專利名稱：可滑移柱形軟鋼阻尼裝置及其在橋梁上的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于工程結構抗震領域，涉及一種阻尼裝置，特別是橋梁結構震動控制中，
安裝于橋梁上、下部結構之間，借助軟剛材料的屈服延性提供滯回阻尼力，實現(xiàn)消能減震的 功能的阻尼裝置。
背景技術：
減隔震措施是結構抗震常用的手段，經(jīng)濟、有效。其中關鍵技術之一就是通過阻尼 裝置實現(xiàn)耗能減震的效果?，F(xiàn)有技術中，常用的阻尼裝置有速度相關型阻尼器(如液體粘 滯阻尼器等)、位移相關型阻尼器(如鉛芯橡膠支座、軟鋼阻尼器等)、摩擦型阻尼器(如摩 擦擺式支座等)等等。其中，軟鋼阻尼器具有構造簡單、力學行為特征明確、造價相對較低 等優(yōu)點。但由于軟鋼阻尼器的耗能原理是利用金屬材料屈服后的延性，疲勞性能往往會是 較為棘手的問題。到目前為止，尚未見于橋梁抗震中實際應用的大噸位、大位移，且具備良 好疲勞性能的鋼阻尼器。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種可滑移柱形軟鋼阻尼裝置及其在橋梁上的應用，其安 裝于橋梁上，具有減震耗能作用。 為達到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是 —種可滑移柱形軟鋼阻尼裝置，其包括固定端板、上焊接板、下焊接板、阻尼器耗 能部件，其還包括推力槽，推力槽栓接于下焊接板上，耗能部件的球頭伸入推力槽中，耗能 部件的底座通過固定端板栓接于上焊接板上。 進一步，該推力槽兩端及軟鋼阻尼器耗能部件球頭之間設有擋塊，擋塊置于球頭 的一端或兩端，可提供單向或雙向阻尼力。 該阻尼器耗能部件采用軟鋼材料及變截面圓柱體結構，變截面的母線選用三次拋 物線，變界面區(qū)段宜從固定段根部起到2/3 4/5的構件長度處止。 該推力槽為兩端為半圓的狹長槽，槽寬比軟鋼阻尼器耗能部件的球頭略大1 2mm，且推力槽強度須大于耗能部件。 該固定端板、推力槽通過高強螺栓分別與上、下焊接板連接固定。 可滑移柱形軟鋼阻尼裝置在橋梁上的應用，橋梁的梁底及墩頂預埋有上、下預埋
板，阻尼裝置通過其上、下焊接板分別與上、下預埋板連接固定而豎直安裝于橋梁上。 該下預埋板預埋位置低于橋梁墩頂呈下凹，提供阻尼裝置安裝空間，阻尼裝置高
于橋梁支座。 該軟鋼阻尼裝置中含有2 4個并聯(lián)的軟鋼阻尼器耗能部件，每個耗能部件高約 lm，直徑144mm 90mm。該推力槽是鑄鋼推力槽。
由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點 1、變截面圓柱體，等強度設計的一種方式以及水平面內各向同性；
2、借助橋墩下凹的造型，允許豎立安裝較高的鋼阻尼器，實現(xiàn)大位移、大行程且疲 勞性能好的目標； 3、滑槽的設計允許阻尼器或者僅提供單向的阻尼力、另一方向可自由滑動，或者 提供雙向阻尼力。


圖1為本發(fā)明實施例阻尼器結構示意圖。 圖2為本發(fā)明等強度示意圖。 圖3為本發(fā)明阻尼器試驗所得滯回曲線。 圖4為本發(fā)明實際地震波輸入典型橋梁結構時，安裝于該結構上的軟鋼阻尼器的 滯回曲線。 圖5為本發(fā)明實施例的安裝位置示意圖。
圖6為本發(fā)明實施例的軟鋼阻尼裝置圖。
具體實施例方式
以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。 本發(fā)明是應用于結構抗震，特別是橋梁抗震的軟鋼阻尼器，如圖1所示。其中軟鋼 阻尼器變形耗能部分采用變截面圓柱體，可實現(xiàn)在平面內各向同性的力位移本構行為。端 部采用球冠形以獲得理想的約束條件，從而真正實現(xiàn)等彎曲強度設計，見圖2。通過滑槽的 設計，可自由選擇地實現(xiàn)單向自由滑動。 針對本發(fā)明所涉及的軟鋼阻尼器，進行了一系列的足尺模型試驗，考察阻尼器的 耗能作用以及產(chǎn)品的疲勞性能。經(jīng)過數(shù)十次的實驗和產(chǎn)品材料及設計參數(shù)的調整，最終獲 得了滿位移行程下60周以上的疲勞性能，如圖3所示。借助于有限元動力分析手段，可獲 得該阻尼器安裝在典型的橋梁結構上后，在地震作用下的耗能情況，如圖4所示。
如圖6所示，本發(fā)明的軟鋼阻尼器1包含固定端板11、上焊接板12、下焊接板13、 鑄鋼推力槽14及若干個軟鋼阻尼器耗能部件15，，耗能部件15的底座通過固定端板11栓 接于上焊接板12上，鑄鋼推力槽14栓接于下焊接板13上，耗能部件15的球頭伸入推力槽 14中。其中，上、下焊接板12、13為過渡構件，其上開螺孔，螺孔的布置應滿足強度設計要 求。固定端板11通過高強螺栓5與上焊接板12連接，同樣鑄鋼推力槽(即滑槽)14通過 高強螺栓5與下焊接板13連接，槽體約束耗能部件15的球頭發(fā)生單向或雙向的水平位移， 其強度須大于耗能部件15，宜選用剛度、強度均較大的材料，本例中采用的鑄鋼。在滑槽14 的兩端及各耗能部件15的球頭之間設置擋塊，可實現(xiàn)雙向約束(提供阻尼力)；取消擋塊， 可實現(xiàn)單向約束，另一方向自由滑動。同時，滑槽14為兩端為半圓的狹長槽，軟鋼阻尼器耗 能部件15的球頭伸入槽中，槽寬比球頭略大1 2mm。 所述的軟鋼阻尼器耗能部件的選取須滿足其一，選用圓柱形，可使之在平面內 表現(xiàn)為各向同性；其二，變截面的母線選用三次拋物線，變界面區(qū)段宜從固定段根部起到 2/3 4/5的構件長度處止，這樣可有保障地最大限度地獲得等強度段共同屈服變形的效 果。 如圖5-6所示，本發(fā)明所涉及的軟鋼阻尼裝置l，應豎直安裝與橋墩3墩頂中心位
4置，位于兩個支座41、42之間。在橋梁的主梁2梁底及橋墩3的墩頂預埋有上預埋板6、下 預埋板7，上、下預埋板6、7是通過鋼筋與混凝土結構牢固連接的，軟鋼阻尼裝置1通過其 上、下焊接板12、 13分別焊接于其對應的上、下預埋板6、7，進而軟鋼阻尼裝置1安裝固定 于橋梁上。由于該阻尼器裝置l本身不承受上部結構的自重荷載，故不可代替支座功能。 該阻尼器1的高度由設計阻尼力和位移行程的要求決定，一般會顯著大于常用的支座的高 度，因此安裝阻尼器1的橋墩3墩頂中部應下凹以提供阻尼器1的安裝空間。本實施例中 每套阻尼裝置1中含有2 4個并聯(lián)的軟鋼阻尼器耗能部件，每個耗能鋼部件高約lm，直徑 144mm 90mm ;其設計阻尼力為30噸，位移行程士200mm，疲勞性能要求滿位移行程60周 構件不破壞。 橋梁結構抗震設計中，在部分橋墩3上常常需要墩梁3之間縱橋向可自由滑動，因 此對阻尼器1的球冠端的約束考慮采用縱向的滑槽?；垡税惭b于墩頂，阻尼器固定端宜 安裝在主梁2的梁底?；蹆缺谂c阻尼器球冠之間可留有1 2mm間隙，但安裝完畢后球 冠伸入滑槽內的合理的高度范圍需經(jīng)計算確定，確定的原則為在最大位移行程范圍內，阻 尼器的懸臂純彎變形不會導致球頭附近的頸部與槽口相碰。 橋梁結構在強震作用下，墩梁之間會發(fā)生相對位移；特別是隔震設計的橋梁，會發(fā) 生較大的位移。作為被動控制手段，軟鋼阻尼器通過往復塑性變形來消耗結構吸收到的地 震能量，從而起到控制結構地震位移的作用。 根據(jù)結構抗震分析可獲得理想的阻尼器目標本構參數(shù)，主要是阻尼力與位移行 程。由此兩個目標參數(shù)就可以設計阻尼器的選材和具體尺寸。通常，橋梁結構抗震所用的 阻尼器要求大噸位、大位移行程，若設計成單個軟鋼阻尼器耗能部件將會是個龐然大物。因 此，考慮采用多個噸位較小的耗能部件并聯(lián)的方式來獲得阻尼器目標本構參數(shù)。
從橋梁抗震需求的角度看，抵抗縱向地震作用時各墩頂設置阻尼裝置沒有差別， 抵抗橫向地震作用時則宜將阻尼器放置在每一聯(lián)橋的靠兩邊的橋墩上。但是，考慮到梁體 溫度變形的作用，鋼阻尼器的縱向約束不宜分散在多個橋墩上，更不能分散到距離很遠的 兩個邊墩上。為此，要求軟鋼阻尼器具有縱向約束和滑移的兩種功能。本發(fā)明的軟鋼阻尼 裝置通過縱向滑槽來實現(xiàn)滑移功能，通過調整滑槽內的擋塊來實現(xiàn)縱向約束功能——不同 的選擇對應不同約束條件的阻尼裝置。前述的多個并聯(lián)的耗能部件沿著滑槽方向排列。軟 鋼阻尼裝置安裝于墩梁之間；縱向滑動者安裝于一聯(lián)橋的兩個邊墩上，縱向約束者安裝于 中間的固定墩上。針對單根耗能部件的原型試驗測試結果表明，阻尼力、位移行程、疲勞性 能都滿足設計要求，因此，該軟鋼阻尼裝置安裝于橋梁結構上，能在強震作用下很好地按預 想發(fā)揮減震耗能的效果。 上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā) 明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的 一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施 例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的 保護范圍之內。
權利要求
一種可滑移柱形軟鋼阻尼裝置，其包括固定端板、上焊接板、下焊接板、阻尼器耗能部件，其特征在于其還包括推力槽，推力槽栓接于下焊接板上，耗能部件的球頭伸入推力槽中，耗能部件的底座通過固定端板栓接于上焊接板上。
2. 如權利要求1所述的可滑移柱形軟鋼阻尼裝置，其特征在于該推力槽兩端及軟鋼 阻尼器耗能部件球頭之間設有擋塊，擋塊置于球頭的一端或兩端。
3. 如權利要求1所述的可滑移柱形軟鋼阻尼裝置，其特征在于該阻尼器耗能部件采 用軟鋼材料及變截面圓柱體結構，變截面的母線選用三次拋物線，變界面區(qū)段宜從固定段 根部起到2/3 4/5的構件長度處止。
4. 如權利要求1所述的可滑移柱形軟鋼阻尼裝置，其特征在于該推力槽為兩端為半圓的狹長槽，槽寬比軟鋼阻尼器耗能部件的球頭略大1 2mm，且推力槽強度大于耗能部 件。
5. 如權利要求l所述的可滑移柱形軟鋼阻尼裝置，其特征在于該固定端板、推力槽通過高強螺栓分別與上、下焊接板連接固定。
6. 如權利要求1所述的可滑移柱形軟鋼阻尼裝置在橋梁上的應用，其特征在于橋梁的梁底及墩頂預埋有上、下預埋板，阻尼裝置通過其上、下焊接板分別與上、下預埋板連接 固定而豎直安裝于橋梁上。
7. 如權利要求6所述的可滑移柱形軟鋼阻尼裝置在橋梁上的應用，其特征在于該下預埋板預埋位置低于橋梁墩頂呈下凹，提供阻尼裝置安裝空間，阻尼裝置高于橋梁支座。
8. 如權利要求6所述的可滑移柱形軟鋼阻尼裝置在橋梁上的應用，其特征在于該軟鋼阻尼裝置中含有2 4個并聯(lián)的軟鋼阻尼器耗能部件，每個耗能部件高約lm，直徑 144mm 90mm。
9. 如權利要求1所述的可滑移柱形軟鋼阻尼裝置，其特征在于該推力槽是鑄鋼推力槽。
全文摘要
一種可滑移柱形軟鋼阻尼裝置及其在橋梁上的應用，該軟鋼阻尼裝置包括固定端板、上焊接板、下焊接板、鑄鋼推力槽、阻尼器耗能部件，阻尼器耗能部件采用軟鋼材料及變截面圓柱形結構，其底座通過固定端板栓接于上焊接板上，鑄鋼推力槽栓接于下焊接板上，耗能部件的球頭伸入推力槽中，推力槽兩端及軟鋼阻尼器耗能部件球頭之間設有擋塊，擋塊置于球頭的一端或兩端，可提供單向或雙向阻尼力。該裝置在橋梁上的應用橋梁的梁底及墩頂預埋有上、下預埋板，阻尼裝置通過其上、下焊接板分別與上、下預埋板連接固定而豎直安裝于橋梁上。本發(fā)明阻尼裝置結構簡單，安裝方便，提供可選擇的雙向阻尼力，大噸位、大行程，具有良好的疲勞性能及減震耗能作用。
文檔編號E01D19/00GK101748685SQ20081020414
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月5日 優(yōu)先權日2008年12月5日
發(fā)明者周紅衛(wèi), 張忠恩, 沈枚, 王君杰, 王志強, 章小檀 申請人:同濟大學;上海材料研究所