金属阻尼器的制作方法

本发明涉及建筑结构耗能减震技术领域，更具体地，涉及一种金属阻尼器。

背景技术：

近年来，我国在工程结构的隔震、减振与振动控制等方面进行了大量研究。传统的抗震设计是通过增强结构本身的抗震性能来抵御地震作用，而这种抗震方式缺乏自我调节能力，在不确定的地震作用下，很可能不满足安全性的要求。消能减震技术为结构抗震提供了一条合理有效的途径。消能减震是将输入结构的地震能量引向特别设置的机构和原件加以吸收和耗散，从而达到保护主体结构安全的目的。阻尼器由于其消能机理简单、造价低、效果显著且耗能机理稳定、易于更换，从而被用来作为耗能减震装置。

目前主要是通过金属板阻尼器进行耗能减震，其中金属板阻尼器是由低屈服点的金属板和其定位装置组装成的一种被动耗能减震装置。当遇到地震时金属板阻尼器会进入塑性阶段，依靠其产生的塑性形变来降低构造的地震反应。

在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下问题：

由于金属板阻尼器自身刚度较大，对建筑、桥梁的位移或变形的反应迟钝，限位能力不足。耗散由于建筑、桥梁的位移或变形所产生的能量的效果不明显。

技术实现要素：

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的金属阻尼器。

该阻尼器包括：金属芯板及固定装置；固定装置包括第一固定装置及第二固定装置；金属芯板沿长度方向设置有正弦波纹；金属芯板沿长度方向的一端与第一固定装置连接；金属芯板沿长度方向的另一端与第二固定装置连接。

其中，金属芯板表面上包裹有隔离层。

其中，阻尼器还包括第一限位板及第二限位板；第一限位板沿长度方向的中轴线上设置有第一排孔，第二限位板沿长度方向的中轴线上设置有第四排孔；

金属芯板沿长度方向上的两侧边缘设置有向外延延伸的螺杆，一侧边缘的螺杆数量与第一排孔的排孔数量一致，另一侧边缘的螺杆数量与第四排孔的排孔数量一致；

一侧边缘的每一螺杆穿过第一排孔中对应位置上的孔，通过第一螺母固定在第一限位板上；

另一侧边缘的每一螺杆穿过第四排孔中对应位置上的孔，通过第二螺母固定在第二限位板上。

其中，阻尼器还包括隔音装置；隔音装置的一侧表面呈正弦波纹状，隔音装置的另一侧表面呈平面状；隔音装置包括第一隔音装置及第二隔音装置；

第一隔音装置的一侧表面嵌入至金属芯板呈正弦波纹状的一侧表面，第二隔音装置的一侧表面嵌入至金属芯板呈正弦波纹状的另一侧表面。

其中，阻尼器还包括形变约束槽；形变约束槽的每一槽边上设置有垂直于每一槽边的孔；形变约束槽包括第一形变约束槽及第二形变约束槽；

第一形变约束槽的底面与第一隔音装置的另一侧表面贴合，第二形变约束槽的底面与第二隔音装置的另一侧表面贴合。

其中，第一限位板在第一排孔的左侧沿长度方向设置有第二排孔，第一限位板在第一排孔的右侧沿长度方向设置有第三排孔；第二限位板在第四排孔的左侧沿长度方向设置有第五排孔，第二限位板在第四排孔的右侧沿长度方向设置有第六排孔；

对于第一形变约束槽沿长度方向的第一上槽边及第一下槽边，第一上槽边上的孔数量与第二排孔的排孔数量一致，第一上槽边上的孔与第二排孔中对应位置上的孔对接；第一下槽边上的孔数量与第五排孔的排孔数量一致，第一下槽边上的孔与第五排孔中对应位置上的孔对接；

对于第二形变约束槽沿长度方向的第二上槽边及第二下槽边，第二上槽边上的孔数量与第三排孔的排孔数量一致，第二上槽边上的孔与第三排孔中对应位置上的孔对接；第二下槽边上的孔数量与第六排孔的排孔数量一致，第二下槽边上的孔与第六排孔中对应位置上的孔对接。

其中，阻尼器还包括第一防火装置及第二防火装置；

第一防火装置嵌入至第一形变约束槽，第二防火装置嵌入至第二形变约束槽。

其中，阻尼器还包括端部封装装置，端部封装装置包括端部封板及封装螺栓；形变约束槽沿宽度方向的每一槽边对应一组端部封装装置，每组端部封装装置中的端部封板通过封装螺栓固定在沿宽度方向的每一槽边上；

形变约束槽沿宽度方向的槽边包括第一形变约束槽沿宽度方向的第一前槽边及第一后槽边、第二形变约束槽沿宽度方向的第二前槽边及第二后槽边。

其中，固定装置包括端部转接装置及控制位移变形装置；第一固定装置包括第一端部转接装置及第一控制位移变形装置，第二固定装置包括第二端部转接装置及第二控制位移变形装置；

金属芯板沿长度方向的一端插入第一端部转接装置的一端，第一端部转接装置的另一端与第一控制位移变形装置的一侧连接；

金属芯板沿长度方向的另一端插入第二端部转接装置的一端，第二端部转接装置的另一端与第二控制位移变形装置的一侧连接。

其中，端部转接装置包括安装螺栓及一对端部转接件；一对端部转接件通过安装螺栓进行固定，并形成相应的接口；第一端部转接装置对应第一接口，第二端部转接装置对应第二接口；金属芯板沿长度方向的一端插入第一接口，金属芯板沿长度方向的另一端插入第二接口。

本申请提出的技术方案带来的有益效果是：

通过按照正弦波波形原理设计金属芯板的波纹形状，并按照上述参数选择合适的金属芯板厚度、波纹半径以及波纹开口角度。由于正弦波纹金属阻尼器可具有灵敏的位移或变形能力、位移或变形恢复性能及良好的抗低周疲劳弹塑性累积变形能力，从而提高了对建筑、桥梁的位移或变形的限位灵敏度，改善了耗能效果。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种正弦波纹金属阻尼器的装配示意图；

图2为根据本发明实施例的一种正弦波纹金属阻尼器的波形示意图；

图3为根据本发明实施例的一种正弦波纹金属阻尼器的隔离层间隙示意图；

图4为根据本发明实施例的一种正弦波纹金属阻尼器的横向剖面示意图；

图5为根据本发明实施例的一种正弦波纹金属阻尼器的外观示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在一个具体的实施例中，结合附图对本发明进行进一步地说明。参见图1，图1给出了一种金属阻尼器的装配示意图，该金属阻尼器包括：金属芯板1及固定装置2；固定装置2包括第一固定装置21及第二固定装置22；

金属芯板1沿长度方向设置有正弦波纹；金属芯板1沿长度方向的一端与第一固定装置21连接；金属芯板1沿长度方向的另一端与第二固定装置连22接。

其中，金属阻尼器的正弦波纹参数可根据需求进行设置，本实施例及后续实施例对此不作具体限定。但为了让金属阻尼器具有灵敏的位移或变形能力、位移或变形恢复性能、良好的抗低周疲劳弹塑性累积变形能力及优越的二阶耗能特性，现根据实际实验结果，给出一种优选的正弦波纹参数，具体内容可参考图2。图2为正弦波纹金属芯板1的波形示意图。在图2中，l＝2rcosα为正弦波二分之一波长(mm)。h＝rsinα为正弦波幅值(mm)。h＝2rsinα为正弦波总高度(mm)。另外，r为正弦波半径(mm)，α为正弦波开口角度(o)，30°≤α≤60°。

另外，正弦波纹金属芯板1的侧面形状可参考图3中的隔离层间隙示意图。在图3中，h＝2rsinα为正弦波总高度(mm)。r为正弦波半径(mm)，d为隔离层间隙(mm)，t为正弦波波纹金属芯板厚度(mm)。其中，1.5≤r/t≤6.0，d/h＝2.2e^{-2.2(π/2-α)}。固定装置2主要是用来固定正弦波纹金属芯板1的两端，从而实现与构件、建筑物或构筑物固定约束连接。由于需要固定正弦波纹金属芯板1的两端，从而固定装置2可分为第一固定装置21及第二固定装置22。由于金属阻尼器分解图是对称的(左右对称，上下对称)，从而后续主要以对称的方式对金属阻尼器的构造进行说明，主要对金属阻尼器的一侧构造进行说明，另一侧构造同理。

本发明实施例提供的金属阻尼器，通过按照正弦波波形原理设计金属芯板1的波纹形状，并按照上述参数选择合适的金属芯板厚度、波纹半径以及波纹开口角度。由于正弦波纹金属阻尼器可具有灵敏的位移或变形能力、位移或变形恢复性能及良好的抗低周疲劳弹塑性累积变形能力，从而提高了对建筑、桥梁的位移或变形的限位灵敏度，改善了耗能效果。

作为一种可选实施例，金属芯板1表面上包裹有隔离层。其中，隔离层的材质可以为碳纤维，本发明实施例对此不作具体限定。通过在金属芯板1表面上包裹碳纤维隔离层，可让金属芯板1具有良好的抗疲劳性能和耐久性。与此同时，还可以使其具有良好的绝缘性能及润滑性能。

作为一种可选实施例，阻尼器还包括第一限位板3及第二限位板4；第一限位板3沿长度方向的中轴线上设置有第一排孔，第二限位板4沿长度方向的中轴线上设置有第四排孔；

金属芯板1沿长度方向上的两侧边缘设置有向外延延伸的螺杆，一侧边缘的螺杆数量与第一排孔的排孔数量一致，另一侧边缘的螺杆数量与第四排孔的排孔数量一致；

一侧边缘的每一螺杆穿过第一排孔中对应位置上的孔，通过第一螺母固定在第一限位板3上；

另一侧边缘的每一螺杆穿过第四排孔中对应位置上的孔，通过第二螺母固定在第二限位板4上。

如图1所示，通过上下限位板(即第一限位板3及第二限位板4)，能够在上下方向上对正弦波纹金属芯板进行固定。对于在正弦波纹金属芯板1中沿长度方向上的两侧边缘设置向外延伸的螺杆，可穿过限位板上的排孔。参考图1，正弦波纹金属芯板1外侧边缘上的螺杆可穿过限位板中轴线上的排孔。其中，正弦波纹金属芯板1在上部分外侧边缘上的螺杆，可穿过上面的限位板(第一限位板3)中轴线上的排孔(第一排孔)。正弦波纹金属芯板在下部分外侧边缘上的螺杆，可穿过下面的限位板(第二限位板4)中轴线上的排孔(第四排孔)。

正弦波纹金属芯板1外侧边缘上的螺杆在穿过限位板的排孔后，可在限位板穿出那一面上通过螺母进行固定，从而实现在上下方向上对正弦波纹金属芯板进行固定。通过上述固定过程，能够平均正弦波纹金属芯板在发生变形时内部的张力，避免局部张力过大，从而能够改善了耗能效果。

其中，正弦波纹金属芯板1外侧边缘上螺杆的设置方式可按照等距的方式进行设置，也可以不等距的方式进行设置，本实施例对此不作具体限定。另外，上述限位板还具有如下特点：1、具有良好的抗疲劳性能和耐久性；2、具有良好的弹性限位能力；3、具有集成装配化安装特点。

作为一种可选实施例，阻尼器还包括隔音装置5；隔音装置5的一侧表面呈正弦波纹状，隔音装置5的另一侧表面呈平面状；隔音装置包括第一隔音装置51及第二隔音装置52；

第一隔音装置51的一侧表面嵌入至金属芯板1呈正弦波纹状的一侧表面，第二隔音装置52的一侧表面嵌入至金属芯板1呈正弦波纹状的另一侧表面。

考虑到金属芯板1在发生变形时可能会发出噪声，从而阻尼器还可以包括隔音装置5。其中，隔音装置5可以由吸附力较强的软性材料构成，如隔音岩棉等，本实施例对此不作具体限定。如图1所示，隔音装置5的一侧表面呈正弦波纹状，另一侧表面呈平面状。其中，呈正弦波纹状的表面可与金属芯板1的正弦波纹侧面贴合，即可嵌入至金属芯板1的正弦波纹侧面。另外，上述隔音装置5还具有如下特点：1、具有良好的抗疲劳性能和耐久性；2、具有良好的隔音性能；3、具有轻质、集成装配化安装特点。

作为一种可选实施例，阻尼器还包括形变约束槽6；形变约束槽6的每一槽边上设置有垂直于每一槽边的孔；形变约束槽6包括第一形变约束槽61及第二形变约束槽62；

第一形变约束槽61的底面与第一隔音装置51的另一侧表面贴合，第二形变约束槽62的底面与第二隔音装置52的另一侧表面贴合。

由于第一限位板3及第二限位板4主要是在上下方向上对正弦波纹金属芯板1进行固定，考虑到还需要在左右方向上对正弦波纹金属芯板1进行固定，从而阻尼器还可以包括形变约束槽6。由图1可知，上下限位板(第一限位板3及第二限位板4)除了可与正弦波纹金属芯板1进行固定之外，上下限位板还可与形变约束槽6进行固定。基于此，形变约束槽6的每一槽边上还可设置有垂直于每一槽边的孔，以实现上述固定，达到集成装配化的目的。形变约束槽6的底面还可与隔音装置5呈平面装状的表面贴合，以实现集成装配。

另外，上述形变约束槽6还具有如下特点：1、自身具有足够的刚度，以保证正弦波纹金属芯板1在正常工作状态下不发生屈曲、屈服现象；2、自身具有良好的延性和塑性变形能力，以保证正弦波纹金属芯板1在进入屈服或破坏状态后具有较好的抗低周疲劳弹塑性累积变形能力；3、具有集成装配化安装特点。

作为一种可选实施例，第一限位板3在第一排孔的左侧沿长度方向设置有第二排孔，第一限位板3在第一排孔的右侧沿长度方向设置有第三排孔；第二限位板4在第四排孔的左侧沿长度方向设置有第五排孔，第二限位板4在第四排孔的右侧沿长度方向设置有第六排孔；

对于第一形变约束槽61沿长度方向的第一上槽边及第一下槽边，第一上槽边上的孔数量与第二排孔的排孔数量一致，第一上槽边上的孔与第二排孔中对应位置上的孔对接；第一下槽边上的孔数量与第五排孔的排孔数量一致，第一下槽边上的孔与第五排孔中对应位置上的孔对接；

对于第二形变约束槽62沿长度方向的第二上槽边及第二下槽边，第二上槽边上的孔数量与第三排孔的排孔数量一致，第二上槽边上的孔与第三排孔中对应位置上的孔对接；第二下槽边上的孔数量与第六排孔的排孔数量一致，第二下槽边上的孔与第六排孔中对应位置上的孔对接。

由上述内容可知，形变约束槽6可与限位板进行固定。在进行上述孔对接的过程之后，可通过螺杆穿过对接的孔，并在穿出对接的孔后通过螺母进行固定，本实施例对此不作具体限定。

作为一种可选实施例，阻尼器还包括第一防火装置71及第二防火装置72；第一防火装置71嵌入至第一形变约束槽61，第二防火装置72嵌入至第二形变约束槽62。

考虑到金属阻尼器可能需要用到防火场景中，从而阻尼器还可包括防火装置。其中，防火装置可具有如下特点：1、具有良好的抗疲劳性能和耐久性；2、具有良好的防火性能；3、具有轻质、集成装配化安装特点。

作为一种可选实施例，阻尼器还包括端部封装装置8，端部封装装置8包括端部封板及封装螺栓；形变约束槽6沿宽度方向的每一槽边对应一组端部封装装置8，每组端部封装装置8中的端部封板通过封装螺栓固定在沿宽度方向的每一槽边上；

形变约束槽6沿宽度方向的槽边包括第一形变约束槽61沿宽度方向的第一前槽边及第一后槽边、第二形变约束槽62沿宽度方向的第二前槽边及第二后槽边。

通过上述端部封装装置8可实现对以下构件的两端进行封装。其中，如图1所示，以下构件包括金属芯板1、左右两侧的隔音装置5及形变约束槽6。相应地，端部封装装置8按照封装位置的不同，可分为如图1中四组端部封装装置，分别为81、82、83及84。

作为一种可选实施例，固定装置2包括端部转接装置及控制位移变形装置；第一固定装置21包括第一端部转接装置211及第一控制位移变形装置212，第二固定装置22包括第二端部转接装置221及第二控制位移变形装置222；

金属芯板1沿长度方向的一端插入第一端部转接装置211的一端，第一端部转接装置211的另一端与第一控制位移变形装置212的一侧连接；

金属芯板1沿长度方向的另一端插入第二端部转接装置221的一端，第二端部转接装置221的另一端与第二控制位移变形装置222的一侧连接。

如图1所示，端部转接装置主要用于连接控制位移变形装置与正弦波纹金属芯1板。其中，控制位移变形装置的一端与正弦波纹金属芯板1固定约束连接，另一端与允许发生相对位移或变形的构件、建筑物或构筑物固定约束连接，不允许与允许发生相对位移或变形的构件、建筑物或构筑物之间发生相对位移或变形，允许与不允许发生相对位移或变形的构件、建筑物或构筑物之间发生相对位移或变形。另外，控制位移变形装置具有如下特点：1、自身具有足够的刚度，以保证正弦波波纹金属芯板在正常工作状态下不发生屈曲、屈服现象；2、自身具有良好的延性和塑性变形能力，以保证正弦波波纹金属芯板在进入屈服或破坏状态后具有较好的弹性和抗低周疲劳弹塑性累积变形能力；3、具有集成装配化安装特点。

作为一种可选实施例，端部转接装置包括安装螺栓及一对端部转接件；一对端部转接件通过安装螺栓进行固定，并形成相应的接口；第一端部转接装置对应第一接口，第二端部转接装置对应第二接口；金属芯板沿长度方向的一端插入第一接口，金属芯板沿长度方向的另一端插入第二接口。

如图1所示，一对端部转接件通过安装螺栓进行固定之后，在中间会产生相应的接口以供正弦波纹金属板1插入，从而形成夹持状。

需要说明的是，在设置正弦波纹金属芯板1、形变约束槽6、限位板之间的空间间隔时，可基于控制位移变形装置所允许的位移或变形量，以达到正弦波纹金属芯板1、形变约束槽6、限位板之间协同工作的最优性能为目标。图4为上述实施例中金属阻尼器的横向剖面示意图。图5为上述实施例中金属阻尼器的外观示意图。

结合上述实施例中的内容，本发明实施例还提供了一种金属阻尼器的工作方法。该方法包括：当允许发生相对位移或变形的构件、建筑物或构筑物发生相对位移或变形，且触发到允许位移或变形限位装置时，将相对位移或变形传递到正弦波纹金属芯板1上；正弦波纹金属芯板1在接收到允许发生相对位移或变形的构件、建筑物或构筑物发生的相对位移或变形，在正常工作状态下不发生屈曲、屈服现象，发挥其自身良好的变形恢复性能，在弹性阶段灵敏的限制传递过来的相对位移或变形；当正弦波纹金属芯板1在进入屈服状态后，且形变约束槽6、限位板及控制位移变形装置仍具有足够的刚度时，正弦波波纹金属芯板1发挥其自身良好的抗低周疲劳弹塑性累积变形能力，在弹塑性阶段充分耗散由于相对位移或变形所产生的能量；在正弦波纹金属芯板在进入破坏状态后，退出工作状态，整个装置失效；发挥正弦波金属位移消能阻尼器具有集成的装配化安装特点，对失效装置进行修复、更换。

本发明实施例提供的金属阻尼器，通过采用正弦波波形原理设计金属芯1板的波纹形状，选择合适的金属芯板厚度、波纹半径以及波纹开口角度，以使得金属阻尼器具有灵敏的位移或变形能力、位移或变形恢复性能及良好的抗低周疲劳弹塑性累积变形能力。通过选择正弦波波纹金属芯板1、形变约束槽6及限位板之间合适的空间间隔，并选择合理的碳纤维隔离层间隙，以达到正弦波纹金属芯板1、形变约束槽6、限位板之间协同工作的最优性能。

这种以正弦波波纹金属芯板作为位移或变形关键部件、核心受力构件、耗能元件的消能减震(振)装置，具有灵敏的位移或变形能力及位移或变形恢复性能、良好的抗低周疲劳弹塑性累积变形能力、优越的二阶耗能特性、较好的隔音防火性能和集成的装配化安装特点。从根本上改进了目前应用于建筑、桥梁中限位消能阻尼器的构造，提高了对建筑、桥梁的位移或变形的限位灵敏度，改善了耗能效果。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。