一种多孔组合高延性金属阻尼器的制作方法

1.本实用新型涉及建筑结构消能减震技术领域，尤其涉及一种多孔组合高延性金属阻尼器。


背景技术：

2.随着我国《建设工程抗震管理条例》的实施，国家开始大力支持抗震新技术的研发与推广应用，通过更加先进的技术路径，更加有效地提升建设工程的抗震能力。消能减震技术作为一种能够有效减轻地震灾害的新技术，已开始大规模推广应用，新技术的运用需要有减震效果良好、性能可靠的阻尼器产品所支撑。
3.现有的阻尼器产品种类繁多，金属阻尼器作为最重要的一类减震产品，由于成本低、取材方便，已得到大量实际工程的应用。但是，大部分金属剪切型阻尼器在大变形工作状态会面临腹板屈曲失稳的问题，很容易因疲劳而破坏退出工作。并且，金属弯曲型阻尼器由于屈服变形大、吨位小、耗材多，小变形无法提供耗能减震效果，且相同吨位下软钢耗材成倍增加。
4.可见，现有的金属阻尼器存在减震效果较差的问题，增加了建筑结构设计对阻尼器布置、参数选取的难度。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例旨在提供一种多孔组合高延性金属阻尼器，用以解决现有金属阻尼器减震效果较差的问题。
6.一方面，本实用新型实施例提供了一种多孔组合高延性金属阻尼器，包括依次连接的上连接件（1）、耗能钢板（3）、下连接件（2）；其中，
7.所述上连接件（1）、下连接件（2）均采用同种金属材料，且呈上下对称布置；
8.所述耗能钢板（3）中部设有两种高低交错的菱形孔洞一（4）、菱形孔洞二（5）。
9.上述技术方案的有益效果如下：该多孔组合高延性金属阻尼器屈服位移小、设计变形大，在多遇地震小变形时能提供耗能减震效果、罕遇地震下具备足够的极限变形能力，使得减震结构设计对产品的选择更为便利，同时造价显著低于常规金属阻尼器。
10.基于上述阻尼器的进一步改进，所述上连接件（1）、下连接件（2）均采用同种结构，该结构由长板结构两侧各垂直设置一大小、尺寸相同的短板结构构成。
11.进一步，所述菱形孔洞一（4）、菱形孔洞二（5）的宽度相同，高宽比均控制在3~6区间，且菱形孔洞一（4）和菱形孔洞二（5）的高度比控制在1.5~2区间。
12.进一步， 所述耗能钢板（3）的数量至少为两块。
13.进一步，所述上连接件（1）与耗能钢板（3）、所述耗能钢板（3）与下连接件（2）之间均通过高强螺栓（6）进行连接。
14.进一步，所述菱形孔洞一（4）、菱形孔洞二（5）的四角均设置为用于消除应力集中的圆弧状。
15.进一步，所述耗能钢板（3）的上下两侧均设有相等数量、均匀布设的螺栓孔；并且，
16.每一螺栓孔的尺寸均相等，且与所述高强螺栓（6）尺寸适配。
17.进一步，所述上连接件（1）与耗能钢板（3）、所述耗能钢板（3）与下连接件（2）之间均留有相同距离的空隙，空隙中设有填充材料。
18.进一步，所述填充材料包括橡胶、硅胶中的至少一种。
19.进一步，所述上连接件（1）或下连接件（2）的长板结构与短板结构均采用焊接的方式连为一体。
20.与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
21.1、耗能钢板3在中部开孔后，钢板从整体的剪切变形模式变成多组分割单元的弯曲变形模式，整体钢板的剪切变形模式下存在面外屈曲问题，而采用孔洞分割后的多组分割单元不存在屈曲问题。
22.2、耗能钢板3在中部开设两种不同尺寸的孔洞（菱形孔洞一4和菱形孔洞二5），当两孔洞的高宽比均满足3~6、菱形孔洞一4和菱形孔洞二5的高度比满足1.5~2条件后，钢板整体的极限变形和往复疲劳性能将显著改善，提升幅度超过30%。
23.3、耗能钢板3在中部开设两种不同尺寸的孔洞后，在整体发生往复大变形的过程中，较长孔洞（菱形孔洞一4）将趋于闭合状态、较短孔洞（菱形孔洞二5）将趋于张开状态，较长孔洞（菱形孔洞一4）两侧的两组耗能单元将相互顶紧、在变形方向相互约束，能够使得钢板在塑性变形过程中阻尼力衰减速度更慢，实现稳定的耗能输出；假若洞较长的孔洞（菱形孔洞一4）和较短孔洞（菱形孔洞二5）尺寸相同，分割单元将是独立变形和受力，其阻尼力衰减很快。
24.4、上述特殊的孔洞构造，能够保证阻尼器的屈服位移和相同高宽比孔洞的阻尼器一致，但其大变形能力和往复疲劳性能将大幅提升30%以上，可彻底解决现有各类金属阻尼器在罕遇地震下疲劳性能不足的问题。
25.提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
26.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
27.图1示出了实施例1多孔组合高延性金属阻尼器结构示意图；
28.图2示出了实施例2多孔组合高延性金属阻尼器结构示意图；
29.图3示出了实施例2中0.5~4 mm力-位移曲线；
30.图4示出了实施例2中设计位移30圈疲劳曲线；
31.图5示出了实施例2中15 mm力-位移曲线；
32.图6示出了实施例2中0.5~25mm力-位移曲线。
33.附图标记：
[0034]1‑ꢀ
上连接件；2
‑ꢀ
下连接件；3
‑ꢀ
耗能钢板；4
‑ꢀ
菱形孔洞一；5
‑ꢀ
菱形孔洞二；6
‑ꢀ
高
强螺栓；7
‑ꢀ
加强肋板。
具体实施方式
[0035]
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0036]
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
[0037]
实施例1
[0038]
本发明的一个实施例，公开了一种多孔组合高延性金属阻尼器，包括依次连接的上连接件1、耗能钢板3、下连接件2，如图1所示。
[0039]
上连接件1、下连接件2均采用同种金属材料，且呈上下对称布置。
[0040]
耗能钢板3中部设有两种高低交错的菱形孔洞一4、菱形孔洞二5。
[0041]
耗能钢板固定设置于上、下连接件之间。
[0042]
与现有技术相比，本实施例提供的多孔组合高延性金属阻尼器屈服位移小、设计变形大，在多遇地震小变形时能提供耗能减震效果、罕遇地震下具备足够的极限变形能力，使得减震结构设计对产品的选择更为便利，同时造价显著低于常规金属阻尼器。
[0043]
实施例2
[0044]
在实施例1的基础上进行优化，上连接件1、下连接件2均采用同种结构，该结构由长板结构两侧各垂直设置一大小、尺寸相同的短板结构构成。即上连接件1、下连接件2均采用两个t型结构的串联形式，如图2所示。
[0045]
优选地，短板结构内部设置加强肋板7，用于增大结合面的强度。在不加大壁厚的条件下，可以增强整体结构的强度和刚性，以节约材料用量，减轻重量，降低成本，还可克服制品因壁厚差别带来的应力不均所造成整体结构扭曲变形。
[0046]
优选地，菱形孔洞一4、菱形孔洞二5的宽度相同，高宽比均控制在3~6区间，且菱形孔洞一4和菱形孔洞二5的高度比控制在1.5~2区间。菱形孔洞一4、菱形孔洞二5的四角均设置为用于消除应力集中的圆弧状。
[0047]
优选地，耗能钢板3的数量至少为两块。
[0048]
优选地，上连接件1与耗能钢板3、耗能钢板3与下连接件2之间均通过高强螺栓6进行连接。
[0049]
优选地，优选地，耗能钢板3的上下两侧均设有相等数量、均匀布设的螺栓孔；并且，每一螺栓孔的尺寸均相等，且与高强螺栓6尺寸适配。
[0050]
优选地，上连接件1与耗能钢板3、耗能钢板3与下连接件2之间均留有相同距离的空隙，空隙中设有填充材料。
[0051]
优选地，填充材料包括橡胶、硅胶中的至少一种。
[0052]
优选地，上连接件1或下连接件2的长板结构与短板结构均采用焊接的方式连为一体。
[0053]
上述多孔组合高延性金属阻尼器的测试结果如图3~图6所示。可见，相比现有技术，上述多孔组合高延性金属阻尼器的机械性能大幅度提高。
[0054]
具体地，与现有技术相比，本实施例提供的多孔组合高延性金属阻尼器具有如下有益效果：
[0055]
1、耗能钢板3在中部开孔后，钢板从整体的剪切变形模式变成多组分割单元的弯曲变形模式，剪切变形模式下存在面外屈曲问题，而采用孔洞分割后的多组分割单元不存在屈曲问题。
[0056]
2、耗能钢板3在中部开设两种不同尺寸的孔洞（菱形孔洞一4和菱形孔洞二5），当两孔洞的高宽比均满足3~6、菱形孔洞一4和菱形孔洞二5的高度比满足1.5~2条件后，钢板整体的极限变形和往复疲劳性能将显著改善，提升幅度超过30%。
[0057]
3、耗能钢板3在中部开设两种不同尺寸的孔洞后，在整体发生往复大变形的过程中，较长孔洞（菱形孔洞一4）将趋于闭合状态、较短孔洞（菱形孔洞二5）将趋于张开状态，较长孔洞（菱形孔洞一4）两侧的两组耗能单元将相互顶紧、在变形方向相互约束，能够使得钢板在塑性变形过程中阻尼力衰减速度更慢，实现稳定的耗能输出；假若洞较长的孔洞（菱形孔洞一4）和较短孔洞（菱形孔洞二5）尺寸相同，分割单元将是独立变形和受力，其阻尼力衰减很快。
[0058]
4、上述特殊的孔洞构造，能够保证阻尼器的屈服位移和相同高宽比孔洞的阻尼器一致，但其大变形能力和往复疲劳性能将大幅提升30%以上，可彻底解决现有各类金属阻尼器在罕遇地震下疲劳性能不足的问题。
[0059]
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

技术特征：
1.一种多孔组合高延性金属阻尼器，其特征在于，包括依次连接的上连接件（1）、耗能钢板（3）、下连接件（2）；其中，所述上连接件（1）、下连接件（2）均采用同种金属材料，且呈上下对称布置；所述耗能钢板（3）中部设有两种高低交错的菱形孔洞一（4）、菱形孔洞二（5）。2.根据权利要求1所述的多孔组合高延性金属阻尼器，其特征在于，所述上连接件（1）、下连接件（2）均采用同种结构，该结构由长板结构两侧各垂直设置一大小、尺寸相同的短板结构构成。3.根据权利要求1或2所述的多孔组合高延性金属阻尼器，其特征在于，所述菱形孔洞一（4）、菱形孔洞二（5）的宽度相同，高宽比均控制在3~6区间，且菱形孔洞一（4）和菱形孔洞二（5）的高度比控制在1.5~2区间。4.根据权利要求3所述的多孔组合高延性金属阻尼器，其特征在于， 所述耗能钢板（3）的数量至少为两块。5.根据权利要求1、2、4之一所述的多孔组合高延性金属阻尼器，其特征在于，所述上连接件（1）与耗能钢板（3）、所述耗能钢板（3）与下连接件（2）之间均通过高强螺栓（6）进行连接。6.根据权利要求5所述的多孔组合高延性金属阻尼器，其特征在于，所述菱形孔洞一（4）、菱形孔洞二（5）的四角均设置为用于消除应力集中的圆弧状。7.根据权利要求5所述的多孔组合高延性金属阻尼器，其特征在于，所述耗能钢板（3）的上下两侧均设有相等数量、均匀布设的螺栓孔；并且，每一螺栓孔的尺寸均相等，且与所述高强螺栓（6）尺寸适配。8.根据权利要求1-2、4、6-7之一所述的多孔组合高延性金属阻尼器，其特征在于，所述上连接件（1）与耗能钢板（3）、所述耗能钢板（3）与下连接件（2）之间均留有相同距离的空隙，空隙中设有填充材料。9.根据权利要求8所述的多孔组合高延性金属阻尼器，其特征在于，所述填充材料包括橡胶、硅胶中的至少一种。10.根据权利要求2所述的多孔组合高延性金属阻尼器，其特征在于，所述上连接件（1）或下连接件（2）的长板结构与短板结构均采用焊接的方式连为一体。

技术总结
本实用新型提供了一种多孔组合高延性金属阻尼器，属于建筑结构消能减震技术领域，解决了现有金属阻尼器减震效果较差的问题。该多孔组合高延性金属阻尼器包括依次连接的上连接件、耗能钢板、下连接件。其中，上连接件、下连接件均采用同种金属材料，且呈上下对称布置；耗能钢板中部设有两种高低交错的菱形孔洞一、二。耗能钢板固定设置于上、下连接件之间，实现了消除屈曲、显著改善极限变形和往复疲劳性能，彻底解决了金属阻尼器在在罕遇地震下疲劳性能不足的问题。性能不足的问题。性能不足的问题。


技术研发人员：何雄科 王泽 刘国明 丁新春
受保护的技术使用者：北京赛福思创减震科技股份公司
技术研发日：2021.10.27
技术公布日：2022/5/25