩端耗能能力的防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞?。防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鞯奶卣髟谟?，包括固定在建筑結(jié)構(gòu)上的上連接板 和下連接板，以及核心金屬耗能元件，所述核心金屬耗能元件由至少一對(duì)上耗能板和下耗 能板構(gòu)成，所述上耗能板的一端與上連接板和下連接板固連，所述上耗能板的另一端與所述下耗能板的一端相互搭接，所述下耗能板的另一端與所述下連接板固連；所述上耗能板 和下耗能板與所述上連接板和下連接板垂直；所述上耗能板和下耗能板的厚度方向與建筑 或橋梁結(jié)構(gòu)承受剪切力的方向一致。所述上耗能板和下耗能板的搭接方式是分別在上、下耗能板的搭接處設(shè)置通孔或 豁孔，利用緊固件連接。當(dāng)所述核心金屬耗能元件由兩對(duì)及以上上耗能板和下耗能板構(gòu)成時(shí)，每對(duì)上耗能 板和下耗能板之間相互間隔的平行設(shè)置。當(dāng)所述核心金屬耗能元件由兩對(duì)及以上上耗能板和下耗能板構(gòu)成時(shí)，相鄰的兩對(duì) 上耗能板和下耗能板之間在搭接處彼此貼合或保持間隙設(shè)置，所有對(duì)的上耗能板和下耗能 板的搭接，是用一個(gè)緊固件貫通上耗能板和下耗能板上的豁孔而固定。所述上耗能板和下耗能板是鋼板、鉛板或形狀記憶合金。所述上耗能板和下耗能板寬度方向兩側(cè)的形狀對(duì)稱。所述上耗能板和下耗能板寬度方向兩側(cè)的形狀不對(duì)稱。所述上連接板和下連接板上分別設(shè)置有與建筑或橋梁結(jié)構(gòu)相連的連接機(jī)構(gòu)，所述 連接機(jī)構(gòu)是通孔、螺紋孔或帶有安裝孔的耳板。所述下連接板下端通過一個(gè)輔助支架與建筑或橋梁結(jié)構(gòu)連接；或上連接板上端通 過一個(gè)輔助支架與建筑或橋梁結(jié)構(gòu)連接；或下連接板下端通過一個(gè)輔助支架與建筑或橋梁 結(jié)構(gòu)連接，且上連接板上端通過另一個(gè)輔助支架與建筑或橋梁結(jié)構(gòu)連接。所述上、下耗能板與上連接板和下連接板固定連接的方式是采用焊接，在上連接 板及下連接板上分別加工出相應(yīng)數(shù)量及尺寸的凹槽，然后將所述上、下耗能板的兩端分別 插入上、下連接板的凹槽后再進(jìn)行焊接。本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞?，將作為核心鋼耗能?gòu)件的鋼板分解 成上耗能板及下耗能板，并通過緊固件將二者連接在一起，使鋼板中部的截面削弱部分強(qiáng) 度大大提高，在受力時(shí)，鋼板不會(huì)在中部發(fā)生壓屈或拉伸變形，而是產(chǎn)生以鋼板兩端變形為 主的形變，可以實(shí)現(xiàn)較大的位移。此外，本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞?，可?保證每一片鋼板都均衡受力，協(xié)同工作，因此，可以充分地發(fā)揮阻尼器的最佳性能。本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞骶哂凶冃瘟看蠛头览瓑呵奶攸c(diǎn)， 其結(jié)構(gòu)新穎合理，易于加工，使用方便靈活，適用性強(qiáng)，可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu) 的抗震性能，具有廣闊的市場(chǎng)推廣應(yīng)用前景。

圖1為現(xiàn)有剪切型金屬?gòu)澢哪茏枘崞鞯慕Y(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A向視圖。圖3為本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鞯慕Y(jié)構(gòu)示意圖之一。圖4為圖3的B向視圖。圖5為圖3所示本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鞯膽?yīng)用示意圖。圖6為圖5所示條件下本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鞯墓ぷ魇疽?圖。圖7為本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鞯慕Y(jié)構(gòu)示意圖之二。
4[0023]圖8為圖7所示本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞髦猩虾哪馨寮跋潞哪?板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為圖7的C向視圖。圖10圖7所示本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鞯膽?yīng)用示意圖。圖11為圖10所示條件下本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鞯墓ぷ魇疽?圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一如圖3、圖4所示本實(shí)用新型的防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞?，包括上連接板1、 下連接板2和核心鋼耗能元件，核心鋼耗能元件包括垂直于上、下連接板設(shè)置的三對(duì)鋼板， 所述鋼板均由上耗能板4和下耗能板5組成，其中，上耗能板4的一端和下耗能板5的一端 分別與上連接板1和下連接板2牢固焊連，上耗能板4的另一端和下耗能板5的另一端彼 此相互搭接，并在搭接處通過上、下耗能板上設(shè)置的通孔利用緊固件6連成一體。為方便與 其他構(gòu)件連接，在上連接板1和下連接板2上還分別設(shè)置有用于與其他結(jié)構(gòu)相連的連接結(jié) 構(gòu)，本例中連接結(jié)構(gòu)為通孔7。上耗能板和下耗能板與上連接板和下連接板垂直，上耗能板 和下耗能板的厚度方向與建筑或橋梁結(jié)構(gòu)承受剪切力的方向一致。在框架結(jié)構(gòu)中使用時(shí)，如圖5所示，由于本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏?尼器的尺寸較小，可以在鋼框架上固定設(shè)置一個(gè)輔助連接支架10，在鋼框架8及輔助連接 支架10上分別焊接固定有與上、下連接板相對(duì)應(yīng)的連接法蘭9，利用緊固件11將上連接板 1和下連接板2與連接法蘭9固定在一起，從而將本實(shí)用新型牢牢固定在鋼框架8上。如圖 6，當(dāng)鋼框架8受到剪切力Fl及F2作用發(fā)生變形時(shí)，由于本實(shí)用新型采用抗彎剛度較小的 鋼板作為核心鋼耗能元件，而且鋼板采用了上、下兩塊耗能板中部搭接并利用緊固件連接 的結(jié)構(gòu)，因此中部強(qiáng)度大大加強(qiáng)，在兩端受到較大剪力作用的情況下，上、下耗能板靠近上、 下連接板的一側(cè)會(huì)首先受彎屈服發(fā)生彎曲變形，利用鋼材在塑性變形過程中產(chǎn)生的塑性鉸 轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)耗能，從而達(dá)到衰減外界輸入能量，使框架結(jié)構(gòu)免于損壞的作用。上耗能板和下耗能板寬度方向兩側(cè)的形狀可以對(duì)稱也可以不對(duì)稱。上、下耗能板 與上連接板和下連接板固定連接的方式是采用焊接，在上連接板及下連接板上分別加工出 相應(yīng)數(shù)量及尺寸的凹槽，然后將上耗能板的一端插入上連接板的凹槽，然后再進(jìn)行焊接。下 耗能板的焊接方式相同。由于本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞魇且揽夸摬氖芗魰r(shí)良好的塑性 變形能力來獲得變形量，即利用構(gòu)件的變形在有限的高度內(nèi)獲得較大的彎曲變形，而不是 利用鋼材的拉壓屈服變形獲得變形量，因此可以實(shí)現(xiàn)較大的變形量，耗散更多能量，更有利 于框架結(jié)構(gòu)的保護(hù)。同時(shí)，又由于采用了上、下耗能板組合形式的核心鋼耗能元件結(jié)構(gòu)，克 服了現(xiàn)有剪切型金屬?gòu)澢哪茏枘崞髦?，整塊鋼板作為核心耗能元件，在中部截面削弱部 易發(fā)生壓屈的不足，大大提高了產(chǎn)品的性能。本例中利用連接法蘭9來實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型與鋼框架8及輔助連接支架10的連接， 在實(shí)際應(yīng)用中，也可以將本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞髦苯雍高B在鋼框架或 輔助連接支架上，當(dāng)然還可以利用緊固件直接固定在鋼框架或輔助連接支架上，也都可以實(shí)現(xiàn)同樣的效果。此外，為了方便與其他結(jié)構(gòu)連接，上、下連接板上除本例中所述設(shè)置用于 連接的通孔外，也可以設(shè)置螺紋孔、帶有連接孔的耳板、鎖扣、吊環(huán)等其他用于連接的結(jié)構(gòu)。 除本例所述結(jié)構(gòu)的輔助支架外，利用其他結(jié)構(gòu)的輔助支架或其他的連接方式，只要可以將 將本實(shí)用新型牢固連接在鋼框架上，也都可以實(shí)現(xiàn)同樣的效果。另外，本例僅以鋼框架為例進(jìn)行說明，在實(shí)際應(yīng)用中，也可以用于組合構(gòu)件或鋼筋 混凝土構(gòu)件組成的框架結(jié)構(gòu)，也能很好地實(shí)現(xiàn)消能減震的作用。另外，本實(shí)用新型還可以用 于橋梁、樓層間等場(chǎng)所，例如用于橋身與橋墩之間，與橋身支座并聯(lián)使用，都是基于鋼板的 彎曲變形和塑性彎曲變形耗能的技術(shù)原理，在此不作一一說明。本例僅以上、下連接板之間設(shè)置三塊分別由上、下耗能板組合成的鋼板作為核心 鋼耗能元件進(jìn)行說明，在實(shí)際應(yīng)用中，也可以在本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘?器中設(shè)置一塊、二塊或者三塊以上的鋼板作為核心鋼耗能元件，可以根據(jù)工程實(shí)際需要具 體優(yōu)化設(shè)置。需要指出的是，本例中為了介紹方便，在描述時(shí)使用了上、下連接板及上、下耗能 板等名稱，這只是根據(jù)相關(guān)圖示擺放方向，按照相關(guān)圖示的位置關(guān)系進(jìn)行命名，實(shí)際上，本 實(shí)用新型是沿緊固件6軸向?qū)ΨQ的，因此圖3、圖4所示的本實(shí)用新型使用中沒有嚴(yán)格的上 下方向要求，完全可以顛倒使用。當(dāng)然，在實(shí)際工程應(yīng)用中，根據(jù)連接構(gòu)件的不同，也可能將 上、下連接板設(shè)置的不同，那時(shí)，本實(shí)用新型才有嚴(yán)格的上下方向要求。緊固件可以采用銷 軸或其它的緊固件。實(shí)施例二如圖7、圖8、圖9所示本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞?，與實(shí)施例一的 區(qū)別在于，設(shè)置五塊上、下耗能板組合成的鋼板作為核心鋼耗能元件。上耗能板4及下耗能 板5上的通孔改為設(shè)置豁口 13，由于上、下耗能板的材料、形狀及尺寸完全相同，在此全部 用圖8給予表示說明。此外，上耗能板4與下耗能板5間采用依次交錯(cuò)的布置方式，即如圖 9所示結(jié)構(gòu)，上耗能板4與相鄰的所有下耗能板5在搭接部分的范圍內(nèi)彼此保持貼合或保留 一定間隙，并且通過上、下耗能板上設(shè)置的豁口 13利用緊固件12將所有的上、下耗能板連 接在一起。應(yīng)用時(shí)，如圖10，11所示，將本實(shí)用新型置于待減震構(gòu)件中，在本例中，待減震構(gòu) 件包括橋身14和橋墩15。利用錨固螺栓16將本實(shí)用新型防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘?器固定在橋身14與橋墩15之間。當(dāng)橋身14與橋墩15受到剪切力F3及F4作用發(fā)生相對(duì) 位移時(shí)，由于本實(shí)用新型采用抗彎剛度較小的鋼板作為核心鋼耗能元件，而且鋼板采用了 上、下兩塊耗能板中部搭接并利用緊固件連接的結(jié)構(gòu)，因此中部強(qiáng)度大大加強(qiáng)，在兩端受到 較大剪力作用的情況下，上、下耗能板靠近上、下連接板的一側(cè)會(huì)首先受彎屈服發(fā)生彎曲變 形，利用鋼材在塑性變形過程中產(chǎn)生的塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)耗能，從而達(dá)到衰減外界輸入能量， 使框架結(jié)構(gòu)免于損壞的作用。這種結(jié)構(gòu)的防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鹘Y(jié)構(gòu)更加緊湊，占用安裝空間更小， 組裝過程也更加簡(jiǎn)捷，因此經(jīng)濟(jì)性好，適用性也更強(qiáng)。而且，這種上、下耗能板的設(shè)置方式可 以保證每一塊鋼板受力均衡，協(xié)同工作，因此性能也更穩(wěn)定。特別要指出的是，由于緊固件 12是通過上耗能板4和下耗能板5上設(shè)置的豁口 13將兩者連在一起的，因此上、下耗能板 之間可以通過豁口在垂向?qū)崿F(xiàn)一定的相對(duì)滑動(dòng)，所以，當(dāng)橋身14與橋墩15在剪切力的作用下發(fā)生較小水平相對(duì)位移時(shí)，可以保證上、下耗能板組成的鋼板中部不承受壓力；而當(dāng)橋身 14與橋墩15在剪切力的作用下發(fā)生較大水平相對(duì)位移時(shí)，又可以保證上、下耗能板組成的 鋼板中部不承受拉力。這樣，就可以充分發(fā)揮鋼板兩端的變形能力，提高本實(shí)用新型防拉壓 屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞飨耐饨巛斎肽芰康哪芰Γ蛊湫阅芨觾?yōu)越。
權(quán)利要求防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞?，其特征在于，包括固定在建筑結(jié)構(gòu)上的上連接板和下連接板，以及核心金屬耗能元件，所述核心金屬耗能元件由至少一對(duì)上耗能板和下耗能板構(gòu)成，所述上耗能板的一端與上連接板和下連接板固連，所述上耗能板的另一端與所述下耗能板的一端相互搭接，所述下耗能板的另一端與所述下連接板固連；所述上耗能板和下耗能板與所述上連接板和下連接板垂直；所述上耗能板和下耗能板的厚度方向與建筑或橋梁結(jié)構(gòu)承受剪切力的方向一致。
2.如權(quán)利要求1所述的防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞?，其特征在于，所述上耗能?和下耗能板的搭接方式是分別在上、下耗能板的搭接處設(shè)置通孔或豁孔，利用緊固件連接。
3.如權(quán)利要求1所述的防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鳎涮卣髟谟?，?dāng)所述核心金 屬耗能元件由兩對(duì)及以上上耗能板和下耗能板構(gòu)成時(shí)，每對(duì)上耗能板和下耗能板之間相互 間隔的平行設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞?，其特征在于，?dāng)所述核心金 屬耗能元件由兩對(duì)及以上上耗能板和下耗能板構(gòu)成時(shí)，相鄰的兩對(duì)上耗能板和下耗能板之 間在搭接處彼此貼合或保持間隙設(shè)置，所有對(duì)的上耗能板和下耗能板的搭接，是用一個(gè)緊 固件貫通上耗能板和下耗能板上的豁孔而固定。
5.如權(quán)利要求1所述的防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞?，其特征在于，所述上耗能?和下耗能板是鋼板、鉛板或形狀記憶合金。
6.如權(quán)利要求1所述的防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞?，其特征在于，所述上耗能?和下耗能板寬度方向兩側(cè)的形狀對(duì)稱。
7.如權(quán)利要求1所述的防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞?，其特征在于，所述上耗能?和下耗能板寬度方向兩側(cè)的形狀不對(duì)稱。
8.如權(quán)利要求1所述的防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鳎涮卣髟谟?，所述上連接板 和下連接板上分別設(shè)置有與建筑或橋梁結(jié)構(gòu)相連的連接機(jī)構(gòu)，所述連接機(jī)構(gòu)是通孔、螺紋 孔或帶有安裝孔的耳板。
9.如權(quán)利要求1所述的防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鳎涮卣髟谟?，所述下連接板 下端通過一個(gè)輔助支架與建筑或橋梁結(jié)構(gòu)連接；或上連接板上端通過一個(gè)輔助支架與建筑 或橋梁結(jié)構(gòu)連接；或下連接板下端通過一個(gè)輔助支架與建筑或橋梁結(jié)構(gòu)連接，且上連接板 上端通過另一個(gè)輔助支架與建筑或橋梁結(jié)構(gòu)連接。
10.如權(quán)利要求1所述的防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鳎涮卣髟谟?，所述上、下?能板與上連接板和下連接板固定連接的方式是采用焊接，在上連接板及下連接板上分別加 工出相應(yīng)數(shù)量及尺寸的凹槽，然后將所述上、下耗能板的兩端分別插入上、下連接板的凹槽 后再進(jìn)行焊接。
專利摘要防拉壓屈服金屬?gòu)澢哪茏枘崞鲗儆谕聊竟こ探Y(jié)構(gòu)減震技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于，包括固定在建筑結(jié)構(gòu)上的上連接板和下連接板，以及核心金屬耗能元件，核心金屬耗能元件由至少一對(duì)上耗能板和下耗能板構(gòu)成，上耗能板的一端與上連接板和下連接板固連，上耗能板的另一端與下耗能板的一端相互搭接，下耗能板的另一端與下連接板固連；上耗能板和下耗能板與上連接板和下連接板垂直；上耗能板和下耗能板的厚度方向與建筑或橋梁結(jié)構(gòu)承受剪切力的方向一致。本實(shí)用新型具有變形量大和防拉壓屈服的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)新穎合理，易于加工，使用方便靈活，適用性強(qiáng)，可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，具有廣闊的市場(chǎng)推廣應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)E04B1/98GK201665929SQ20102011963
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者葉列平, 徐培蓁, 潘鵬 申請(qǐng)人:清華大學(xué)