一種兩階段出力復(fù)合式金屬阻尼器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種兩階段出力復(fù)合式金屬阻尼器，屬于建筑物抗震減震技術(shù)領(lǐng)域。該阻尼器包括筒端板、鋼護(hù)筒、能夠沿所述阻尼器縱向移動(dòng)的活動(dòng)軸、中軸突、防止復(fù)合式金屬泄露的隔離板、記憶合金錐形套筒、蓋板、軸端板、端軸突、復(fù)合式金屬及滾動(dòng)萬向鉸。本發(fā)明可以改善原建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能，兩階段出力的特性可以實(shí)現(xiàn)在地震荷載作用下轉(zhuǎn)移和耗散結(jié)構(gòu)本應(yīng)該承受地震能量的功能，從而實(shí)現(xiàn)小、中震作用下減震耗能、大震下鎖死的功能，改善原建筑結(jié)構(gòu)的破壞程度，進(jìn)而防止建筑結(jié)構(gòu)倒塌或落梁。本發(fā)明該裝置安裝便捷，抗震減震效果明顯。
【專利說明】
一種兩階段出力復(fù)合式金屬阻尼器
技術(shù)領(lǐng)域
:
[0001]本發(fā)明屬于建筑物抗震減震技術(shù)領(lǐng)域，涉及工民建及橋梁用減震阻尼器，具體涉及一種兩階段出力復(fù)合式金屬阻尼器。該阻尼器可以在小、中震作用下耗能、大震下鎖死，從而進(jìn)行減震耗能及防止結(jié)構(gòu)倒塌。
【背景技術(shù)】
:
[0002]隨著工民建及橋梁設(shè)計(jì)理論及施工技術(shù)水平的快速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的重大工程結(jié)構(gòu)向復(fù)雜化、高聳化、大跨化發(fā)展，這些重大建筑結(jié)構(gòu)投資非常大，一旦在地震中損壞或者倒塌都會(huì)帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重者更會(huì)影響災(zāi)后救援和震后重建，帶來巨大的二次經(jīng)濟(jì)損失。目前世界處于一個(gè)地震活躍期，幾乎每天都在發(fā)生不同程度的地震，所以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行減震控制具有重大的適用價(jià)值。
[0003]結(jié)構(gòu)減震控制理論的核心目標(biāo)是利用二次系統(tǒng)或附加系統(tǒng)吸引主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量從而使主體結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)得到降低，以此保護(hù)結(jié)構(gòu)不致破壞。阻尼器減震技術(shù)為解決傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系中存在的問題提供了一條有效途徑。然而，目前的速度型阻尼器如油阻尼器不可避免的會(huì)出現(xiàn)漏油失效，而鉛阻尼器存在著泄露污染環(huán)境的可能。此外一些阻尼器為線性出力，不能在大震下發(fā)揮耗能減震的作用。因此開發(fā)無污染、非線性出力、安裝靈活、分階段進(jìn)行減震控制的阻尼器具有重要的工程意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有建筑用阻尼器中存在的技術(shù)問題，提供一種兩階段出力復(fù)合式金屬阻尼器。本阻尼器具有小、中震作用下耗能減震、大震下鎖死、安裝簡(jiǎn)單、布置靈活、綠色無污染、無泄露等特點(diǎn)。在小、中地震作用下，阻尼器內(nèi)部的復(fù)合式金屬在活動(dòng)軸的擠壓作用下變形耗能，在大震作用下活動(dòng)軸與端部形狀記憶合金錐形套筒摩擦契合，迅速增大阻尼器耗能能力，從而達(dá)到在大震下耗能、鎖死的功能，防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件失效，進(jìn)而防止結(jié)構(gòu)倒Mo
[0005]本發(fā)明所提供的一種兩階段出力復(fù)合式金屬阻尼器包括筒端板1、鋼護(hù)筒2、能夠沿所述阻尼器縱向移動(dòng)的活動(dòng)軸3、中軸突4、防止復(fù)合式金屬泄露的隔離板5、記憶合金錐形套筒6、蓋板7、軸端板8、端軸突9、復(fù)合式金屬10及滾動(dòng)萬向鉸11;所述筒端板1、鋼護(hù)筒2及蓋板7通過焊接形成一個(gè)封閉空間，四個(gè)對(duì)稱設(shè)置的所述記憶合金錐形套筒6位于所述鋼護(hù)筒2的左右端部，所述活動(dòng)軸3位于所述封閉空間的中部能夠沿所述阻尼器縱向移動(dòng)，所述活動(dòng)軸3穿過所述蓋板7，所述活動(dòng)軸3與所述軸端板8通過焊接形成整體;所述中軸突4及端軸突9焊接在所述活動(dòng)軸3上;所述隔離板5位于所述中軸突4的左右兩側(cè)將所述封閉空間隔開，所述隔離板5用于防止復(fù)合式金屬泄露，所述復(fù)合式金屬10位于所述隔離板5、中軸突4及活動(dòng)軸3構(gòu)成的空間中；左右對(duì)稱設(shè)置的所述滾動(dòng)萬向鉸11通過焊接分別與所述筒端板I及所述軸端板8固連。
[0006]所述中軸突4與所述鋼護(hù)筒2之間的間隙為0.01米，所述中軸突4上設(shè)有四個(gè)小孔，所述小孔對(duì)稱布置，所述小孔孔徑為0.02米。所述端軸突9的截面尺寸及斜率大于所述記憶合金錐形護(hù)筒6的內(nèi)壁最小截面尺寸及斜率，能夠使所述阻尼器在大震情況下通過所述端軸突9與所述記憶合金錐形護(hù)筒6之間的摩擦和擠壓變形進(jìn)行耗能及鎖死。
[0007]本發(fā)明所提供的一種兩階段出力復(fù)合式金屬阻尼器的制備及安裝具體步驟如下:
[0008](I)首先根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、振動(dòng)基本周期、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和動(dòng)力剛度等確定兩階段出力的復(fù)合式金屬阻尼器的總體質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算結(jié)構(gòu)分別在小震、中震和大震作用下的動(dòng)力響應(yīng)，通過計(jì)算結(jié)果確定阻尼器的第一階段出力和第二階段出力，根據(jù)第一階段出力結(jié)果再確定中軸突4的小孔直徑及其與鋼護(hù)筒2內(nèi)壁之間的間隙大小，根據(jù)第二階段出力結(jié)果再確定端軸突9及記憶合金錐形護(hù)筒6的幾何尺寸。
[0009](2)根據(jù)設(shè)計(jì)方案，建立兩階段出力復(fù)合式金屬阻尼器的三維空間精細(xì)化有限元模型，通過高精度數(shù)值模擬不斷優(yōu)化阻尼器的設(shè)計(jì)尺寸，使得阻尼器的出力達(dá)到最佳的預(yù)期效果;根據(jù)設(shè)計(jì)方案及數(shù)值分析結(jié)果，加工制作阻尼器各個(gè)部件，進(jìn)而對(duì)各部件進(jìn)行拼裝，然后在鋼護(hù)筒2上開孔，灌注液態(tài)復(fù)合式金屬，待灌注飽和后封孔，存放至復(fù)合式金屬凝固成型。
[0010](3)最后，在主體施工過程中，待鋼筋骨架形成之后，需預(yù)埋鋼板，且鋼板與鋼筋骨架之間所有的接觸面都要焊接，待結(jié)構(gòu)澆筑成型之后，在預(yù)埋鋼板上焊接阻尼器連接裝置13，然后將阻尼器兩端的滾動(dòng)萬向鉸11與連接裝置13通過插銷連接在一起，即完成阻尼器的安裝。
[0011]本發(fā)明阻尼器中的活動(dòng)軸3在移動(dòng)過程中使得復(fù)合式金屬10在中軸突4上的小孔以及中軸突4與鋼護(hù)筒2之間的間隙能夠進(jìn)行擠壓流動(dòng)耗能，端軸突9與記憶合金錐形套筒6之間通過摩擦和擠壓產(chǎn)生較大出力及耗能。中軸突4設(shè)置四個(gè)0.02-0.10米的圓孔，且中軸突4邊緣與鋼護(hù)筒2內(nèi)壁之間的間隙距離為0.01-0.05米;筒端板I和軸端板8上分別設(shè)置滾動(dòng)萬向鉸11，通過滾動(dòng)萬向鉸11與結(jié)構(gòu)中的預(yù)埋件進(jìn)行鉸接連接，適應(yīng)地震作用下的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012]本發(fā)明減振原理如下:將阻尼器設(shè)置在結(jié)構(gòu)上的不同構(gòu)件之間，當(dāng)結(jié)構(gòu)承受小、中震動(dòng)力作用時(shí)，阻尼器兩端的構(gòu)件之間發(fā)生相對(duì)變形，從而帶動(dòng)活動(dòng)軸進(jìn)行活動(dòng)，而中軸突在活動(dòng)過程中與鋼護(hù)筒之間產(chǎn)生擠壓力從而造成復(fù)合式金屬的流動(dòng)，同時(shí)中軸突預(yù)設(shè)的小孔也會(huì)對(duì)復(fù)合式金屬進(jìn)行擠壓從而流動(dòng)，以此通過復(fù)合式金屬流動(dòng)進(jìn)行耗能；而在大震作用下阻尼器的相對(duì)位移較大且達(dá)到一定設(shè)計(jì)位移時(shí)，此時(shí)端軸突開始介入工作，通過端軸突與記憶合金錐形套筒之間的擠壓與摩擦進(jìn)行耗能，以此來達(dá)到迅速提高耗能能力及鎖死的功能，防止結(jié)構(gòu)在大震下發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞甚至倒塌現(xiàn)象。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn):
[0014](I)本發(fā)明中的復(fù)合式金屬屬于綠色合成材料，無污染，非流體，不存在泄露現(xiàn)象。
[0015](2)本發(fā)明具備兩階段出力的功能，在小、中震下只耗能，在大震下耗能的同時(shí)，阻尼器出力迅速增大，對(duì)結(jié)構(gòu)起到‘鎖死’的作用，增大結(jié)構(gòu)的局部剛度，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生垮塌。
[0016](3)本發(fā)明對(duì)于工民建及橋梁結(jié)構(gòu)均適用，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)形式在不同位置靈活布置，所需空間較小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，減震耗能性價(jià)比突出。
【附圖說明】
:
[0017]圖1為本發(fā)明阻尼器的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明阻尼器的橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明阻尼器用于建筑結(jié)構(gòu)減震形式示意圖之一；
[0020]圖4為本發(fā)明阻尼器用于建筑結(jié)構(gòu)減震形式示意圖之二。
[0021 ]圖中:1:筒端板;2:鋼護(hù)筒;3:活動(dòng)軸;4:中軸突;5:隔離板;6:記憶合金錐形套筒；7:蓋板;8:軸端板;9:端軸突；10:復(fù)合式金屬；11:滾動(dòng)萬向鉸；12:框架柱；13:連接裝置；14:框架梁;15:橋墩;16:主梁;17:活動(dòng)支座。
【具體實(shí)施方式】
:
[0022]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0023]實(shí)施例1:如圖1-圖3所示，本實(shí)施例的應(yīng)用對(duì)象為一鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架柱12和框架梁14均為矩形截面。本實(shí)例包括固定在框架柱12和框架梁14上的阻尼器連接裝置13及阻尼器自身，其中阻尼器滾動(dòng)萬向鉸11與連接裝置13通過插銷進(jìn)行錨固，即阻尼器兩端可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0024]本實(shí)施例中，框架梁截面高度500mm，寬度300mm，框架柱截面高度400mm，寬度300mm。連接裝置13應(yīng)與框架柱12和框架梁14的鋼筋骨架進(jìn)行焊接，以確保在地震過程中阻尼器不會(huì)因連接裝置斷裂而失效。在框架結(jié)構(gòu)的框架柱12和框架梁14施工過程中，待鋼筋骨架形成之后需預(yù)埋鋼板，且鋼板與鋼筋骨架之間所有的接觸面都要焊接，待結(jié)構(gòu)澆筑成型之后，在預(yù)埋鋼板上焊接阻尼器連接裝置13，然后將阻尼器兩端的滾動(dòng)萬向鉸11與連接裝置13通過插銷連接在一起，即完成阻尼器的安裝。
[0025]實(shí)施例2:本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)為橋梁結(jié)構(gòu)，主梁16與橋墩15之間設(shè)置活動(dòng)支座17，分別在主梁16和橋墩15上面設(shè)置連接裝置13，阻尼器兩端的滾動(dòng)萬向鉸11與連接裝置13進(jìn)行插銷連接即完成阻尼器的安裝。按照本實(shí)施例布置阻尼器，可以使得橋梁在小震和中震下進(jìn)行耗能減震，大震下鎖死主梁和橋墩的相對(duì)位移，使得橋墩和主梁共同承擔(dān)地震作用，避免橋墩損毀導(dǎo)致的橋梁垮塌，同時(shí)，鎖死的功能也可以防止主梁發(fā)生落梁現(xiàn)象。由于橋梁主梁寬度一般達(dá)到7米以上，所以在設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)合式金屬阻尼器的數(shù)量要大于兩個(gè)，且沿著橋梁縱軸線對(duì)稱布置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種兩階段出力復(fù)合式金屬阻尼器，其特征在于該阻尼器包括筒端板(I)、鋼護(hù)筒(2)、能夠沿所述阻尼器縱向移動(dòng)的活動(dòng)軸(3)、中軸突(4)、防止復(fù)合式金屬泄露的隔離板(5)、記憶合金錐形套筒(6)、蓋板(7)、軸端板(8)、端軸突(9)、復(fù)合式金屬(10)及滾動(dòng)萬向鉸(11);所述筒端板(I)、鋼護(hù)筒(2)及蓋板(7)通過焊接形成一個(gè)封閉空間，四個(gè)對(duì)稱設(shè)置的所述記憶合金錐形套筒(6)位于所述鋼護(hù)筒(2)的左右端部，所述活動(dòng)軸(3)位于所述封閉空間的中部能夠沿所述阻尼器縱向移動(dòng)，所述活動(dòng)軸(3)穿過所述蓋板(7)，所述活動(dòng)軸(3)與所述軸端板(8)通過焊接形成整體;所述中軸突(4)及端軸突(9)焊接在所述活動(dòng)軸(3)上；所述隔離板(5)位于所述中軸突(4)的左右兩側(cè)將所述封閉空間隔開，所述隔離板(5)用于防止復(fù)合式金屬泄露，所述復(fù)合式金屬(10)位于所述隔離板(5)、中軸突(4)及活動(dòng)軸(3)構(gòu)成的空間中；左右對(duì)稱設(shè)置的所述滾動(dòng)萬向鉸(11)通過焊接分別與所述筒端板(I)及所述軸端板(8)固連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩階段出力復(fù)合式金屬阻尼器，其特征在于所述中軸突(4)與所述鋼護(hù)筒(2)之間的間隙為0.01米，所述中軸突(4)上設(shè)有四個(gè)小孔，所述小孔對(duì)稱布置，所述小孔孔徑為0.02米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩階段出力復(fù)合式金屬阻尼器，其特征在于所述端軸突(9)的截面尺寸及斜率大于所述記憶合金錐形護(hù)筒(6)的內(nèi)壁最小截面尺寸及斜率，能夠使所述阻尼器在大震情況下通過所述端軸突(9)與所述記憶合金錐形護(hù)筒(6)之間的摩擦和擠壓變形進(jìn)行耗能及鎖死。
【文檔編號(hào)】E04H9/02GK105821982SQ201610169979
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月22日
【發(fā)明人】唐淼, 李勇
【申請(qǐng)人】中國十七冶集團(tuán)有限公司