[實用新型]三角形鋼板開孔式阻尼器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420357692.0
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN204162993U
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉騰飛;沈星;倪曉博;葉愛君;陳光;羅富元
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E01D19/04
• 分類號: E01D19/04;E04B1/98;E04B1/36
• 代理公司: 上海天協(xié)和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 葉鳳

技術領域

本實用新型屬于土木工程、地震工程技術領域，具體為設置在建筑和橋梁結構中的一種三角形鋼板開孔式阻尼器。?

背景技術

近年來，我國在建筑和橋梁工程結構的減、隔震技術方面進行了大量的研究，也有諸多類型的阻尼器專利得到申請。傳統(tǒng)的抗震設計是通過結構自身的抗震性能來抵抗地震作用，但這種抗震方式以犧牲結構部分構件為代價，并且缺乏自我調節(jié)能力，在超出設防水準的地震下很可能不滿足安全性的要求。而減隔震裝置作為額外增設于結構中部分，通過耗減地震能量，保護結構的安全，已經受到廣泛工程設計人員的推崇。?

目前減隔震裝置有很多，其中金屬阻尼器具有構造簡單、形式多樣、滯回耗能能力好、堅實耐用、經濟性好等優(yōu)點，是國內外廣泛研究的一種結構耗能減震裝置。最早被提出的三角形、X形這類經典的金屬阻尼器理論上具有整體同時屈服，鋼材利用率較高的優(yōu)點。但通過有限元分析發(fā)現：這種金屬阻尼器在鋼板破壞時，絕大部分鋼板各截面外緣點沒有達到極限應變，鋼板應變均勻性并沒有達到令人滿意的效果，造成了鋼材的浪費。為了進一步改善鋼板破壞時應變均勻性，提高鋼材利用率與經濟效益，有必要研究一種新型鋼板阻尼器。?

發(fā)明內容

本實用新型給出一種三角形鋼板開孔阻尼器，其目的是解決原有經典的三角形鋼板阻尼器破壞時應變均勻性差，實際鋼材利用率低的不足等諸多問題，進而提供一種具有良好的應變均勻性，同時具有較好耗能能力和位移能力，開孔的應力集中現象不明顯，構造合理的的三角形鋼板開孔阻尼器?

本實用新型給出的技術方案如下：?

一種三角形鋼板開孔阻尼器，包括鋼板、底板、上部擋板和球形傳力鍵，其特征在于，所述鋼板設計成開孔式的耗能鋼板，鋼板平面幾何形狀為三角形，平面的鋼板上開一個橢圓形孔,三角形板的底邊固嵌于所述底板，頂點通過所述球形傳力鍵與所述上部擋板緊密貼合。鋼板材料建議選取屈服強度345MPa的高強?軟鋼，以保證其具有較高的初始剛度和良好的塑性性能。需要注意的是：第一，三角形鋼板開孔阻尼器受力形式為受彎構件。第二，為避免應力集中，開孔形狀為橢圓形；第三，為保證鋼板完整性，開孔邊緣應預留足夠的寬度。第四，橢圓形開孔能夠明顯改善鋼板破壞時應變均勻性。第五，橢圓形開孔不影響阻尼器位移能力和耗能能力。?

本實用新型裝置中的耗能部件為開橢圓孔的三角形鋼板，橢圓孔長軸方向與板寬方向互相垂直。橢圓孔中心距底邊在0.36～0.44H之間(H為三角板板高)，橢圓孔長軸為0.2～0.28H之間，橢圓孔短軸為0.12B～0.16B之間(B為三角形板寬)。此外，開孔部分的面積控制在原有三角形鋼板面積的7％～10％，開孔橢圓的離心率為0.85～0.9。橢圓形開孔的任一邊界點與三角形鋼板邊界的最小距離不應小于3cm。?

本實用新型適用于建筑工程與橋梁工程的減震設計。通過對三角形鋼板上開橢圓形孔，使得本實用新型在不影響阻尼器位移能力和屈服耗能能力的情況下，能有效改善鋼板破壞時應變均勻性差的問題，實現節(jié)約鋼材的目的。而且橢圓形開孔，避免了應力集中問題，也保證了鋼板的屈服耗能能力和位移能力不降低。?

附圖說明

圖1三角形鋼板應力拓撲優(yōu)化結果。?

圖2開孔前后鋼板模型的力—位移曲線:(a)未開孔鋼板。?

圖3開孔前后鋼板模型的力—位移曲線:(b)開橢圓孔鋼板。圖4開孔前后鋼板模型的力—位移曲線:(a)未開孔鋼板。?

圖5開孔前后鋼板模型的力—位移曲線:(b)開橢圓孔鋼板。?

圖6為三角形開橢圓形孔阻尼器橫向圖。?

圖中：1為頂板，2為上部擋板，3為螺栓，4為三角形鋼板，5為底板，6為球形傳力鍵，7為橢圓形開孔。?

圖7為三角形開橢圓形孔阻尼器縱向圖。?

圖8為一種三角形鋼板開孔阻尼器實例在橋梁中應用示意圖。?

圖中：8為支座，9為主梁，10為橋墩。?

圖9為一種三角形鋼板開孔阻尼器實例在建筑支撐中應用示意圖。?

圖中：11為框架梁，12為框架柱，13為斜撐。?

具體實施方式

為了探求一個合理的鋼板構造，對三角形鋼板建立有限元模型進行了拓撲優(yōu)化。拓撲優(yōu)化結果表明，鋼板應變較低處集中在鋼板中部和底部，初步考慮挖去這幾部分。但是挖去2個底角，很大程度上降低鋼板首次屈服剛度而且應力集中問題難于克服，故不考慮。如果在鋼板中間挖圓孔，會出現嚴重的應力集中問題，大大降低鋼板的位移能力；此外，如果橢圓孔長軸與底邊平行，那么應變改善效果十分有限，故這2種開孔方式不予考慮。如圖1所示。?