[发明专利]一种分阶段耗能器

说明书

技术领域

本发明涉及建筑工程中防止振动的领域，特别是一种用于抑制工程结构在地震和风振作用下的结构振动响应的减振装置。

背景技术

低屈服点钢材具有较低的屈服点，有利于耗能器先于结构构件进入屈服耗能，且具有良好的塑性、延性和滞回性能，故具有良好稳定的耗能能力。由于上述优点，低屈服点钢特别适合作为抗震用钢，并逐步受到业内的认可和重视，现已成为抗震用钢的一个新钢种和重点钢种。随着20世纪末低屈服点钢材料的逐渐兴起和被动控制理论的发展应用，低屈服点钢耗能器开始被广泛用于既有建筑的改造加固以及新建建筑的消能减震设计中。到目前为止，已有多种类型的低屈服点钢耗能器问世。

随着行业发展，现有的低屈服点钢耗能器的抗疲劳性能常常已不能满足现代建筑的高要求，同时还暴露出结构复杂、安装更换也较为繁琐的问题，而且很多都存在造价比较高的缺陷。

发明内容

要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出一种基于低屈服点钢的分阶段耗能器，解决传统的低屈服点钢耗能器抗疲力性能差、结构复杂、安装更换繁琐、造价高的技术问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种分阶段耗能器，包括平行相对的顶板和底板，所述顶板和底板中间设有耗能钢片，所述耗能钢片连接顶板和底板；所述耗能钢片包括相互平行设置的一个第一阶段耗能钢片和两个第二阶段耗能钢片，所述两个第二阶段耗能钢片以第一阶段耗能钢片为中线设置在其两侧，所述第一阶段耗能钢片的宽度大于第二阶段耗能钢片的宽度；所述第一阶段耗能钢片的材料的屈服点低于第二阶段耗能钢片的材料的屈服点；所述耗能钢片上设有抛物线形式的孔，开口大小相同且两两开口相对的一组抛物线组成一个抛物线形式的孔，抛物线的对称轴平行于顶板且位于耗能钢片的中间位置；第一阶段耗能钢片上的抛物线形式的孔大于第二阶段耗能钢片上的抛物线形式的孔。

本发明中位于两侧的第二阶段耗能钢片的尺寸小于中间的第一阶段耗能钢片，同时位于第二阶段耗能钢片上的抛物线开口也相应得小于位于第一阶段耗能钢片上的抛物线开口，在材料的选择上第一阶段耗能钢片屈服点低于第二阶段耗能钢片的屈服点，以上设置导致两种耗能钢片具有不同的初始抗侧刚度，从而具有不同的屈服位移和屈服载荷，从而可以实现分阶段耗能。小震作用下，中间的第一阶段耗能钢片率先塑性屈服耗能，大震作用下两侧的第二阶段耗能钢片也逐步进入塑性状态，参与耗能工作；同时将耗能钢片上设置若干个抛物线形式的孔，根据2011年徐艳红、李爱群、黄镇在《建筑结构学报》发表的论文《抛物线外形软钢阻尼器试验研究》，抛物线形式的孔有利于耗能钢片塑性变形的均匀发展和分布，从而具有良好的滞回性能和抗疲劳性能。

作为优选的，在本发明中，第一阶段耗能钢片的材料为低屈服点钢；第二阶段耗能钢片的材料为普通碳素钢。低屈服点钢是屈服点较低的钢材的统称，一般都具有优良的深冲性能和深拉延性能，与碳素钢相比，低屈服点钢的屈服点较低。

本发明在选择耗能钢片时，要保证第一阶段耗能钢片的屈服位移的适量，如果屈服位移太小，则会导致需要频繁更换第一阶段耗能钢片，相反如果屈服位移太大，则两个阶段耗能钢片的屈服位移分别不明显，也无法实现本装置分阶段耗能的目的。这里屈服位移的大小主要与耗能钢板的大小、抛物线开口的大小以及耗能钢片的材料有关，具体可通过有限元分析或试验研究来选择合适的耗能钢片的组合。

作为优选的，在本发明中，所述耗能钢片与顶板和底板均通过焊接连接。保证耗能钢片与顶板和底板的可靠连接。

进一步的，在本发明中，每个耗能钢片上间隔设置抛物线形式的孔，同一组的两条抛物线对接的位置处设置圆角。均匀间隔设置的抛物线形式的孔，使得耗能钢片受力后均匀变形，且圆角设置可以防止应力集中。

进一步的，在本发明中，耗能钢片的左右边缘均设置成开口背向自身的抛物线形式。与抛物线形式的孔相应，使得耗能钢片整体上抛物线形式的孔与实体部分间隔设置，有利于塑性变形均匀发展。

进一步的，在本发明中，在顶板和底板上预留螺栓孔，通过高强螺栓或抗剪连接件与结构主体相连。保证本装置与结构主体可靠相连，在水平作用下发挥减震作用。

有益效果：

本发明提供了一种设计制作简单、安装更换方便、滞回性能稳定、造价相对低廉且可以分阶段耗能的新型低屈服点钢分阶段耗能器；

该耗能器利用两种具有不同屈服位移和屈服荷载的耗能钢片来实现分阶段耗能，抛物线形的开洞有利于其应变的均匀发展和分布，从而使其具有良好的滞回性能和疲劳性能；