轴向位移阻尼器的制作方法

本申请涉及消能减震技术领域，更具体地，涉及轴向位移阻尼器。

背景技术：

轴向位移阻尼器是一种用于降低震动破坏力的安全装置，在民用建筑、工业建筑、桥梁等建筑物中被广泛使用。正常工作状态下，轴向位移阻尼器的长度可以随建筑物温度变化伸缩。当建筑物受到地震或者其他外力的突然冲击时，轴向位移阻尼器会消耗外力对建筑物的冲击能量，减小建筑物的震动幅度，大大缓解外力对建筑物的冲击和破坏。

但是，现有的轴向位移阻尼器存在着诸多不足，例如，位移或变形恢复性能较差、消耗外力冲击能量的能力较差。而这些不足极大地影响了建筑物的安全以及以建筑物为中心一定范围内人们的生命财产安全。

技术实现要素：

本申请提供一种轴向位移阻尼器，以克服现有的轴向位移阻尼器位移或变形恢复性能较差、消耗外力冲击能量的能力较差等不足。

根据本申请的一个方面，提供一种轴向位移阻尼器，该轴向位移阻尼器包括金属芯板、限位板和固定装置；所述金属芯板为长条形结构，所述金属芯板的上表面和下表面为沿长度方向形状一致的正弦波曲面；所述金属芯板的两个侧面分别与所述限位板按一定方式连接；所述金属芯板的两个端部分别与所述固定装置按所述一定方式连接。

结合第一方面第一种可能实现方式，在第二种可能实现方式中，所述一定方式为焊接、螺栓连接、铆钉连接或粘结。

结合第一方面第一种可能实现方式，在第三种可能实现方式中，所述限位板为长条形平板，数目为两个。

结合第一方面第三种可能实现方式，在第四种可能实现方式中，所述轴向位移阻尼器还包括两个内外底面均为长方形的形变约束槽；每个所述形变约束槽分别与两个所述限位板按所述一定方式连接，且开口背离所述金属芯板。

结合第一方面第四种可能实现方式，在第五种可能实现方式中，所述轴向位移阻尼器还包括长条形结构的隔音装置，数目为两个；所述隔音装置下表面为长方形平面，上表面为沿长度方向的正弦波曲面；每个所述隔音装置的上表面与所述金属芯板的正弦波曲面贴合，下表面与形变约束槽外底面贴合。

结合第一方面第五种可能实现方式，在第六种可能实现方式中，所述轴向位移阻尼器还包括长条平板结构的防火装置，数目为两个；每个所述防火装置内嵌于一个形变约束槽内。

结合第一方面第六种可能实现方式，在第七种可能实现方式中，所述轴向位移阻尼器还包括端部封装装置；所述端部封装装置包括四个端部封板，所述端部封装板为长条形平板结构；两个所述端部封板沿长度方向左侧分别与一个形变约束槽沿宽度方向的两个槽壁按所述一定方式连接；另两个所述端部封板沿长度方向右侧分别与另一个形变约束槽沿宽度方向的两个槽壁按所述一定方式连接。

结合第一方面七种可能实现方式，在第八种可能实现方式中，所述固定装置为两个，每个所述固定装置包括端部转接装置和控制位移变形装置；所述端部转接装置和所述控制位移变形装置按所述一定方式连接；一个所述固定装置的端部转接装置与所述金属芯板的一个端部按所述一定方式连接；另一个所述固定装置的端部转接装置与所述金属芯板的另一个端部按所述一定方式连接。

结合第一方面第八种可能实现方式，在第九种可能实现方式中，所述端部转接装置包括两个截面为“T”形的端部转接件；两个“T”形端部转接件的上部水平平面将所述金属芯板的一个端部按所述一定方式固定于其间，并保持所述上部水平平面与端部平行。

结合第一方面第九种可能实现方式，在第十种可能实现方式中，所述金属芯板表面附着有隔离层。

本申请提出的轴向位移阻尼器，通过将金属芯板的上表面和下表面沿长度方向设置为形状一致的正弦波曲面，使得当轴向位移阻尼器两端接收到外力并产生相对位移或变形时，处于正常工作状态的金属芯板，能够发挥其灵敏的位移或变形能力以及良好的位移或变形恢复性能，灵敏的限制传递过来的相对位移或变形；通过将金属芯板的两个侧面分别与限位板连接，使得当轴向位移阻尼器两端接收到外力并产生相对位移或变形且限位板没有进入屈服状态时，处于屈服状态的金属芯板能够发挥良好的抗低周疲劳弹塑性累积变形能力，充分耗散相对位移或变形所产生的能量，此外，限位板能够限制金属芯板相对位移或变形，避免金属芯板受力时形变过大。

附图说明

图1为根据本申请实施例的轴向位移阻尼器爆炸图；

图2为根据本申请实施例的正弦波示意图；

图3为根据本申请实施例的金属芯板沿长度方向截面图；

图4为根据本申请实施例的轴向位移阻尼器侧视图；

图5为根据本申请实施例的轴向位移阻尼器沿长度方向截面图；

图6为根据本申请实施例的轴向位移阻尼器沿宽度方向截面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请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申请，但不用来限制本申请的范围。

如图1所示，根据本申请的一个方面，提供一种轴向位移阻尼器，该轴向位移阻尼器包括：金属芯板10、限位板20和固定装置30；所述金属芯板10为长条形结构，所述金属芯板10的上表面和下表面为沿长度方向形状一致的正弦波曲面；所述金属芯板10的两个侧面分别与所述限位板20按一定方式连接；所述金属芯板10的两个端部分别与所述固定装置30按所述一定方式连接。

在本实施例中，采用上表面和下表面为正弦波曲面的金属芯板10，使得轴向位移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。正弦波曲面对应的正弦波波纹的形状可以根据实际效果进行设定，在此不做具体限定。为了保证所述能力或性能处于较佳的状态，优选地，在对正弦波波纹进行选择时，对其相关参数采取一定的范围或关系限定：

正弦波二分之一波长：L＝2Rcosα(mm)；

正弦波幅值：h＝Rsinα(mm)；

正弦波总高度：H＝2Rsinα(mm)；

正弦波开口角度：30°≤α≤60°；

其中，R为正弦波半径(mm)。相关参数含义可具体结合图2理解。

此外，金属芯板的沿长度方向截面图如3所示。在图3中，正弦波总高度H＝2Rsinα(mm)，R为正弦波半径(mm)，d为隔离层间隙(mm)，t为金属芯板厚度(mm)。其中，1.5≤R/t≤6.0，d/h＝2.2e^-2.2(π/2-α)。

本申请提出的轴向位移阻尼器，通过将金属芯板的上表面和下表面沿长度方向设置为形状一致的正弦波曲面，使得当轴向位移阻尼器两端接收到外力并产生相对位移或变形时，处于正常工作状态的金属芯板，能够发挥其灵敏的位移或变形能力以及良好的位移或变形恢复性能，灵敏的限制传递过来的相对位移或变形；通过将金属芯板的两个侧面分别与限位板连接，使得当轴向位移阻尼器两端接收到外力并产生相对位移或变形且限位板没有进入屈服状态时，处于屈服状态的金属芯板能够发挥良好的抗低周疲劳弹塑性累积变形能力，充分耗散相对位移或变形所产生的能量，此外，限位板能够限制金属芯板相对位移或变形，避免金属芯板受力时形变过大。

作为一种可选实施例，所述一定方式为焊接、螺栓连接、铆钉连接或粘结。

作为一种可选实施例，所述限位板20为长条形平板，数目为两个。

在本实施例中，优选地，金属芯板10的两个侧面分别与两个限位板20通过螺栓连接。具体地，每个所述限位板20上沿长度方向设置有一排通孔；所述金属芯板10的两个侧面上向外分别设置有一排螺杆与两个限位板20上的两排通孔相对应。金属芯板10的一个侧面上向外设置的一排螺杆穿过一个限位板20上沿长度方向设置的一排通孔通过螺母固定。其中，螺杆数目与通孔数目一致，且分布间隔可根据实际情况限定，优选地，等间隔分布。另一个限位板20按同样的方式与金属芯板10连接，在此不再复述。

通过将金属芯板10的两个侧面分别与限位板20连接，使得金属芯板10在处于屈服状态但限位板20没有进入屈服状态时，能够发挥良好的抗低周疲劳弹塑性累积变形能力，充分耗散相对位移或变形所产生的能量，此外，限位板20能够限制金属芯板10相对位移或变形，避免金属芯板10受力时形变过大。

作为一种可选实施例，所述轴向位移阻尼器还包括两个内外底面均为长方形的形变约束槽40；每个所述形变约束槽40分别与两个所述限位板20按所述一定方式连接，且开口背离所述金属芯板10。

在本实施例中，优选地，每个所述形变约束槽40分别与两个限位板20通过螺栓连接。每个所述形变约束槽40沿长度方向的两个槽壁上各设置有一排通孔；每个所述限位板20上的一排通孔左侧和右侧分别设置有一排通孔；两个所述限位板20最左侧的两排通孔，与一个所述形变约束槽40沿长度方向的两个槽壁上的两排通孔相对应；两个所述限位板20最右侧的两排通孔，与另一个所述形变约束槽40沿长度方向的两个槽壁上的两排通孔相对应。将螺杆依次穿过一个限位板20最左侧的一排通孔和一个形变约束槽40沿长度方向的一个槽壁上的一排通孔，通过螺母固定，并保持该形变约束槽40开口背离金属芯板10。其中，螺杆数目与通孔数目一致，且分布间隔可根据实际情况限定，优选地，等间隔分布。接着，将螺杆依次穿过另一个限位板20最左侧的一排通孔和该形变约束槽40沿长度方向的另一个槽壁上的一排通孔，通过螺母固定。其中，螺杆数目与通孔数目一致，且分布间隔可根据实际情况限定，优选地，等间隔分布。另一形变约束槽40按同样的方式与两个限位板20连接，在此不再复述。

通过两个形变约束槽40与两个限位板20连接，在限制彼此发生相对位移或形变的同时，使得金属芯板10在受力发生形变时，由于位于两个形变约束槽40之间受到约束，不会形变过大。

作为一种可选实施例，所述轴向位移阻尼器还包括长条形结构的隔音装置50，数目为两个；所述隔音装置50下表面为长方形平面，上表面为沿长度方向的正弦波曲面；每个所述隔音装置50的上表面与所述金属芯板10的正弦波曲面贴合，下表面与形变约束槽40外底面贴合。

在本实施例中，具体地，隔音装置50的材料可以根据实际情况选择。优选地，可采用隔音岩棉。通过隔音装置50的上表面与金属芯板10的正弦波曲面贴合，下表面与形变约束槽40外底面贴合，使得轴向位移阻尼器能够将传递过来的噪音吸收。

作为一种可选实施例，所述轴向位移阻尼器还包括长条平板结构的防火装置60，数目为两个；每个所述防火装置60内嵌于一个形变约束槽40内。

在本实施例中，具体地，长条平板结构的防火装置60的长宽高分别与形变约束槽40的内底面的长宽以及槽壁的高度一致。防火装置60具体可通过粘结的方式固定于形变约束槽40内。通过将两个长条平板结构的防火装置60分别嵌入两个形变约束槽40内，使得轴向位移阻尼器在火灾环境中能够得到较好的保护。

作为一种可选实施例，所述轴向位移阻尼器还包括端部封装装置；所述端部封装装置包括四个端部封板70，所述端部封装板为长条形平板结构；两个所述端部封板70沿长度方向左侧分别与一个形变约束槽40沿宽度方向的两个槽壁按所述一定方式连接；另两个所述端部封板70沿长度方向右侧分别与另一个形变约束槽40沿宽度方向的两个槽壁按所述一定方式连接。

在本实施例中，优选地，按一定方式连接为通过螺栓连接。两个所述端部封板70沿长度方向靠左侧设置有一排通孔；另两个所述端部封板70沿长度方向靠右侧设置有一排通孔；两个所述形变约束槽40沿宽度方向的两个槽壁上平行于底面各设置有一排通孔；所述两个端部封板70上沿长度方向靠左侧的两排通孔分别与一个形变约束槽40沿宽度方向两个槽壁上的两排通孔相对应；所述另两个端部封板70上沿长度方向靠右侧的两排通孔分别与另一个形变约束槽40沿宽度方向两个槽壁上的两排通孔相对应；每个所述端部封板70沿长度方向远离通孔的一侧与所述金属芯板10的端部贴合。两个端部封板70上沿长度方向靠左侧的两排通孔分别与一个形变约束槽40沿宽度方向两个槽壁上的两排通孔通过螺杆和螺母固定；另两个端部封板70按同样的方式与另一个形变约束槽40固定连接，在此不再复述。通过将每个端部封板70固定于形变约束槽40上，并保证每个端部封板70沿长度方向远离通孔的一侧与金属芯板10的端部贴合，避免了隔音装置50因直接与外界接触被损坏和污染。

作为一种可选实施例，所述固定装置30为两个，每个所述固定装置30包括端部转接装置31和控制位移变形装置32；所述端部转接装置31和所述控制位移变形装置32按所述一定方式连接；一个所述固定装置30的端部转接装置31与所述金属芯板10的一个端部按所述一定方式连接；另一个所述固定装置30的端部转接装置31与所述金属芯板10的另一个端部按所述一定方式连接。

在本实施例中，具体地，端部转接装置31和控制位移变形装置32可通过焊接或粘结的方式进行连接固定。

作为一种可选实施例，所述端部转接装置31包括两个截面为“T”形的端部转接件；两个“T”形端部转接件的上部水平平面将所述金属芯板的一个端部按所述一定方式固定于其间，并保持所述上部水平平面与端部平行。

在本实施例中，优选地，采用螺栓连接。所述“T”形端部转接件上部水平平面上设置有两排通孔，所述两排通孔分别位于上部水平平面与下部垂直平面的相交线两侧；所述金属芯板10的两个端部沿宽度方向分别设置有至少一排通孔；两个“T”形端部转接件的上部水平平面平行设置且通孔相配合，将所述金属芯板10的一个端部固定于其间，所述金属芯板一个端部上的一排通孔与所述端部转接件上的每排通孔垂直。将一个“T”形端部转接件向右旋转90度，另一个“T”形端部转接件向左旋转90度，使得两个端部转接件的上部水平平面平行且通孔相配合。金属芯板10的端部沿宽度方向一排通孔数目为两个。将金属芯板10的一个端部置于两个端部转接件之间，并保持金属芯板10的端部沿宽度方向的一排通孔与端部转接件的上部水平平面上的两排通孔垂直，且与其中一列通孔通过螺杆和螺母连接。该列通孔为两排通孔之中与端部转接件上部水平平面上的两排通孔垂直的任意一列通孔。金属芯板10的另一个端部按照类似的方式与另一端部转接件连接固定，在此不再复述。

作为一种可选实施例，所述金属芯板10表面附着有隔离层。

在本实施例中，所述隔离层的材料可以根据实际情况设定，在此不做限定。优选地，隔离层为碳纤维隔离层。由于碳纤维具有质量轻、强度高、耐疲劳性好等优点，因此，通过使金属芯板10表面附着碳纤维隔离层，能过提高轴向位移阻尼器的耐疲劳性。此外，由于碳纤维具有耐腐蚀、非氧化环境下耐超高温的特点，通过使金属芯板10表面附着碳纤维隔离层，能够对金属芯板10起到一定的保护作用。

基于上述所有可选实施例结合的轴向位移阻尼器组装之后的侧视图如图3所示，沿长度方向的截面图如图4所示，沿宽度方向的截面如图5所示。

此外，金属芯板10的沿长度方向截面图如6所示。在图6中，H＝2Rsinα为正弦波总高度(mm)；R为正弦波半径(mm)；B为两个约束板之间的距离(mm)；d为隔离层与约束板之间的间隙(mm)，t为金属芯板厚度(mm)。为了保证金属芯板的性能处于较佳的状态，优选地，做如下关系限定：1.5≤R/t≤6.0，d/h＝2.2e^{-2.2(π/2-α)}。

在轴向位移阻尼器的实际使用过程中，将轴向位移阻尼器的两个固定装置分别与允许发生相对位移或变形的构件、建筑物或桥梁连接。当构件、建筑物或桥梁发生相对位移或变形，且触发到轴向位移阻尼器上允许位移或变形的装置时，会将相对位移或变形传递到金属芯板上；金属芯板在不发生屈曲、屈服现象时即在正常工作状态下，能够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；当金属芯板进入屈服状态后，且形变约束槽、限位板及控制位移变形装置仍具有足够的刚度时，金属芯板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；金属芯板在进入破坏状态后，可根据轴向位移阻尼器的集成装配化安装特点，对轴向位移阻尼器进行修复、更换。

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