一种消能减震机构 【技术领域】
本发明涉及工程结构领域， 具体涉及一种消能减震机构。背景技术 建筑结构的消能减震是指在建筑结构中设置适当的消能部件， 消能部件可由耗能 减震装置及斜撑、 墙体、 梁或节点等支承构件组成。金属阻尼器是一种耗能性能优越、 构造 简单、 制作方便、 造价低廉、 易于更换的耗能减震装置。 它既可以配合隔震支座或隔震系统， 作为其中的耗能单元或限位装置使用， 又可以单独用于建筑结构中作为耗能装置使用， 以 提供附加阻尼和刚度， 在未来抗震消能领域具有广泛的应用前景。
根据金属进入塑性状态后具有良好的滞回特性， 并在弹塑性滞回变形过程中能吸 收大量能量的原理， 国内外学者、 工程技术人员先后开发了多种类型的金属耗能器， 目前常 用的金属阻尼器技术为钢板 ( 异形板 ) 面内剪切或面外弯曲型， 这两类阻尼器在制作工艺 上都比较复杂， 体积比较大， 在应用上有所限制， 制作加工成本很高。
防屈曲支撑， 又称为屈曲约束支撑， 是根据金属材料的拉压屈服耗能为原理。 其主 要由受力芯材、 约束套管及两者之间的隔离材料构成。其工作原理为， 在外力 ( 轴力 ) 作 用下， 荷载全部由芯材承受， 外围的约束套管限制芯材受压时的屈曲变形， 因此芯材在轴向 拉力或压力作用下能全截面屈服耗能。芯材受压时截面会变粗， 因此在芯材和约束套管之 间设有合适的缝隙， 并用来减少芯材受力时对约束套管造成的挤压和摩擦。现有的防屈曲 支撑在小震作用下一般不会发生屈服， 在中震和大震下才进入塑性状态， 消耗地震能量， 因 此， 其耗能能力没有得到充分利用。 现有的防屈曲支撑还有如下一些不便应用的问题 ： 要根 据工程设计定制生产， 生产效率低、 加工质量不容易稳定、 供货周期长、 每一个产品都要和 图纸对位后才能安装。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于， 为了克服现有技术中存在的问题， 提供一种安 装、 使用方便， 特别是具有很好弹塑性变形的消能减震机构。
为了解决上述问题本发明的技术方案是这样的 ：
一种消能减震机构， 包含一金属阻尼器、 用于安装阻尼器的支撑或刚性墙以及与 结构相连的连接装置。其特征在于， 金属阻尼器设有两个外部连接机构。
所述的金属阻尼器通过一端的外部连接机构与建筑物上的其它连接结构连接， 通 过其另一端的外部连接机构与刚性墙或支撑连接。
所述的金属阻尼器通过一端的外部连接机构与建筑物上的其它连接结构连接， 通 过设于其一侧的一外部连接机构与支撑或刚性墙连接。
所述的支撑为 K 字形支撑或斜撑。
所述的刚性墙为钢筋混凝土墙或钢骨混凝土墙。
本发明的一种金属阻尼器， 包括约束机构、 设于约束机构中的核心受力杆件、 两者之间的隔离层， 所述的阻尼器上设有两个外部连接机构， 一个设于所述核心受力杆件的一 端， 另一个设于所述核心受力杆件的另一端或位于约束机构的一侧。
所述的金属阻尼器总长度优选在 3m 以下， 0.5m 以上 ； 优选 0.5 ～ 2.5m， 优选 1 ～ 2m。
阻尼器的两个外部连接机构， 一个位于核心受力杆件一端且另一个位于约束机构 的一侧时， 所述核心受力杆件的一端与约束机构焊接连接。
所述的核心受力杆件沿所述核心受力杆件的轴向由连接段、 过渡段、 耗能段三部 分组成。
所述的约束机构包括最外层的套筒。
所述的核心受力杆件端部的外部连接机构设在核心受力杆件的连接段上， 外部连 接机构为螺栓连接、 焊接、 法兰连接或销栓连接机构。
所述约束机构上的外部连接机构， 为焊接、 螺栓或锚栓连接机构。
所述的耗能段的横截面积小于过渡段的横截面积， 连接段的横截面积不小于过渡 段的横截面积。 耗能段和过渡段、 过渡段和连接段的衔接可采用直线、 双曲线、 两折线、 三折 线。
所述的约束机构的横截面外轮廓为矩形、 圆形或近似圆形。所述的约束机构的横 截面为矩形， 所述的约束机构上的外部连接机构可以设在矩形的一侧面上或 / 和设置在套 筒的端部 ； 所述的约束套筒的横截面为圆形， 所述的连接装置与约束套筒相切设置或 / 和 设置在套筒的端部。
所述的约束机构为钢筋混凝土结构 ： 即由混凝土和钢筋骨架构成。
所述的约束机构为型钢组合结构 ： 即包括若干根直角型钢及用于连接型钢的连接 板， 包围出 “十” 字形或 “一” 字形空腔。所述的连接板可以是槽钢。
所述的约束机构为钢管 ( 如方形或圆形 ) 与混凝土组合的结构 ： 型钢位于外部， 内 部通过填充混凝土、 砂浆或无收缩灌浆料， 形成 “十” 字形空腔或 “一” 字形空腔。
所述的核心受力杆件的横截面为 “一” 字形、 双 “一” 字形、 “十” 字形或双 “T” 字 形； 所述的双 “一” 字形为两块 “一” 字形板通过弹性材料平行粘结而成 ； 所述的双 “T” 字形 为 “T” 字形板背靠背通过弹性材料连接而成的类似 “十” 字形。
在核心受力杆件表面设置一隔离层 ； 所述的隔离层为硅胶、 橡胶、 聚乙烯、 聚四氟 乙烯薄膜、 聚氯乙烯薄膜、 聚乙烯薄膜或油脂脱模剂材料。
有益效果， 本发明公开的是一种消能减震机构， 包含一金属阻尼器、 用于安装阻尼 器的支撑或刚性墙以及与结构相连的连接装置， 共同形成消能减震机构 ； 本发明的消能减 震机构利用金属的拉压性能来消耗能量， 滞回曲线饱满， 即在很小的变形下 ( 例如小震作 用下 )， 也可全截面屈服进入塑性消耗能量。具体而言， 本发明具有如下优点 ：
1、 消能减震机构应用连接的方式灵活多样可以避开洞口、 管道的影响 ( 详见安装 构造样式 ) ；
2、 便于安装和更换， 特别是地震作用后 ；
3、 阻尼器芯材的长度可以根据材料的性能固定， 阻尼器可以统一尺寸和承载力类 型， 加工制作方便， 而不必根据工程量身定制 ；
4、 耗能效率高、 设计参数稳定、 长期使用性能稳定 ；5、 外部连接方式灵活多样可以避开洞口、 管道的影响 ( 详见安装构造样式 ) ；
6、 材料用量少， 大大降低阻尼器的制作成本 ；
7、 与现有的粘滞性阻尼器相比具有耐久性长， 免使用过程维护的特点， 大大减少 投资成本 ；
8、 与现有的剪切型阻尼器相比体积小很多， 加工制作难度及成本明显降低。 附图说明 下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明 ；
图 1 为本发明的金属阻尼器结构示意图 ( 分为图 1a， 图 1b， 图 1c， 图 1d)。
图 2 为本发明的金属阻尼器几种实施例示意图 ( 分为图 2a， 图 2b， 图 2c)。
图 3 为金属阻尼器横截面示意图 ( 分成图 3a、 图 3b、 图 3c、 图 3d、 图 3e、 图 3f、 图 3g、 图 3h、 图 3i、 图 3j、 图 3k、 图 3l)。
图 4 为本发明的金属阻尼器连接结构实施例示意图。
图 5 为本发明的金属阻尼器连接结构又一实施例示意图。
图 6 为本发明的消能减震机构连接结构实施例示意图。
图 7 为本发明的消能减震机构连接结构又一实施例示意图。 其中 ： 100 约束机构 110 钢管 120 直角型钢 ( 管 ) 130 钢筋混凝土结构 140 槽钢 150 连接板 160 加劲肋板 200 核心受力杆件 210 核心受力杆件的外部连接机构 220 核心受力杆件的过渡段 230 核心受力杆件的耗能段 240 核心受力杆件的连接段 250 隔离层 211 外部连接机构 ( 方式一 ) 212 外部连接机构 ( 方式二 ) 213 外部连接机构 ( 方式三 ) 300 约束机构上的外部连接机构 400 填充材料 600 金属阻尼器 700 支撑 800 梁 810 柱 811 刚性墙 812 洞口 900 结构上的连接装置具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、 创作特征、 达成目的与功效易于明白了解， 下面结 合具体图示， 进一步阐述本发明。
如图 1A、 图 1B 所示， 金属阻尼器的长度为 1-2m， 其包括约束机构 100 和设于约束 机构 100 内的核心受力杆件 200， 在所述的核心受力杆件 200 表面设置一隔离层。 阻尼器上 设有两个外部连接机构 210 ： 一个外部连接机构 210 设置在核心受力杆件 200 的一端， 另一 个外部连接机构 210 设置在核心受力杆件 200 的另一端。所述的核心受力杆件 200 沿所述核心受力杆件的轴向由连接段 240、 过渡段 220、 耗能段 230、 过渡段 220、 连接段 240 次序组成。所述的外部连接机构 210 设置在所述的连 接段。 核心受力杆件 200 中部为横截面积较小的耗能段 230， 一端为扩口的连接段 240 与约 束机构 100 连接， 与之相对的另一端为尺寸较大的连接段 240， 耗能段 230 和连接段 240 之 间是过渡段 220。
如图 1C、 图 1D 所示， 金属阻尼器的长度为 1-2m， 其包括约束机构 100 和设于约束 机构 100 内的核心受力杆件 200， 在所述的核心受力杆件 200 表面设置一隔离层， 隔离层为 硅胶、 橡胶、 聚乙烯、 聚四氟乙烯薄膜、 聚氯乙烯薄膜、 聚乙烯薄膜或油脂脱模剂等材料。
核心受力杆件 200 中部为横截面积较小的耗能段 230， 一端为扩口的连接段 240 与约束机构 100 用焊接方式连接， 与之相对的另一端为尺寸较大的连接段 240， 耗能段 230 和连接段 240 之间是过渡段 220。阻尼器上设有两个外部连接机构 210， 一个外部连接机构 210 设置在核心受力杆件 200 的一端的连接段， 另一个外部连接机构 210 设置在约束机构 100 的一侧 300。
在约束机构 100 和核心受力杆件 200 之间可以设置有填充材料， 填充材料为无收 缩灌浆料、 混凝土或砂浆。 如图 2 所示， 金属阻尼器的核心受力杆件 200 的连接段 240 设有外部连接机构 210， 其可以是轴向连接机构或垂直于轴向的连接机构， 为螺栓连接机构 211( 图 2A)、 法兰 连接机构 212( 图 2B)、 销栓机构 213( 图 2C)。核心受力杆件 200 的连接段 240 的外部连接 机构 210 与建筑物上的其它连接装置之间的连接方式为铆接、 销栓连接、 螺栓连接、 焊接或 围箍。
图 3 为本发明阻尼器实施例的横截面图。如图 3a 所示， 金属阻尼器包括钢管 110 和设于钢管 110 内的核心受力杆件 200， 约束钢管 110 的横截面为圆形 ； 核心受力杆件 200 的耗能段 230 的横截面为 “一” 字形， 在核心受力杆件 200 表面设置一隔离层 250 ； 约束钢管 110 和核心受力杆件 200 之间为填充材料 400。
如图 3b 所示本发明的一实施例 ： 约束钢管 110 的横截面为矩形 ； 核心受力杆件 200 的耗能段 230 的横截面为 “十” 字形， 在核心受力杆件 200 表面设置一隔离层 250 ； 约束 钢管 110 和核心受力杆件 200 之间为填充材料 400。
如图 3c 所示本发明的又一实施例 ： 约束钢管 110 的横截面为圆形， 核心受力杆件 200 的耗能段 230 的横截面为 “十” 字形， 在核心受力杆件 200 表面设置一隔离层 250 ； 约束 钢管 110 和核心受力杆件 200 之间为填充材料 400。
如图 3d 所示本发明的又一实施例 ： 约束钢管 110 的横截面为矩形， 核心受力杆件 200 的耗能段 230 的横截面为 “一” 字形， 在核心受力杆件 200 表面设置一隔离层 250 ； 约束 钢管 110 和核心受力杆件 200 之间为填充材料 400。
如图 3e 所示本发明的又一实施例 ： 约束机构 100 为型钢结构组合， 即包括四根直 角型钢 120 及四块连接钢板 150， 四根直角型钢 120 围成约束核心受力杆件 200 的 “十” 字 空腔， 且每相邻的两根直角型钢之间由一块连接钢板 150 相连 ； 所述的直角型钢内没有填 充材料。
如图 3f 所示本发明的又一实施例 ： 约束机构 100 为型钢结构组合， 即包括四根直 角的方型钢 120 及四块连接钢板 110， 四根直角方型钢 120 围成约束核心受力杆件 200 的
“十” 字空腔， 且每相邻的两根直角方型钢之间由一块连接钢板 150 相连 ； 所述的直角型钢 内有填充材料 400。
如图 3g 所示本发明的又一实施例 ： 约束机构 100 为钢筋混凝土结构 130。约束机 构 100 的横截面为矩形， 核心受力杆件 200 的由两块横截面为 “一” 字形的钢板通过弹性材 料 260 连接。在核心受力杆件 200 表面设置一隔离层。
如图 3h 所示本发明的又一实施例 ： 约束机构 100 为钢筋混凝土结构 130。约束机 构 100 的横截面为圆形， 核心受力杆件 200 的由两块横截面为 “一” 字形的钢板通过弹性材 料 260 连接。在核心受力杆件 200 表面设置一隔离层。
如图 3i 所示本发明的又一实施例 ： 约束机构 100 横截面为钢混凝土组合结构， 由 钢管 110 和填充材料 400 构成 ； 核心受力杆件 200 的由两块横截面为 “一” 字形的钢板通过 弹性材料 260 平行连接而成。在核心受力杆件 200 表面设置一隔离层。
如图 3j 所示本发明的又一实施例 ： 约束机构 100 横截面为钢混凝土组合结构， 由 钢管 110 和填充材料 400 构成 ； 核心受力杆件 200 的由两块横截面为 “T” 字形的钢板通过 弹性材料 260 平行连接而成。在核心受力杆件 200 表面设置一隔离层。
如图 3k 所示本发明的又一实施例 ： 约束机构 100 横截面为矩形， 包括四根角钢 120 及两块槽钢 140 围成约束核心受力杆件 200 的 “十” 字空腔， 且每相邻的两根角钢之间 由一块槽钢 140 相连 ； 相邻的槽钢之间可通过焊接连接 ； 且所述的角钢内不设置填充材料。 如图 31 所示本发明的又一实施例 ： 约束机构 100 包括四根角钢 120 及四块连接板 150 围成约束核心受力杆件 200 的 “十” 字空腔， 且每相邻的两根角钢之间由一块连接板相 连； 连接板和角钢之间可通过焊接连接 ； 且所述的角钢内不设置填充材料。
如图 4 所示为耗能减震机构的实施例， 金属阻尼器 600 通过核心受力杆件上的两 个外部连接机构一端与锚接在梁 800 上的连接板连接， 另一端通过刚性墙 811 与下一层结 构相连， 从而避开一旁的洞口 812。
如图 5 所示为耗能减震机构的又一实施例， 金属阻尼器通过核心受力杆件上外部 连接机构 210 与固定在建筑物的梁 800 上的连接板 900 连接， 通过设在约束机构上的外部 连接机构 300 与一刚性墙 811 连接， 从而避开一旁的洞口 812。
图 6 所示为耗能减震机构的又一实施例， 金属阻尼器通过核心受力杆件一端的外 部连接机构 210 与固定在建筑物的梁 800 上的连接板 900 连接， 通过设在约束机构上的外 部连接机构 300 与 K 字形支撑相连形成耗能减震机构。
图 7 所示为耗能减震机构的又一实施例， 金属阻尼器通过核心受力杆件一端的外 部连接机构 210 与固定在建筑物的梁 800 上的连接板 900 连接， 通过设在约束机构上的外 部连接机构 300 与斜撑 700 相连形成耗能减震机构。
以上显示和描述了本发明的基本原理、 主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解， 本发明不受上述实施例的限制， 上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理， 在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进， 这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。 本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。