全文摘要
本实用新型公开一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，包括上端板、下端板、左右侧竖板、中间竖板、中间横板、变截面圆柱中心杆、加劲肋和弹簧。上端板与中间竖板焊接连接，下端板与左右竖板焊接连接，利用中间横板和中间竖板组成十字星板并与上端板连接在一起，左右侧竖板与中间横板留有间隙，变截面圆柱中心杆通过中间横板和中间竖板预留孔洞，弹簧与上端板焊接连接，弹簧与变截面圆柱中心杆焊接在一起。本实用新型阻尼器利用阻尼器的轴向拉压变形和横向剪切变形控制结构本身的轴向和横向塑性变形对结构有更好的减震、隔震的效果，具有构造简单、加工方便、性能稳定，可用于结构减震装置。并且震后对阻尼器的更换，表现出抗震功能迅速恢复的特色。
主设计要求
1.一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，其特征在于，包括上端板(1)、下端板(7)、左侧竖板(4)、右侧竖板(5)、十字形板、变截面圆柱中心杆(6)、加劲肋(8)和弹簧，十字形板包括中间竖板(2)和中间横板(3)，中间竖板(2)和中间横板(3)连接为十字形，中间竖板(2)的上端与上端板(1)固定连接；变截面圆柱中心杆(6)的中间段为大径段，两端为小径段，变截面圆柱中心杆两端的小径段上均套设有弹簧，弹簧的一端与大径段的端面连接，弹簧的内径小于变截面圆柱中心杆(6)大径段的直径，弹簧的长度大于小径段的长度；变截面圆柱中心杆(6)包括竖向变截面圆柱中心杆和横向变截面圆柱中心杆；中间横板(3)上在中间竖板(2)的两侧均开设有竖向预留孔洞，竖向预留孔洞中设有竖向变截面圆柱中心杆，竖向预留孔洞与竖向变截面圆柱中心杆大径段间隙配合；中间竖板(2)上在中间横板(3)的下方开设有横向预留孔洞，横向预留孔洞中设有横向变截面圆柱中心杆，横向预留孔洞与横向变截面圆柱中心杆的大径段间隙配合；竖向变截面圆柱中心杆上下两端套设的弹簧的另一端分别与上端板(1)和下端板(7)连接；左侧竖板(4)和右侧竖板(5)固定设置在下端板(7)上且分别位于中间横板(3)的左右两侧，左侧竖板(4)与中间横板(3)之间以及右侧竖板(5)与中间横板(3)之间均留有间隙，中间竖板(2)的下端与下端板(7)之间留有预设距离；横向变截面圆柱中心杆左右两端套设的弹簧的另一端分别与左侧竖板(4)和右侧竖板(5)连接。
设计方案
1.一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，其特征在于，包括上端板(1)、下端板(7)、左侧竖板(4)、右侧竖板(5)、十字形板、变截面圆柱中心杆(6)、加劲肋(8)和弹簧，十字形板包括中间竖板(2)和中间横板(3)，中间竖板(2)和中间横板(3)连接为十字形，中间竖板(2)的上端与上端板(1)固定连接；变截面圆柱中心杆(6)的中间段为大径段，两端为小径段，变截面圆柱中心杆两端的小径段上均套设有弹簧，弹簧的一端与大径段的端面连接，弹簧的内径小于变截面圆柱中心杆(6)大径段的直径，弹簧的长度大于小径段的长度；
变截面圆柱中心杆(6)包括竖向变截面圆柱中心杆和横向变截面圆柱中心杆；
中间横板(3)上在中间竖板(2)的两侧均开设有竖向预留孔洞，竖向预留孔洞中设有竖向变截面圆柱中心杆，竖向预留孔洞与竖向变截面圆柱中心杆大径段间隙配合；中间竖板(2)上在中间横板(3)的下方开设有横向预留孔洞，横向预留孔洞中设有横向变截面圆柱中心杆，横向预留孔洞与横向变截面圆柱中心杆的大径段间隙配合；
竖向变截面圆柱中心杆上下两端套设的弹簧的另一端分别与上端板(1)和下端板(7)连接；
左侧竖板(4)和右侧竖板(5)固定设置在下端板(7)上且分别位于中间横板(3)的左右两侧，左侧竖板(4)与中间横板(3)之间以及右侧竖板(5)与中间横板(3)之间均留有间隙，中间竖板(2)的下端与下端板(7)之间留有预设距离；
横向变截面圆柱中心杆左右两端套设的弹簧的另一端分别与左侧竖板(4)和右侧竖板(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，其特征在于，左侧竖板(4)与下端板(7)之间以及右侧竖板(5)与下端板(7)之间均焊接有加劲肋(8)。
3.根据权利要求1所述的一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，其特征在于，弹簧的外径与变截面圆柱中心杆大径段直径相同，弹簧的内径与变截面圆柱中心杆(6)小径段直径相同。
4.根据权利要求1所述的一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，其特征在于，弹簧分别与上端板(1)、下端板(7)、左侧竖板(4)以及右侧竖板(5)之间焊接。
5.根据权利要求1所述的一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，其特征在于，所述弹簧采用SMA记忆合金弹簧(9)。
6.根据权利要求1所述的一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，其特征在于，中间竖板(2)的下端与下端板(7)之间的距离为20～40cm。
7.根据权利要求1所述的一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，其特征在于，变截面圆柱中心杆的长度等于上端板(1)和下端板(7)距离的三分之一。
8.根据权利要求1所述的一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，其特征在于，变截面圆柱中心杆(6)采用屈服强度为80MPa～220Mpa的软钢，上端板(1)、中间竖板(2)、中间横板(3)、左侧竖板(4)、右侧竖板(5)和下端板(7)均采用屈服强度为235MPa的钢。
9.根据权利要求1所述的一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，其特征在于，中间竖板(2)和中间横板(3)之间焊接，中间竖板(2)的上端与上端板(1)之间焊接，左侧竖板(4)和下端板(7)之间焊接，右侧竖板(5)与下端板(7)之间焊接。
10.根据权利要求1所述的一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，其特征在于，上端板(1)以及下端板(7)上均开设有用于与外部构件相连的螺栓孔。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于土木工程抗震与减震领域，主要涉及结构减震控制系统中的金属耗能阻尼器，具体的说是一种可更换的多向耗能软钢阻尼器。
背景技术
目前高层、超高层建筑越来越多，对于结构抗震的要求也随之提高，尤其是地震地区。根据实际工程得知，剪力墙在震后框均有不同程度的破坏，尤其是剪力墙底部区域发生了严重破坏，有的建筑甚至出现剪力墙墙趾处混凝土被压碎、钢筋被压弯的情况，所以剪力墙的减震隔震的提出是有必要的。现在的做法通常是增强剪力墙的边缘约束构件，已加强抗震能力，然而现在的剪力墙增强抗震的效果并不明显，因此最新研究不再向增强抗震能力为核心，而转向减震、隔震的方法来防止剪力墙的破坏。有的建筑出现因柱节点破坏导致连续性倒塌，所以柱的减震隔震的提出是有必要的。现在的做法通常是在柱脚安装阻尼器，已实现减震隔震的效果，然而现在的阻尼器减震隔震的效果并不明显，而且破坏后不易更换。
结构抗震已由抗倒塌设计逐步向可恢复功能设计转变，以期在震后将整个社会的损失降到最低。在实现可恢复功能结构的这几种方法中，目前最具有可操作性的是可更换结构，在结构中设置可更换的结构构件，在强震时使结构的损伤主要集中在可更换构件，不仅可以利用其有效耗散地震输入结构能量，而且有利于震后对受损的可更换构件快速更换，尽快恢复结构的正常使用功能。
现以开发的耗能构架种类繁多，但金属耗能阻尼器因为其性能稳定、价格低廉、可靠性高等特点，而得到广泛关注。然而，现今是使用的金属阻尼器大多属于剪切型阻尼器，而拉压型阻尼器少之又少。从剪力墙的震害特征可以看出，剪力墙墙趾处出现塑性区域的现象比较常见。从框架结构柱的震害特征可以看出，框架结构柱柱脚出现塑性铰的现象比较常见。因此，研制一种金属耗能阻尼器放置于剪力墙墙趾处和框架结构柱柱脚处具有重要的工程应用价值。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，该阻尼器的减震隔震的效果更好，而且破坏后易更换，可快速投入到结构使用中去。
为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
一种可更换的多向耗能软钢阻尼器，包括上端板、下端板、左侧竖板、右侧竖板、十字形板、变截面圆柱中心杆、加劲肋和弹簧，十字形板包括中间竖板和中间横板，中间竖板和中间横板连接为十字形，中间竖板的上端与上端板固定连接；变截面圆柱中心杆的中间段为大径段，两端为小径段，变截面圆柱中心杆两端的小径段上均套设有弹簧，弹簧的一端与大径段的端面连接，弹簧的内径小于变截面圆柱中心杆大径段的直径，弹簧的长度大于小径段的长度；
变截面圆柱中心杆包括竖向变截面圆柱中心杆和横向变截面圆柱中心杆；
中间横板上在中间竖板的两侧均开设有竖向预留孔洞，竖向预留孔洞中设有竖向变截面圆柱中心杆，竖向预留孔洞与竖向变截面圆柱中心杆大径段间隙配合；中间竖板上在中间横板的下方开设有横向预留孔洞，横向预留孔洞中设有横向变截面圆柱中心杆，横向预留孔洞与横向变截面圆柱中心杆的大径段间隙配合；
竖向变截面圆柱中心杆上下两端套设的弹簧的另一端分别与上端板和下端板连接；
左侧竖板和右侧竖板固定设置在下端板上且分别位于中间横板的左右两侧，左侧竖板与中间横板之间以及右侧竖板与中间横板之间均留有间隙，中间竖板的下端与下端板之间留有预设距离；
横向变截面圆柱中心杆左右两端套设的弹簧的另一端分别与左侧竖板和右侧竖板连接。
左侧竖板与下端板之间以及右侧竖板与下端板之间均焊接有加劲肋。
弹簧的外径与变截面圆柱中心杆大径段直径相同，弹簧的内径与变截面圆柱中心杆小径段直径相同。
弹簧分别与上端板、下端板、左侧竖板以及右侧竖板之间焊接。
所述弹簧采用SMA记忆合金弹簧。
中间竖板的下端与下端板之间的距离为20～40cm。
变截面圆柱中心杆的长度等于上端板和下端板距离的三分之一。
变截面圆柱中心杆采用屈服强度为80MPa～220Mpa的软钢，上端板、中间竖板、中间横板、左侧竖板、右侧竖板和下端板7均采用屈服强度为235MPa的钢。
中间竖板和中间横板之间焊接，中间竖板的上端与上端板之间焊接，左侧竖板和下端板之间焊接，右侧竖板与下端板之间焊接。
上端板以及下端板上均开设有用于与外部构件相连的螺栓孔。
本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型可更换的多向耗能软钢阻尼器的中间横板上在中间竖板的两侧均开设有竖向预留孔洞，竖向预留孔洞中设有竖向变截面圆柱中心杆，竖向预留孔洞与竖向变截面圆柱中心杆大径段间隙配合，竖向变截面圆柱中心杆上下两端套设的弹簧的另一端分别与上端板和下端板连接，弹簧的一端与大径段的端面连接，弹簧的内径小于变截面圆柱中心杆大径段的直径，弹簧的长度大于小径段的长度，因此通过竖向变截面圆柱中心杆上套设的弹簧在阻尼器纵向的变形，能够吸收地震在阻尼器纵向的能量，中间竖板的下端与下端板之间留有预设距离，该预设距离能够保证中间竖板随上端板上下移动时，避免中间竖板直接与下端板顶住而影响耗能，同时，竖向预留孔洞能够对竖向变截面圆柱中心杆进行导向并防止弹簧发生失稳，使得整个阻尼器的结构受力更加稳定。中间竖板上在中间横板的下方开设有横向预留孔洞，横向预留孔洞中设有横向变截面圆柱中心杆，横向预留孔洞与横向变截面圆柱中心杆的大径段间隙配合；左侧竖板和右侧竖板固定设置在下端板上且分别位于中间横板的左右两侧，左侧竖板与中间横板之间以及右侧竖板与中间横板之间均留有间隙，中间竖板的下端与下端板之间留有预设距离，因此通过横向变截面圆柱中心杆上套设的弹簧在阻尼器横向的变形，能够吸收地震在阻尼器横向的能量，左侧竖板与中间横板之间以及右侧竖板与中间横板之间均留有间隙，该间隙能够保证中间横板具有足够的位移空间，避免在阻尼器进行横向变形耗能时，中间横板与左侧竖板或右侧竖板发生触碰，导致整个结构损坏失效，同时，横向预留孔洞能够对横向变截面圆柱中心杆进行导向并防止弹簧发生失稳，使得整个阻尼器的结构受力更加稳定。综上，本实用新型阻尼器的弹簧在外力作用下产生拉伸压缩变形进行耗能，相比传统软钢阻尼器，本实用新型具有可来回滞回耗能的优点，在相同尺寸的情况下，本实用新型的阻尼器能够吸收的能量更大，抗震、减震效果更佳。
附图说明
图1为本实用新型阻尼器的整体结构示意图。
图2为本实用新型阻尼器连接方式示意图。
图3为本实用新型阻尼器主视图。
图4为本实用新型阻尼器左视图。
图5为本实用新型阻尼器俯视图。
图6为本实用新型工程应用实例一的示意图。
图7为本实用新型工程应用实例二的示意图。
图中各个标号的含义为：1-上端板，2-中间竖板，3-中间横板，4-左侧竖板，5-右侧竖板，6-变截面圆柱中心杆，7-下端板，8-加劲肋，9-SMA记忆合金弹簧，12-剪力墙结构，13-可更换的多向耗能软钢阻尼器，14-框架结构柱。
具体实施方式
遵从上述技术方案，以下给出本实用新型的具体实例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1～图5所示，本实用新型的可更换的多向耗能软钢阻尼器，包括上端板1、下端板7、左侧竖板4、右侧竖板5、十字形板、变截面圆柱中心杆6、加劲肋8和弹簧，十字形板包括中间竖板2和中间横板3，中间竖板2和中间横板3焊接为十字形，中间竖板2的上端与上端板1焊接；变截面圆柱中心杆6的中间段为大径段，两端为小径段，变截面圆柱中心杆两端的小径段上均套设有弹簧，弹簧的一端与大径段的端面焊接，弹簧的内径小于变截面圆柱中心杆6大径段的直径，弹簧的长度大于小径段的长度；变截面圆柱中心杆6包括竖向变截面圆柱中心杆和横向变截面圆柱中心杆；中间横板3上在中间竖板2的两侧均开设有竖向预留孔洞，竖向预留孔洞中设有竖向变截面圆柱中心杆，竖向预留孔洞与竖向变截面圆柱中心杆大径段间隙配合；中间竖板2上在中间横板3的下方开设有横向预留孔洞，横向预留孔洞中设有横向变截面圆柱中心杆，横向预留孔洞与横向变截面圆柱中心杆的大径段间隙配合；竖向变截面圆柱中心杆上下两端套设的弹簧的另一端分别与上端板1和下端板7焊接；左侧竖板4和右侧竖板5焊接在下端板7上且分别位于中间横板3的左右两侧，左侧竖板4与中间横板3之间以及右侧竖板5与中间横板3之间均留有间隙，中间竖板2的下端与下端板7之间留有预设距离，以保证竖向的弹簧进行耗能；横向变截面圆柱中心杆左右两端套设的弹簧的另一端分别与左侧竖板4和右侧竖板5焊接。弹簧变形后能够恢复形状，并能起到减震的作用。左侧竖板4与下端板7之间以及右侧竖板5与下端板7之间均焊接有加劲肋8，通过加劲肋8能够防止左右侧竖板底端在地震作用下阻尼器整体发生侧向失稳而失去耗能能力，增强整体的稳定性。上端板1以及下端板7上均开设有用于与外部构件相连的螺栓孔，螺栓孔用于与外部构件螺栓连接，便于拆卸和安装。其中上端板1与下端板7之间的距离是根据所需更换的结构处塑性区域大小确定的，横向预留孔洞和竖向预留孔洞既能起到对变截面圆柱中心杆6导向的作用，同时还能够防止变截面圆柱中心杆6发生侧向失稳，保证阻尼器整体结构的稳定性。
作为本实用新型优选的实施方式，弹簧的外径与变截面圆柱中心杆大径段直径相同，弹簧的内径与变截面圆柱中心杆6小径段直径相同。竖向预留孔洞与横向预留孔洞均为圆孔。弹簧采用SMA记忆合金弹簧9。中间竖板2的下端与下端板7之间的距离为20～40cm。变截面圆柱中心杆的长度等于上端板1和下端板7距离的三分之一。变截面圆柱中心杆6采用屈服强度为80MPa～220Mpa的软钢，上端板1、中间竖板2、中间横板3、左侧竖板4、右侧竖板5和下端板7均采用屈服强度为235MPa的钢。
经过大量研究发现，若在剪力墙墙趾处用本实用新型的阻尼器进行替换，在剪力墙抵抗地震作用时，阻尼器耗散外部地震输入能量，保护了剪力墙免受破坏，而失去本身的使用能力。若在框架结构柱易破坏部位用拉压型软钢阻尼器进行替换，在框架结构柱抵抗地震作用时，阻尼器耗散外部地震输入能量，保护了框架结构柱免受破坏，而失去本身的使用能力。具体的应用情况如下。
如图6所示，当本实用新型的可更换的多向耗能软钢阻尼器用于对剪力墙结构12减震时，在剪力墙结构12的底部区域预留阻尼器安置腔，阻尼器安置腔内安装有本实用新型的可更换的多向耗能软钢阻尼器13。
上述的阻尼器安置腔是根据地震作用的能量大小和地震作用下剪力墙墙趾处易发生破坏的塑性区域确定的。
上述可更换的多向耗能软钢阻尼器主要耗能部位为SMA记忆合金弹簧，通过SMA记忆合金弹簧的拉伸和压缩达到多向耗能目的。
上述可更换的多向耗能软钢阻尼器全部组成构件均采用焊接连接，其主要耗能部位在地震发生后，首先产生塑性变形耗能，保证剪力墙结构12自身不受破坏，震后即可对可更换的多向耗能软钢阻尼器13进行拆卸和更换。
剪力墙结构12因被挖去一定的空间，承载能力下降，通过减小可更换的多向耗能软钢阻尼器13平行高度范围内的剪力墙结构12水平分布钢筋间距来补偿损失的承载力。装入可更换的多向耗能软钢阻尼器13的剪力墙结构12的承载力与原完好剪力墙结构承载力基本持平。耗能能力远远大于原被替换的墙脚处的耗能能力。
如图7所示，当本实用新型的可更换的多向耗能软钢阻尼器用于对框架结构柱14减震时，在框架结构柱14的顶部区域预留阻尼器安置腔，阻尼器安置腔内安装有本实用新型的可更换的多向耗能软钢阻尼器13。
上述的阻尼器安置腔是根据地震作用的能量大小和地震作用下框架结构柱柱顶处易发生破坏的塑性区域确定。
框架结构柱14因被挖去一定的空间，承载能力下降，通过减小可更换的多向耗能软钢阻尼器13平行高度范围内的框架结构柱14水平分布钢筋间距来补偿损失的承载力。装入可更换的多向耗能软钢阻尼器13的框架结构柱14的承载力与原完好框架结构柱承载力基本持平。耗能能力远远大于原被替换的柱顶处的耗能能力。
综上所述，本实用新型的可更换的多向耗能软钢阻尼器及其使用具有以下优点：
1、构造简单、加工方便、性能稳定，竖向和横向变截面圆柱中心杆6共同吸收地震能量，SMA记忆合金弹簧9在外力作用下产生拉伸压缩变形，相比传统软钢阻尼器，具有可来回滞回耗能的优点，在相同尺寸的情况下，本阻尼器能够吸收的能量更大，抗震、减震效果更佳。
2、在上下端板分别设有若干个螺栓孔，与外部结构螺栓连接，在地震作用后可以有效快速更换，达到连接更换简易的目的。
3、本实用新型提供的可更换的多向耗能软钢阻尼器，将其放置于剪力墙两端墙脚处即形成塑性铰的区域，因而可以提高剪力墙的变形能力从而有效的保护墙脚免遭破坏，震后对墙脚内阻尼器的更换，若将其放置于框架结构柱两端柱顶处即形成塑性铰的区域，可以提高柱的变形能力从而有效的保护柱脚免遭破坏，震后对柱顶内阻尼器的更换，大大提高了建筑物震后恢复使用的能力，其经济性和实用性更强。
4、本实用新型的可更换的多向耗能软钢阻尼器，针对于有轴向变形的构件，利用阻尼器内部的竖向弹簧耗能，控制结构本身的轴向塑性变形，对于有横向变形的构件，利用阻尼器内部的横向弹簧耗能，控制结构本身的横向塑性变形，对结构有更好的减震、隔震的效果。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920009675.0
申请日:2019-01-03
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:87(西安)
授权编号:CN209397760U
授权时间:20190917
主分类号:E04B 1/98
专利分类号:E04B1/98;E04H9/02
范畴分类:36C;36D;
申请人:西安建筑科技大学
第一申请人:西安建筑科技大学
申请人地址:710055 陕西省西安市碑林区雁塔路13号
发明人:王威;仲凯;徐金兰;梁宇建;王万志
第一发明人:王威
当前权利人:西安建筑科技大学
代理人:徐文权
代理机构:61200
代理机构编号:西安通大专利代理有限责任公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计