[发明专利]一种分阶段屈服型软钢阻尼器及其施工方法

说明书

一种分阶段屈服型软钢阻尼器及其施工方法，包括连接底座和耗能件，连接底座包括两个底座，所述耗能件位于两个底座之间，耗能件包括第一屈服件和第二屈服件，第一屈服件共分设两部分，分别位于本体的纵向两侧并对称设置，每部分均包括第一屈服单元组，每列第一屈服单元组包括一组第一屈服单元，第二屈服件集中设置在本体的中央，第二屈服件包括第二屈服单元组。本发明通过构造使弯曲型钢片与其定位器构成弯曲型软钢阻尼器，小震下第一屈服段弯曲型钢片进入工作，屈服耗能，第二屈服段剪切型钢片未进入工作状态，不影响第一屈服段的耗能，在中震或大震作用下，第二屈服段的刚度和耗能能力远大于第一屈服段，大大的提高了金属阻尼器的应用范围。

技术领域

本发明属于结构抗震领域，特别是一种消能减震结构及其施工方法。

背景技术

地震作用由于其突发性和随机性等特点，一直是结构工程师面临的重大挑战。消能减震结构体系通过安装消能减震装置改变结构的阻尼、刚度或强度等特性，通过消能减震装置吸收或耗散地震输入的能量，从而降低结构地震反应，减少主体结构关键构件的损伤，在工程抗震设计得到大量的应用。常见的耗能减震装置主要有金属阻尼器、摩擦型阻尼器、粘弹性阻尼器以及粘滞流体阻尼器等，其中金属阻尼器受力明确、构造简单、性能稳定并且易于维护，是应用最为广泛的消能减震装置之一。

金属型阻尼器通过装置的弯曲、剪切、扭转产生弹塑性变形来耗散地震能量，金属型阻尼器滞回特性稳定，低周疲劳特性良好，且不受环境温度影响，除此之外，金属型阻尼器构造简单，震后更换方便，减震机理明确，减震效果显著。根据核心部件的受力状态特点主要可分为以下几类：以轴向变形为主的屈曲约束支撑；以受弯为主的平行加劲钢板阻尼器；以受剪为主的剪切钢板阻尼器；处于复杂受力状态的新型阻尼器。

弯曲型软钢阻尼器利用相互平行的数块不同形状钢板（X形、三角形、圆形开孔、椭圆形开孔、菱形开孔、条形开孔形式等）和定位装置组成了加劲阻尼器耗能装置，地震作用时，加劲阻尼器耗能装置在层间相对位移影响下会产生水平相对运动，地震输入的能量通过钢板面外的弹塑性变形而被耗散。此种耗能装置单片钢板的屈服力很小，因此，需要多片组合才能达到结构所需阻尼器的要求。

剪切型软钢阻尼器主要是通过钢板的平面内剪切屈服变形而进行耗散能量，当阻尼器承受大的水平载荷时，钢板将沿面内方向发生剪切变形，应力不超过钢材的屈服应力阶段变形为弹性变形，超过屈服应力后将发生塑性变形。由于阻尼器整体受剪切，两端弯矩最大，所以剪切板整板受力两端应力最大，一般需要进行形状优化和变截面设计，或者进行集中或分布式开孔处理。

近几年，部分学者开始研发分阶段屈服金属剪切消能器，目前的实现方法包括采用不同屈服位移或不同屈服模式的消能器组合。如，薛松涛等通过改变耗能软钢片的屈服强度和厚度的方法，采用两种不同的软钢片，设计出了弯曲屈服型软钢阻尼器。采用X形弯曲屈服型软钢片，通过调整软钢片的屈服强度和厚度来实现分阶段屈服的目标。分阶段屈服的作法是: 第一阶段，部分软钢片在小震范围内便进入屈服耗能，另外一部分软钢片在超过小震位移时才开始耗能；第二阶段，在中震、大震作用下，所有软钢片进入屈服耗能。但是这种分级屈服型软钢阻尼器通过改变耗能软钢片的屈服强度和厚度，将两种弯曲型软钢片组合耗能，第一屈服段的弯曲型钢片屈服位移小，第二阶段的弯曲型钢片屈服位移较大，小震阶段，第一屈服段的弯曲型钢片进入工作状态，第二阶段的弯曲型钢片也会参与受力，由于第二屈服段提供比第一屈服段大得多的刚度和承载力，会严重影响和干扰第一屈服段在小震下的消能效果。

刘伟庆等提出的两阶段屈服耗能软钢阻尼器由初始刚度大、屈服位移小的矩形剪切型钢片和初始刚度小、屈服位移大的X形弯曲钢片组成。小震时，剪切型钢片在较小的位移下开始屈服耗能，此时弯曲型钢片处于弹性状态，作为较大地震下的安全储备，是第一阶段耗能。大震时，弯曲型钢片开始屈服耗能，与剪切型钢片共同耗散地震能量，是第二阶段耗能。但是在大震作用下，需要阻尼器提供更大的刚度和耗能能力，但弯曲钢片的刚度和屈服力反而小于剪切型钢片提供的刚度和屈服力，在大震下能够提供的刚度和消能能力有限。