履带式金属耗能阻尼器.pdf

1、10申请公布号CN101949129A43申请公布日20110119CN101949129ACN101949129A21申请号201010297568622申请日20100929E01D19/00200601E01D19/02200601E04B1/9820060171申请人清华大学地址100084北京市100084信箱82分箱清华大学专利办公室72发明人潘鹏54发明名称履带式金属耗能阻尼器57摘要履带式金属耗能阻尼器属于土木工程结构减震技术领域，具体涉及一种桥梁工程中设置于桥墩与梁板间的构件或建筑结构耗能构件，尤指一种用于减震耗能的金属阻尼器。其特征在于，核心金属耗能元件采用至少一块通过连续

2、碾压实现弯曲变形从而耗能的履带形金属板，履带形金属板的两端弯曲，中部平直；履带形金属板的上表面与所述上连接板固连，下表面与下连接板固连；上连接板和下连接板平行，履带形金属板的碾压方向与建筑结构承受剪切力的方向一致。本发明的结构新颖合理，易于加工，使用方便灵活，适用性强，可以有效提高建筑和桥梁结构的抗震性能，具有广阔的市场推广和应用前景。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图6页CN101949132A1/1页21履带式金属耗能阻尼器，包括固定在建筑结构上的上连接板和下连接板，以及核心金属耗能元件，其特征在于，所述核心金属耗能元件是至少一块通过

3、连续碾压实现弯曲变形从而耗能的履带形金属板，所述履带形金属板的两端弯曲，中部平直；所述履带形金属板的上表面与所述上连接板固连，下表面与所述下连接板固连；上连接板和下连接板平行，所述履带形金属板的碾压方向与建筑结构承受剪切力的方向一致。2如权利要求1所述的履带式金属耗能阻尼器，其特征在于，所述履带形金属板是钢板、铅板或形状记忆合金板。3如权利要求1所述的履带式金属耗能阻尼器，其特征在于，所述履带形金属板碾压方向的两侧对称。4如权利要求1所述的履带式金属耗能阻尼器，其特征在于，所述履带形金属板宽度方向的两侧对称。5如权利要求1所述的履带式金属耗能阻尼器，其特征在于，所述履带形金属板高度方向的两侧对

4、称。6如权利要求1所述的履带式金属耗能阻尼器，其特征在于，所述履带形金属板有两块或两块以上时，履带形金属板之间沿长度方向间隔的顺序设置。7如权利要求1所述的履带式金属耗能阻尼器，其特征在于，所述履带形金属板有两块或两块以上时，履带形金属板之间沿宽度方向间隔的设置。8如权利要求1所述的履带式金属耗能阻尼器，其特征在于，所述上连接板和下连接板上分别设置有与建筑结构相连的连接机构，所述连接机构是通孔、螺纹孔或带有安装孔的耳孔。9如权利要求1所述的履带式金属耗能阻尼器，其特征在于，所述下连接板下端通过一个辅助支架与建筑结构连接；或上连接板上端通过一个辅助支架与建筑结构连接；或下连接板下端通过一个辅助支

5、架与建筑结构连接，且上连接板上端通过另一个辅助支架与建筑结构连接。10如权利要求1所述的履带式金属耗能阻尼器，其特征在于，所述履带形金属板与上连接板和下连接板固连的方式是采用焊接或螺栓连接。权利要求书CN101949129ACN101949132A1/4页3履带式金属耗能阻尼器技术领域0001履带式金属耗能阻尼器属于土木工程结构减震技术领域，具体涉及一种桥梁工程中设置于桥墩与梁板间的构件或建筑结构耗能构件，尤指一种用于减震耗能的金属阻尼器。背景技术0002当今建筑的发展越来越趋向于高大化，由钢构件、组合构件或钢筋混凝土构件组成的框架结构是建筑物中经常被采用的结构形式。为使建筑结构具有较强的抵抗

6、地震或风荷载等外力破坏的能力，经常需要在框架结构中增设金属型耗能构件。而桥梁工程的发展也越来越趋向于大型化，为保证地震时桥梁结构的安全性，防止发生落桥，现普遍在桥墩与梁板的连接处设置橡胶隔振垫，并在桥墩与梁板间配合设置耗能构件，常见的耗能构件有粘滞型阻尼器、磁流变阻尼器、金属阻尼器等。其中金属阻尼器因其耐久性和经济性较好，在工程中应用较多。目前金属阻尼器的一般多为钢或组合构件的防屈曲耗能支撑形式，主要用于承受拉力或压力，承受剪切力的能力较弱。但由于钢材的弹性模量较大，钢支撑屈服时能实现的变形量很小。因此，当需要实现较大变形量，特别是需要实现较大剪切变形时，通常支撑结构的尺寸会很大，以致于很难加

7、工、运输和安装，甚至用普通钢材根本无法实现，这极大地限制了此类金属阻尼器的推广应用。0003为了解决这一问题，有研究人员设计出两种剪切型金属弯曲耗能阻尼器，都是由上、下连接板和平行设置的核心钢耗能板组成。其中一种阻尼器的核心耗能板是完整的且与上下连接板直接相连的钢板，通常在钢板中部适当切除掉部分材料，即钢板中部横截面尺寸小于两端横截面尺寸。但在实践中发现，由于钢板中部切除掉部分材料后强度降低，有时会出现钢板尚未充分变形，中部就先发生压屈的现象，而因变形由钢板中部截面削弱部分控制，钢板两端的变形能力无法得到充分发挥，阻尼器的性能不能达到最佳。另一种阻尼器的核心钢耗能构件的钢板分解成上耗能板及下耗

8、能板，并通过销轴将二者连接在一起，使钢板中部的截面削弱部分强度大大提高。但实践中发现，连接板的刚度对于整个阻尼器的性能有较大的影响，且整个阻尼器的制作工艺较为复杂，构造不够简单。发明内容0004本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种履带式金属耗能阻尼器，该阻尼器结构简单、可以实现较大剪切变形。0005本发明包括固定在建筑结构上的上连接板和下连接板，以及核心金属耗能元件，其特征在于，所述核心金属耗能元件是至少一块通过连续碾压实现弯曲变形从而耗能的履带形金属板，所述履带形金属板的两端弯曲，中部平直；所述履带形金属板的上表面与所述上连接板固连，下表面与所述下连接板固连；上连接板和下连接板平行，所

9、述履带形金属板的碾压方向与建筑结构承受剪切力的方向一致。0006所述履带形金属板是钢板、铅板或形状记忆合金板。说明书CN101949129ACN101949132A2/4页40007所述履带形金属板碾压方向的两侧对称。0008所述履带形金属板宽度方向的两侧对称。0009所述履带形金属板高度方向的两侧对称。0010所述履带形金属板有两块及以上时，履带形金属板沿垂直于碾压方向间隔设置。0011所述履带形金属板有两块及以上时，履带形金属板之间沿平行于碾压方向间隔设置。0012所述上连接板和下连接板上分别设置有与建筑结构相连的连接机构，所述连接机构是通孔、螺纹孔或带有安装孔的耳孔。0013所述下连接板

10、下端通过一个辅助支架与建筑结构连接；或上连接板上端通过一个辅助支架与建筑结构连接；或下连接板下端通过一个辅助支架与建筑结构连接，且上连接板上端通过另一个辅助支架与建筑结构连接。0014所述履带形金属板与上连接板和下连接板固连的方式是采用焊接或螺栓连接。0015本发明履带式金属耗能阻尼器具有如下优点00161可实现较大变形量。本发明中利用通过弯曲实现耗能能力的钢板作为耗能元件，当上下两端受剪力作用时，利用钢板产生的弯曲变形在有限的高度内获得较大的变形量。00172结构简单。本发明以钢板、铅板或形状记忆合金等金属材料作为耗能元件，无需另设约束结构。00183可设计性强。本发明可以通过改变金属板数量

11、、宽度、厚度和形状实现在较大范围内任意变化的屈服力，屈服位移，可以满足各类结构的需要。0019试验证明，本发明利用钢材等良好的塑性变形能力实现耗能，并利用其弯曲变形实现较大的变形量，其结构新颖合理，易于加工，使用方便灵活，适用性强，可以有效提高建筑和桥梁结构的抗震性能，具有广阔的市场推广和应用前景。附图说明0020图1为本发明履带式金属耗能阻尼器的结构示意图之一；0021图2为图1的A向视图。0022图3为图1所示履带式金属耗能阻尼器的应用示意图之一。0023图4为图3所示条件下履带式金属耗能阻尼器的工作示意图之一。0024图5为本发明履带式金属耗能阻尼器的结构示意图之二。0025图6为图5的

12、B向视图。0026图7为履带式金属耗能阻尼器的应用示意剖面图。0027图8为图7所示条件下的履带式金属耗能阻尼器的工作示意图。0028图9为本发明履带式金属耗能阻尼器在桥梁上的应用示意图。0029图10为图9的局部剖视图。0030图11为图9中的阻尼器安置部分的放大图。具体实施方式0031实施例一说明书CN101949129ACN101949132A3/4页50032如图1、图2所示本发明剪切型金属弯曲耗能阻尼器，包括上连接板1、下连接板2和核心钢耗能元件，核心钢耗能元件为平面设置的一块履带形钢板3，钢板3的上下表面分别有区域与上连接板1和下连接板2牢固连成一体，此处连接方式可以为螺栓连接或焊

13、接，本例中连接方式为通孔5。为方便与其他构件连接，在上连接板1和下连接板2上还分别设置有用于与其他结构相连的连接结构，本例中连接结构为通孔4。核心金属耗能元件是至少一块通过连续碾压实现弯曲变形从而耗能的履带形金属板，金属板的两端弯曲，中部平直；金属板的上表面与上连接板固连，下表面与下连接板固连；金属板的碾压方向与建筑结构承受剪切力的方向一致。0033由于本发明履带式金属耗能阻尼器可以实现较大的变形量，因此本发明的整体尺寸可以控制得很小。如图3、图4所示，与实施例一不同之处在于，当本发明履带式金属耗能阻尼器尺寸很小时，可以在钢框架上附加一个辅助支架7，再将上连接板1与钢框架上固定设置的连接法兰6

14、相连，将下连接板2与辅助支架7上固定设置的连接法兰5相连，从而将本发明牢固连接在钢框架8上。当钢框架8受到剪切力F1及F2作用发生变形时，由于本发明采用抗弯刚度较小的钢板作为核心钢耗能元件，因此在两端受到较大剪切力作用的情况下，钢板圆弧区域受弯时会发生变形，利用钢材的塑性变形过程实现耗能，从而达到衰减外界输入能量，使框架结构免于损坏的作用。辅助支架也可以设置在下连接板的下端，或上、下连接板同时设置辅助支架。0034由于本发明履带式金属耗能阻尼器是依靠钢材受剪时良好的塑性变形能力来获得变形量，即利用构件的变形在有限的高度内获得较大的弯曲变形，而不是直接利用钢材的拉压屈服变形获得变形量，因此可以实

15、现较大的变形量，耗散更多能量，更有利于框架结构的保护。0035本例中利用连接法兰5和6来实现本发明与钢框架结构的连接，在实际应用中，也可以将本发明直接焊连在钢框架上或利用紧固件直接固定在钢框架上，也都可以实现同样的效果。此外，为了方便与其他结构连接，上、下连接板上除本例中所述设置用于连接的通孔外，也可以设置螺纹孔、带有连接孔的耳板、锁扣、吊环等其他用于连接的结构。0036另外，本例仅以钢框架为例进行说明，在实际应用中，也可以用于组合构件或钢筋混凝土构件组成的框架结构，也能很好地实现消能减震的作用。另外，本发明还可以用于桥梁、楼层间等场所，例如用于桥身与桥墩之间，与桥身支座并联使用，都是基于钢板

16、的弯曲变形和塑性弯曲变形耗能的技术原理，在此不作一一说明。0037需要指出的是，将本发明建筑结构连接时，应注意钢板的圆弧端对应方向应与建筑结构承受剪切力的方向保持一致，以使钢板的变形及耗能能力达到最佳。0038实施例二0039如图5、图6所示本发明履带式金属耗能阻尼器，与实施例一的区别在于，为承受较大的剪切力作用，增加了钢板的数量，共设置4块甚至更多的钢板作为核心钢耗能元件。设置时，几块钢板在宽度方向上相互并排设置，彼此之间保留适当间距作为变形预留空间及螺栓连接的让位空间。当钢板的尺寸及形状一定时，增加钢板的数量可以使整个耗能阻尼器装置承受剪切力的能力成倍提高，因此在设计应用时，十分方便，且性

17、能稳定。钢板之间也可以沿其长度方向间隔设置，均能提高承受剪切力的能力。0040图7和图8为履带式金属耗能阻尼器的应用示意剖面图和工作示意图。说明书CN101949129ACN101949132A4/4页60041实施例三0042用于桥梁结构的消能减震时，如图9、图10、图11所示，将本发明的履带式金属耗能阻尼器14置于桥身12与桥墩15之间，与桥身支座13并联使用，利用本发明履带式金属耗能阻尼器14的上连接板1和下连接板2上设置的螺纹孔，用紧固件常规技术方法，图中未具体示出将本发明分别与桥身12及桥墩15相连。应注意，连接时，钢板的圆弧端方向应与桥身的长度方向保持一致，以使钢板的变形及耗能能力

18、达到最佳。0043上述履带式金属耗能阻尼器，利用钢板作为耗能元件，当上下两端受剪力作用时，利用钢板弯曲段反复碾压时产生的塑性变形实现耗能结构十分简单。也可用铅板或形状记忆合金板作为金属耗能板。0044本例中将本发明的上、下连接板直接与桥身及桥墩相连，在实际应用中，也可以借助辅助框架结构将本发明与桥身和桥墩连接在一起，当然，本发明的布置形式及使用数量也不局限于本例，可以根据工程实际进行优化选择，也都可以起到相同的作用，在此不一一做单独说明，只要基于本发明的技术原理，都在本发明的保护范畴中。说明书CN101949129ACN101949132A1/6页7图1图2说明书附图CN101949129ACN101949132A2/6页8图3说明书附图CN101949129ACN101949132A3/6页9图4图5说明书附图CN101949129ACN101949132A4/6页10图6图7说明书附图CN101949129ACN101949132A5/6页11图8图9说明书附图CN101949129ACN101949132A6/6页12图10图11说明书附图CN101949129A