專利名稱：履帶式金屬耗能阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
履帶式金屬耗能阻尼器屬于土木工程結(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，尤指一種用于減震耗能的金屬阻尼
O
背景技術(shù)：
當(dāng)今建筑的發(fā)展越來(lái)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)金屬型耗能構(gòu)件。而橋梁工程的發(fā)展 也越來(lái)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)普遍在橋墩與 梁板的連接處設(shè)置橡膠隔振墊，并在橋墩與梁板間配合設(shè)置耗能構(gòu)件，常見(jiàn)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耐久性和經(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。但由于鋼材的彈性模量較大，鋼支撐屈服 時(shí)能實(shí)現(xiàn)的變形量很小。因此，當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)較大變形量，特別是需要實(shí)現(xiàn)較大剪切變形時(shí)， 通常支撐結(jié)構(gòu)的尺寸會(huì)很大，以致于很難加工、運(yùn)輸和安裝，甚至用普通鋼材根本無(wú)法實(shí) 現(xiàn)，這極大地限制了此類金屬阻尼器的推廣應(yīng)用。為了解決這一問(wèn)題，有研究人員設(shè)計(jì)出兩種剪切型金屬?gòu)澢哪茏枘崞?，都是?上、下連接板和平行設(shè)置的核心鋼耗能板組成。其中一種阻尼器的核心耗能板是完整的且 與上下連接板直接相連的鋼板，通常在鋼板中部適當(dāng)切除掉部分材料，即鋼板中部橫截面 尺寸小于兩端橫截面尺寸。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于鋼板中部切除掉部分材料后強(qiáng)度降低，有 時(shí)會(huì)出現(xiàn)鋼板尚未充分變形，中部就先發(fā)生壓屈的現(xiàn)象，而因變形由鋼板中部截面削弱部 分控制，鋼板兩端的變形能力無(wú)法得到充分發(fā)揮，阻尼器的性能不能達(dá)到最佳。另一種阻尼 器的核心鋼耗能構(gòu)件的鋼板分解成上耗能板及下耗能板，并通過(guò)銷軸將二者連接在一起， 使鋼板中部的截面削弱部分強(qiáng)度大大提高。但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，連接板的剛度對(duì)于整個(gè)阻尼器 的性能有較大的影響，且整個(gè)阻尼器的制作工藝較為復(fù)雜，構(gòu)造不夠簡(jiǎn)單。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種履帶式金屬耗能阻尼器，該阻尼 器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以實(shí)現(xiàn)較大剪切變形。本發(fā)明包括固定在建筑結(jié)構(gòu)上的上連接板和下連接板，以及核心金屬耗能元件， 其特征在于，所述核心金屬耗能元件是至少一塊通過(guò)連續(xù)碾壓實(shí)現(xiàn)彎曲變形從而耗能的履 帶形金屬板，所述履帶形金屬板的兩端彎曲，中部平直；所述履帶形金屬板的上表面與所述 上連接板固連，下表面與所述下連接板固連；上連接板和下連接板平行，所述履帶形金屬板 的碾壓方向與建筑結(jié)構(gòu)承受剪切力的方向一致。所述履帶形金屬板是鋼板、鉛板或形狀記憶合金板。
所述履帶形金屬板碾壓方向的兩側(cè)對(duì)稱。所述履帶形金屬板寬度方向的兩側(cè)對(duì)稱。所述履帶形金屬板高度方向的兩側(cè)對(duì)稱。所述履帶形金屬板有兩塊及以上時(shí)，履帶形金屬板沿垂直于碾壓方向間隔設(shè)置。所述履帶形金屬板有兩塊及以上時(shí)，履帶形金屬板之間沿平行于碾壓方向間隔設(shè)置。所述上連接板和下連接板上分別設(shè)置有與建筑結(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孔。所述下連接板下端通過(guò)一個(gè)輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接；或上連接板上端通過(guò)一個(gè) 輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接；或下連接板下端通過(guò)一個(gè)輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接，且上連接 板上端通過(guò)另一個(gè)輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接。所述履帶形金屬板與上連接板和下連接板固連的方式是采用焊接或螺栓連接。本發(fā)明履帶式金屬耗能阻尼器具有如下優(yōu)點(diǎn)1)可實(shí)現(xiàn)較大變形量。本發(fā)明中利用通過(guò)彎曲實(shí)現(xiàn)耗能能力的鋼板作為耗能元 件，當(dāng)上下兩端受剪力作用時(shí)，利用鋼板產(chǎn)生的彎曲變形在有限的高度內(nèi)獲得較大的變形量。2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明以鋼板、鉛板或形狀記憶合金等金屬材料作為耗能元件，無(wú)需 另設(shè)約束結(jié)構(gòu)。3)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。本發(fā)明可以通過(guò)改變金屬板數(shù)量、寬度、厚度和形狀實(shí)現(xiàn)在較大范 圍內(nèi)任意變化的屈服力，屈服位移，可以滿足各類結(jié)構(gòu)的需要。試驗(yàn)證明，本發(fā)明利用鋼材等良好的塑性變形能力實(shí)現(xiàn)耗能，并利用其彎曲變形 實(shí)現(xiàn)較大的變形量，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 筑和橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，具有廣闊的市場(chǎng)推廣和應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明履帶式金屬耗能阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖之一；
圖2為圖1的A向視圖。
圖3為圖1所示履帶式金屬耗能阻尼器的應(yīng)用示意圖之一。
圖4為圖3所示條件下履帶式金屬耗能阻尼器的工作示意圖之-
圖5為本發(fā)明履帶式金屬耗能阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖之二。
圖6為圖5的B向視圖。
圖7為履帶式金屬耗能阻尼器的應(yīng)用示意剖面圖。
圖8為圖7所示條件下的履帶式金屬耗能阻尼器的工作示意圖。
圖9為本發(fā)明履帶式金屬耗能阻尼器在橋梁上的應(yīng)用示意圖。
圖10為圖9的局部剖視圖。
圖11為圖9中的阻尼器安置部分的放大圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例一
如圖1、圖2所示本發(fā)明剪切型金屬?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，核心鋼耗能元件為平面設(shè)置的一塊履帶形鋼板3，鋼板3的上下表面分 別有區(qū)域與上連接板1和下連接板2牢固連成一體，此處連接方式可以為螺栓連接或焊接， 本例中連接方式為通孔5。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4。核心金屬耗能元件是至少 一塊通過(guò)連續(xù)碾壓實(shí)現(xiàn)彎曲變形從而耗能的履帶形金屬板，金屬板的兩端彎曲，中部平直； 金屬板的上表面與上連接板固連，下表面與下連接板固連；金屬板的碾壓方向與建筑結(jié)構(gòu) 承受剪切力的方向一致。由于本發(fā)明履帶式金屬耗能阻尼器可以實(shí)現(xiàn)較大的變形量，因此本發(fā)明的整體尺 寸可以控制得很小。如圖3、圖4所示，與實(shí)施例一不同之處在于，當(dāng)本發(fā)明履帶式金屬耗 能阻尼器尺寸很小時(shí)，可以在鋼框架上附加一個(gè)輔助支架7，再將上連接板1與鋼框架上固 定設(shè)置的連接法蘭6相連，將下連接板2與輔助支架7上固定設(shè)置的連接法蘭5相連，從而 將本發(fā)明牢固連接在鋼框架8上。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 本發(fā)明采用抗彎剛度較小的鋼板作為核心鋼耗能元件，因此在兩端受到較大剪切力作用的 情況下，鋼板圓弧區(qū)域受彎時(shí)會(huì)發(fā)生變形，利用鋼材的塑性變形過(guò)程實(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。輔助支架也可以設(shè)置在下連接板的下端，或 上、下連接板同時(shí)設(shè)置輔助支架。由于本發(fā)明履帶式金屬耗能阻尼器是依靠鋼材受剪時(shí)良好的塑性變形能力來(lái)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，而不是直接利用鋼材 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)。本例中利用連接法蘭5和6來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明與鋼框架結(jié)構(gòu)的連接，在實(shí)際應(yīng)用中，也 可以將本發(fā)明直接焊連在鋼框架上或利用緊固件直接固定在鋼框架上，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)。另外，本例僅以鋼框架為例進(jìn)行說(shuō)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，本發(fā)明還可以用于橋 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(shuō)明。需要指出的是，將本發(fā)明建筑結(jié)構(gòu)連接時(shí)，應(yīng)注意鋼板的圓弧端對(duì)應(yīng)方向應(yīng)與建 筑結(jié)構(gòu)承受剪切力的方向保持一致，以使鋼板的變形及耗能能力達(dá)到最佳。實(shí)施例二如圖5、圖6所示本發(fā)明履帶式金屬耗能阻尼器，與實(shí)施例一的區(qū)別在于，為承受 較大的剪切力作用，增加了鋼板的數(shù)量，共設(shè)置4塊甚至更多的鋼板作為核心鋼耗能元件。 設(shè)置時(shí)，幾塊鋼板在寬度方向上相互并排設(shè)置，彼此之間保留適當(dāng)間距作為變形預(yù)留空間 及螺栓連接的讓位空間。當(dāng)鋼板的尺寸及形狀一定時(shí)，增加鋼板的數(shù)量可以使整個(gè)耗能阻 尼器裝置承受剪切力的能力成倍提高，因此在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，十分方便，且性能穩(wěn)定。鋼板之 間也可以沿其長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置，均能提高承受剪切力的能力。圖7和圖8為履帶式金屬耗能阻尼器的應(yīng)用示意剖面圖和工作示意圖。
實(shí)施例三用于橋梁結(jié)構(gòu)的消能減震時(shí)，如圖9、圖10、圖11所示，將本發(fā)明的履帶式金屬耗 能阻尼器14置于橋身12與橋墩15之間，與橋身支座13并聯(lián)使用，利用本發(fā)明履帶式金屬 耗能阻尼器14的上連接板1和下連接板2上設(shè)置的螺紋孔，用緊固件(常規(guī)技術(shù)方法，圖 中未具體示出)將本發(fā)明分別與橋身12及橋墩15相連。應(yīng)注意，連接時(shí)，鋼板的圓弧端方 向應(yīng)與橋身的長(zhǎng)度方向保持一致，以使鋼板的變形及耗能能力達(dá)到最佳。上述履帶式金屬耗能阻尼器，利用鋼板作為耗能元件，當(dāng)上下兩端受剪力作用時(shí)， 利用鋼板彎曲段反復(fù)碾壓時(shí)產(chǎn)生的塑性變形實(shí)現(xiàn)耗能結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單。也可用鉛板或形狀記 憶合金板作為金屬耗能板。本例中將本發(fā)明的上、下連接板直接與橋身及橋墩相連，在實(shí)際應(yīng)用中，也可以借 助輔助框架結(jié)構(gòu)將本發(fā)明與橋身和橋墩連接在一起，當(dāng)然，本發(fā)明的布置形式及使用數(shù)量 也不局限于本例，可以根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化選擇，也都可以起到相同的作用，在此不一一 做單獨(dú)說(shuō)明，只要基于本發(fā)明的技術(shù)原理，都在本發(fā)明的保護(hù)范疇中。
權(quán)利要求
履帶式金屬耗能阻尼器，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，其特征在于，所述核心金屬耗能元件是至少一塊通過(guò)連續(xù)碾壓實(shí)現(xiàn)彎曲變形從而耗能的履帶形金屬板，所述履帶形金屬板的兩端彎曲，中部平直；所述履帶形金屬板的上表面與所述上連接板固連，下表面與所述下連接板固連；上連接板和下連接板平行，所述履帶形金屬板的碾壓方向與建筑結(jié)構(gòu)承受剪切力的方向一致。
2.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板是鋼 板、鉛板或形狀記憶合金板。
3.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板碾壓 方向的兩側(cè)對(duì)稱。
4.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板寬度 方向的兩側(cè)對(duì)稱。
5.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板高度 方向的兩側(cè)對(duì)稱。
6.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板有兩 塊或兩塊以上時(shí)，履帶形金屬板之間沿長(zhǎng)度方向間隔的順序設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板有兩 塊或兩塊以上時(shí)，履帶形金屬板之間沿寬度方向間隔的設(shè)置。
8.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述上連接板和下連接 板上分別設(shè)置有與建筑結(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 的耳孔。
9.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述下連接板下端通過(guò) 一個(gè)輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接；或上連接板上端通過(guò)一個(gè)輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接；或下 連接板下端通過(guò)一個(gè)輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接，且上連接板上端通過(guò)另一個(gè)輔助支架與建 筑結(jié)構(gòu)連接。
10.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板與上 連接板和下連接板固連的方式是采用焊接或螺栓連接。
全文摘要
履帶式金屬耗能阻尼器屬于土木工程結(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，尤指一種用于減震耗能的金屬阻尼器。其特征在于，核心金屬耗能元件采用至少一塊通過(guò)連續(xù)碾壓實(shí)現(xiàn)彎曲變形從而耗能的履帶形金屬板，履帶形金屬板的兩端彎曲，中部平直；履帶形金屬板的上表面與所述上連接板固連，下表面與下連接板固連；上連接板和下連接板平行，履帶形金屬板的碾壓方向與建筑結(jié)構(gòu)承受剪切力的方向一致。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)新穎合理，易于加工，使用方便靈活，適用性強(qiáng)，可以有效提高建筑和橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，具有廣闊的市場(chǎng)推廣和應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)E01D19/00GK101949129SQ201010297568
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者潘鵬 申請(qǐng)人:清華大學(xué)