具有拟线性滞回阻尼特征的U型变截面软钢阻尼器及组合装置的制作方法

本实用新型涉及一种具有拟线性滞回阻尼特征的U型变截面软钢阻尼器及组合装置，一般应用于建筑物和机械工业的结构减震控制，属于振动控制技术领域。

背景技术：

结构消能减震技术是一种新型主动抗震防灾技术,在采用消能减震技术的结构体系中,结构的某些非承重构件被设计成具有较大耗能能力的特殊元件——阻尼器,小风小震时,结构本身具有足够的侧向刚度使结构处于弹性状态，满足正常的使用要求。大震大风时,随着结构侧向变形的增大,阻尼器率先进入非弹性状态,产生较大阻尼,集中地耗散结构的地震或风振能量,迅速衰减结构的振动反应,从而避免或减小主体结构的损伤。

基础隔震技术可有效减小上部结构的地震响应，近年来在新建和加固工程中得到广泛的使用。隔震层的水平刚度较小，在罕遇地震作用下容易产生较大变形。结构工程师通常在隔震层安装阻尼器以限制隔震结构的位移响应。由于地震波方向的不确定性，隔震层可能在任何方向产生变形，因此要求隔震层中的阻尼器也应该具有多向变形能力。金属屈服阻尼器可以同时为结构提供附加刚度与阻尼，性能优良的金属屈服阻尼器非常适合控制结构在地震下的位移响应。以往研究表明U型金属软钢阻尼器在面内具有良好的耗能能力，对于提高结构阻尼比、控制隔震结构的位移具有非常显著的作用。但是阻尼器出力几乎不变，不随结构位移增大而增大，另外现有的铅阻尼器的出力甚至会随着位移的增大而逐步减小，这种出力几乎不变的阻尼器大震中的耗能能力会逐步减弱，使得减震效果不理想。

技术实现要素：

基于上述缺陷，本实用新型提出了一种具有拟线性滞回阻尼特征的U型变截面软钢阻尼器及组合装置，具有大变形能力并且可以解决阻尼器出力不变的问题。

为了实现阻尼器的大变形能力和阻尼力随位移的增大而增大的目的，本实用新型采取了如下技术方案：

一种具有拟线性滞回阻尼特征的U型变截面软钢阻尼器，包括等截面半圆弧段、上变截面段、上连接段、下变截面段、下连接段。所述等截面半圆弧段两端分别与上变截面段、下变截面段的截面最窄处连接，所述上变截面段、下变截面段截面最宽处分别与上连接段、下连接段相连接，上连接段、下连接段另一端设置有螺栓孔，用于将所述U型变截面软钢阻尼器与需要减震的结构相连接。

进一步地，所述上连接段、下连接段长100-180mm，宽160-300mm，厚10-15mm。

进一步地，所述上变截面段、下变截面段长125-300mm，最宽处宽度为160-300mm，最窄处宽度为40-70mm，厚10-15mm。

进一步地，所述等截面半圆弧段的内径为30-65mm，外径为50-75mm，宽度为40-70mm，厚10-15mm。

进一步地，所述等截面半圆弧段、上变截面段、上连接段、下变截面段、下连接段均采用Q195钢材制作。

一种具有上述U型变截面软钢阻尼器的组合装置，U型变截面软钢阻尼器固定于一箱型开口装置内，箱型开口装置包括上面板、下面板、两个侧面板、固定端底板。U型变截面软钢阻尼器上连接段与箱型开口装置上面板螺栓连接，上连接段最外端面与箱型开口装置上面板最外端面平齐，下连接段与一连接活动钢板螺栓连接。箱型开口装置两边的侧面板内部靠近下面板处开设有凹槽，凹槽高度比连接活动钢板厚度略大，连接活动钢板插入侧面板的凹槽中，连接活动钢板的外伸部分与加载装置连接。

进一步地，U型变截面软钢阻尼器的等截面半圆弧段与箱型开口装置固定端底板内表面距离为300mm，连接活动钢板的外伸部分长度为200mm，内伸部分长度400mm。

另一种具有上述U型变截面软钢阻尼器的组合装置，该装置由两个U型变截面软钢阻尼器构成一个组合阻尼器，两个U型变截面软钢阻尼器分成上下两排，每排一个，上下两排U型变截面软钢阻尼器中间设置一连接活动钢板，用于将上下两排U型变截面软钢阻尼器连接在一起。组合阻尼器固定于一箱型开口装置内，箱型开口装置包括上面板、下面板、两个镂空侧面板、固定端底板。上排U型变截面软钢阻尼器的上连接段和下排阻尼器的下连接段分别与上面板、下面板用螺栓连接，上排的U型变截面软钢阻尼器的上连接段和下排阻尼器的下连接段的最外端分别与箱型开口装置的上面板、下面板的最外端平齐，上排U型变截面软钢阻尼器的下连接段和下排U型变截面软钢阻尼器的上连接段与中间的连接活动钢板用螺栓连接，连接活动钢板自由一端位于箱型开口装置内，另一端与加载装置固结，两个镂空侧面板中部开有凹槽，凹槽高度比连接活动钢板厚度略大，连接活动钢板插入两个镂空侧面板的凹槽中。每排中的U型变截面软钢阻尼器的等截面半圆弧段朝向固定端底板方向。

另一种具有上述U型变截面软钢阻尼器的组合装置，由四个U型变截面软钢阻尼器构成一个组合阻尼器，四个U型变截面软钢阻尼器分成上下两排，每排两个，上下两排U型变截面软钢阻尼器中有一连接活动钢板，用于将上下两排U型变截面软钢阻尼器连接在一起。组合阻尼器固定于一箱型开口装置内，箱型开口装置包括上面板、下面板、两个镂空侧面板、固定端底板。上排两个U型变截面软钢阻尼器的上连接段和下排两个U型变截面软钢阻尼器的下连接段分别与上面板、下面板用螺栓连接，每排两个U型变截面软钢阻尼器等截面半圆弧段最外端的间距为50-100mm，位于箱型开口装置开口处的U型变截面软钢阻尼器的上连接段和下连接段的最外端与箱型开口装置的上面板、下面板的最外端平齐。上排U型变截面软钢阻尼器的下连接段和下排U型变截面软钢阻尼器的上连接段与中间一连接活动钢板用螺栓连接，中间的连接活动钢板自由一端位于箱型开口装置内，另一端与加载装置固结，两个镂空侧面板中部开有凹槽，凹槽高度比连接活动钢板厚度略大，连接活动钢板插入两个镂空侧面板凹槽中，使加载时连接活动钢板只能沿U型变截面软钢阻尼器的轴向运动。

进一步的，箱型开口装置开口端距加载装置300-500mm。位于靠近固定端底板的U型变截面软钢阻尼器上连接段和下连接段的最外端距固定端底板250-350mm。

当U型变截面软钢阻尼器安装在结构上时，结构的振动会迫使阻尼器做往复运动，由于软钢较好的塑性耗能能力，并且具有大变形的能力，连接段会带动变截面段，使其截面由窄到宽持续弯曲屈服耗能，截面宽度随阻尼器的位移增大而增大，可实现阻尼力随位移的增大而增大的出力要求。

相对于现有技术，本实用新型具有如下技术效果：

该阻尼器及其装置具备大变形能力和良好的塑性耗能能力。该阻尼器不仅能解决铅阻尼器出力随位移增大而减小的问题，还能够实现阻尼器出力随位移增大而增大，具有拟线性滞回阻尼特征，使其在振动位移增大的情况下，仍能有效耗能，减弱建筑物的振动，降低事故的严重性。阻尼器结构简单，加工方便，制作成本低，性价比高，尺寸较小，安装方便，可根据需要灵活安装在隔震层中，适应任何方向的振动，耗能机理明确。

附图说明

图1是本实用新型提出的具有拟线性滞回阻尼特征的U型软钢阻尼器主视图。

图2是本实用新型提出的具有拟线性滞回阻尼特征的U型软钢阻尼器俯视图。

图3是本实用新型提出的具有拟线性滞回阻尼特征的U型软钢阻尼器侧视图。

图4是本实用新型提出的具有拟线性滞回阻尼特征的U型软钢阻尼器三维示意图。

图5是本实用新型提出的具有U型变截面软钢阻尼器的组合装置实施例1俯视图。

图6是本实用新型提出的具有U型变截面软钢阻尼器的组合装置实施例1剖面视图。

图7是本实用新型提出的具有U型变截面软钢阻尼器的组合装置实施例1三维示意图。

图8是本实用新型提出的具有U型变截面软钢阻尼器的组合装置实施例1力—位移曲线。

图9是本实用新型提出的具有U型变截面软钢阻尼器的组合装置实施例2俯视图。

图10是本实用新型提出的具有U型变截面软钢阻尼器的组合装置实施例2剖面图。

图11是本实用新型提出的具有U型变截面软钢阻尼器的组合装置实施例2三维示意图。

图12是本实用新型提出的具有U型变截面软钢阻尼器的组合装置实施例2力—位移曲线。

图13是本实用新型提出的具有U型变截面软钢阻尼器的组合装置实施例3俯视图。

图14是本实用新型提出的具有U型变截面软钢阻尼器的组合装置实施例3剖面视图。

图15是本实用新型提出的具有U型变截面软钢阻尼器的组合装置实施例3三维示意图。

图16是本实用新型提出的具有U型变截面软钢阻尼器的组合装置实施例3力—位移曲线。

图中，1：等截面半圆弧段，2：上变截面段，3：上连接段，4：下变截面段，5：下连接段，6：上面板，7：下面板，8：固定端底板，9：侧面板，10：连接活动钢板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1-16所示，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

如图1-4所示，本实用新型的一种具有拟线性滞回阻尼特征的U型变截面软钢阻尼器，整体可划分为5个部分，等截面半圆弧段1、上变截面段2、上连接段3、下变截面段4、下连接段5。等截面半圆弧段1两端分别与上变截面段2、下变截面段4相连接，上变截面段2、下变截面段4又分别与上连接段3和下连接段5分别连接，上连接段3和下连接段5可以设置螺栓安装孔，用于连接隔震层的上下面。

实际应用时，可以根据需要增大或者减小等截面半圆弧段1的直径、增加变截面的长度，也可以等比例放大该U型变截面软钢阻尼器，在隔震层中可以左右平行、上下叠加安装。

可以在隔震层可能发生振动的各个方向安装这种具有拟线性滞回阻尼特征的U型变截面软钢阻尼器。在振动过程中，等截面半圆弧段1首先屈服耗能，接着随位移响应增大和由地震动使结构产生的往复运动，使上变截面段2、下变截面段4相继屈服耗能，这一过程能有效地吸收地震波的能量，并控制结构在地震下的位移响应。

实施例

实施例1

如图5-8所示，本实施例中，上连接段3、下连接段5长100mm，宽160mm，厚10mm，为加载方便，U型软钢阻尼器固定于一箱型开口装置内，箱型开口装置包括上面板6、下面板7、两个侧面板9、固定端底板8。U型变截面软钢阻尼器上连接段3与箱型开口装置上面板6螺栓连接，上连接段3最外端面与箱型开口装置上面板6最外端面平齐，下连接段5与一连接活动钢板10螺栓连接。箱型开口装置两边的侧面板9内部靠近下面板7处开设有凹槽，凹槽高度比连接活动钢板10厚度略大，连接活动钢板10插入侧面板9的凹槽中，连接活动钢板10的外伸部分与加载装置连接。加载时只能沿U型软钢阻尼器的轴向运动，固定端底板固定于加载台上。等截面半圆弧段1、上变截面段2、上连接段3、下变截面段4、下连接段5均采用Q195钢材制作，箱型开口装置与活动钢板采用Q345B号钢材制作。其中，U型变截面软钢阻尼器的等截面半圆弧段1与箱型开口装置固定端底板8内表面距离为300mm，连接活动钢板10的外伸部分长度为200mm，内伸部分长度400mm。

本实施例中，初始状态U型软钢阻尼器不受力，当连接活动钢板10受到缓慢的轴向拉力时，等截面圆弧段1受拉向下方移动，与连接活动钢板10接触并逐渐变成平面，上变截面段2发生弯曲并屈服，且弯曲截面逐渐增大。阻尼器位移达到150MM时，改变加载方向，弯曲部分的截面先减小，当弯曲截面达到最小时，阻尼器位移回到初始状态。继续加载后，弯曲部分的截面开始增大，下变截面段4逐渐进入弯曲屈服状态。实验得到的力-位移曲线如图8所示，阻尼器出力随位移增大明显，具有明显的拟线性滞回阻尼特征，滞回曲线饱满，阻尼器耗能效果良好。

实施例2

如图9-12所示，本实施例中，该装置由两个U型变截面软钢阻尼器构成一个组合阻尼器，两个U型变截面软钢阻尼器分成上下两排，每排一个，上下两排U型变截面软钢阻尼器中间设置一连接活动钢板10，用于将上下两排U型变截面软钢阻尼器连接在一起。该实施例中，为了实现更大的位移，增大了等截面半圆弧段1的直径、增加了上变截面段2和下变截面段4的长度，上连接段3、下连接段5长130mm，宽270mm，厚10mm。上变截面段2、下变截面段4长270mm，最宽处宽度为270mm，最窄处宽度为70mm，厚10mm。等截面半圆弧段1的内径为65mm，外径为75mm，宽度为70mm，厚10mm。该实施例中阻尼器上连接段3、下连接段5、上变截面段2，下变截面段4和等截面半圆弧段1均采用Q195钢材制作。为加载方便，组合阻尼器固定于一箱型开口装置内，箱型开口装置包括上面板6、下面板7、两个镂空侧面板9、固定端底板8。上排U型变截面软钢阻尼器的上连接段3和下排阻尼器的下连接段5分别与上面板6、下面板7用螺栓连接，上排的U型变截面软钢阻尼器的上连接段3和下排阻尼器的下连接段5的最外端分别与箱型开口装置的上面板6、下面板7的最外端平齐，上排U型变截面软钢阻尼器的下连接段5和下排U型变截面软钢阻尼器的上连接段3与中间的连接活动钢板10用螺栓连接，连接活动钢板10自由一端位于箱型开口装置内，另一端与加载装置固结，两个镂空侧面板9中部开有凹槽，凹槽高度比连接活动钢板10厚度略大，连接活动钢板10插入两个镂空侧面板9的凹槽中，使加载时，连接活动钢板10只能沿U型变截面阻尼器的轴向运动。每排中的U型变截面软钢阻尼器的等截面半圆弧段1朝向固定端底板8方向。此外，箱型装置开口端距加载装置436mm，箱型开口装置与连接活动钢板10采用Q345B号钢材制作。

本实施例中，初始状态组合阻尼器不受力，当连接活动钢板10受到缓慢的轴向拉力时，两个U型变截面软钢阻尼器的等截面圆弧段1受拉向连接活动钢板10移动的方向移动，与连接活动钢板10接触并逐渐变成平面，上排阻尼器的上变截面段2和下排阻尼器的下变截面段4发生弯曲并屈服，且弯曲截面逐渐增大。阻尼器位移达到300mm时，改变加载方向，弯曲部分的截面先减小，当弯曲截面达到最小时，阻尼器位移回到初始状态。继续加载后，弯曲部分的截面开始增大，上排阻尼器的下变截面段4和下排阻尼器的上变截面段2逐渐进入弯曲屈服状态，阻尼器位移达到-300mm时，改变加载方向。按上述加载方式循环28个周期后，实验得到的力-位移曲线如图12示，阻尼器出力随位移增大明显，具有明显的拟线性滞回阻尼特征，滞回曲线饱满，阻尼器耗能效果良好。

实施例3

如图13-16所示，本实施例中，由四个U型变截面软钢阻尼器构成一个组合阻尼器，四个U型变截面软钢阻尼器分成上下两排，每排两个，上下两排U型变截面软钢阻尼器中有一连接活动钢板10，用于将上下两排U型变截面软钢阻尼器连接在一起。该实施例中的U型变截面软钢阻尼器，上连接段3、下连接段5长130mm，宽270mm，厚10mm。上变截面段、下变截面段长270mm，最宽处宽度为270mm，最窄处宽度为70mm，厚10mm。等截面半圆弧段的内径为50mm，外径为70mm，宽度为70mm，厚10mm。该实施例中阻尼器上连接段、下连接段、上变截面段，下变截面段和等截面半圆弧段均采用Q195钢材制作。为加载方便，组合阻尼器固定于一箱型开口装置内，箱型开口装置包括上面板6、下面板7、两个镂空侧面板9、固定端底板8。上排两个U型变截面软钢阻尼器的上连接段3和下排两个U型变截面软钢阻尼器的下连接段5分别与上面板6、下面板7用螺栓连接，每排两个U型变截面软钢阻尼器等截面半圆弧段1最外端的间距为60mm，位于箱型开口装置开口处的U型变截面软钢阻尼器的上连接段3和下连接段5的最外端与箱型开口装置的上面板6、下面板7的最外端平齐。上排U型变截面软钢阻尼器的下连接段5和下排U型变截面软钢阻尼器的上连接段3与中间一连接活动钢板10用螺栓连接，中间的连接活动钢板10自由一端位于箱型开口装置内，另一端与加载装置固结，两个镂空侧面板9中部开有凹槽，凹槽高度比连接活动钢板10厚度略大，连接活动钢板10插入两个镂空侧面板9凹槽中，使加载时连接活动钢板10只能沿U型变截面软钢阻尼器的轴向运动。此外，位于靠近固定端底板的U型变截面软钢阻尼器连接段最外端距固定端底板8的距离为310mm，箱型开口装置开口端距加载装置370mm。箱型开口装置与连接活动钢板10采用Q345B号钢材制作。

本实施例中，初始状态组合阻尼器不受力，当连接活动钢板10受到缓慢的轴向拉力时，四个U型变截面软钢阻尼器的等截面圆弧段1受拉向连接活动钢板10移动的方向移动，与连接活动钢板10接触并逐渐变成平面，上排阻尼器的上变截面段2和下排阻尼器的下变截面段4发生弯曲并屈服，且弯曲截面逐渐增大。阻尼器位移达到290mm时，改变加载方向，弯曲部分的截面先减小，当弯曲截面达到最小时，阻尼器位移回到初始状态。继续加载后，弯曲部分的截面开始增大，上排阻尼器的下变截面段4和下排阻尼器的上变截面段2逐渐进入弯曲屈服状态。实验得到的力-位移曲线如图16所示，出力随位移增大明显，具有明显的拟线性滞回阻尼特征，滞回曲线饱满，阻尼器耗能效果良好。

上述实施例只是为了更清楚说明本实用新型的技术方案做出的列举，并非对本实用新型的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书范围为准。