一种双半波弯曲型屈曲约束阻尼器的制作方法

本发明涉及土木工程中的结构减震领域，尤其是涉及一种双半波弯曲型屈曲约束阻尼器。

背景技术：

地震是威胁重大工程结构安全的主要自然灾害之一，因而，结构减震控制成为土木工程防灾减灾工作的有效措施。

随着我国经济的发展及各行业邻域的日益创新，结构防震减灾技术得到了飞速发展，从传统的单纯依靠结构构件损伤来抵御外界不利荷载作用及基础隔震措施，逐渐向被动耗能减震技术以及主动、半主动和智能控制技术发展。结构在布置有普通支撑后能够提高自身抗侧刚度，但在强震作用下，支撑会过早进入屈曲状态从而导致损坏，不能起到消耗地震能量的作用。在这种背景环境下，一种新型支撑应运而生，即屈曲约束支撑(Buckling-restrained brace， BRB)，它起耗能作用的内芯板因受到约束钢板的限制，有效地避免了屈曲破坏，充分利用了钢材的强度。

BRB耗能构件由套筒、芯板和位于套筒和芯板之间起润滑作用的填充材料。BRB屈服后，其刚度增大幅度很小，且地震时建筑物所有楼层的BRB并不能同时屈服，导致变形和损伤在层间集中。而且建筑结构在寿命周期内可能经历若干次强震及强余震，常使得BRB因低周疲劳性能不够而发生破坏。此外，由于余震的发生往往就在主震发生后不久，根据震害调查，余震的震级常常接近于主震震级。当破坏性余震发生时，抗震救灾活动可能才刚刚开始，此时没有人力、物力及时间对已破坏的支撑进行更换，故余震将产生更大的破坏。

现广泛使用的BRB耗能构件套筒为高强度钢材构成的矩形框体，芯板主要由一字型和十字型两类，一字型只有一个维度的刚度，易发生屈曲；十字型有两个角钢焊接而成，在焊接处易发生应力集中而破坏；普通平板式BRB耗能构件变形量较小，在大变形下平板容易被拉断；在余震的反复作用下，普通BRB耗能构件容易出现疲劳破坏。

技术实现要素：

为了解决上述普通屈曲约束支撑变形较小而不适用于大变形情况，以及其疲劳性能差等缺点的技术问题，本发明提供一种在施工时安装简便、价格低廉的双半波弯曲型屈曲约束阻尼器。它在强震余震作用下低周疲劳性能优异，强震后拆卸方便，易于换新，便于实现主体结构的快速修复，从而提升主体结构震后快速恢复功能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种双半波弯曲型屈曲约束阻尼器由约束单元、双半波耗能单元以及连接单元构成，约束单元、双半波耗能单元以及连接单元均采用Q235、Q345等钢材制作而成。

约束单元由上约束钢板、下约束钢板、侧边钢板和限位钢块组成。其中限位钢块是用来保持两块约束钢板之间的距离，即将限位钢块放置于两块约束钢板之间，并用螺栓和上约束钢板、下约束钢板连接在一起。可通过选择不同高度的限位钢块调整上、下约束钢板的距离，以适用于不同半波钢板半径的情况，半波钢板的半径越大，其变形能力就越强。

双半波耗能单元由上、下两块相同的半波耗能核心板相对拼成，半波耗能核心板与连接单元为一整体，通过机械加压制作而成。这种构造可以避免大伸缩和局部应力集中现象的发生，提高了半波耗能核心板的反复变形能力，具有良好的延性；进行半波钢板加工前，对采用的平钢板进行加热处理，保持最高温度300℃共10分钟，使用圆形模具进行迅速冷压形成半波，冷压成型后进行矫正处理，再进行退火处理，能够有效防止平钢板的半波形快速冷压成型后由于应力集中导致钢材变脆。

这块加工成型的板中间部分被称为半波耗能核心板，两端被称为连接单元。其中半波耗能核心板是由若干个半波钢板与水平钢板组成，半波耗能核心板两端预留部分钢板作为连接单元，与外部结构通过螺栓连接，使双半波弯曲型屈曲约束阻尼器耗能破坏后可以更换，重新保护主体结构。连接单元上设有加劲肋，使连接单元在较大的地震作用下不至产生失稳破坏。

上、下两块半波耗能核心板对拼使半波钢板拼成圆形形状，间隔保持材的直径小于该圆形形状的直径，它布置于这些圆形形状中。间隔保持材上的限位滑块穿过侧边钢板的水平导槽，水平导槽的数目与半波钢板数目一致，使间隔保持材在圆形空隙内与半波钢板之间保持间距，间距大小可以是6mm、9mm、12mm等。在未受力时，间隔保持材是可以在圆形形状中自由滑动的，但双半波弯曲型屈曲约束阻尼器受到外力作用拉伸或者压缩时，半波耗能核心板中的半波钢板受拉或者受压变形，圆形形状被拉伸或者压缩变形，间隔保持材与半波钢板发生接触，于是该圆形形状不再变形，其他未被拉伸或者压缩的圆形形状仍能参与拉伸或者压缩变形。间隔保持材起到了防止变形集中在同一个圆形形状中发生的作用，有效地避免了圆形形状因集中大变形导致的过早破坏。于是使得双半波耗能单元的所有半波均参与受弯变形，使双半波弯曲型屈曲约束阻尼器产生大变形耗能的作用。半波钢板的半径相同，水平钢板的长度也相同，半波钢板的半径可以是40mm、50mm、60mm、70mm等，水平钢板的长度可以是30mm、40mm、50mm、60mm等，通过改变钢板的半径、钢板的厚度以及钢板的长度形成参数可控的半波耗能核心板。

半波耗能核心板与上约束钢板、下约束钢板通过固定螺杆连接，防止约束钢板和耗能单元在静置时发生相对滑移。固定螺杆中部绞螺丝，通过双螺母将上下两块半波耗能核心板固定，固定螺杆两端绞螺丝，通过双螺母使半波钢板与上约束钢板和下约束钢板之间保持间隙。间隙大小可以是2mm、5mm、8mm、10mm等，是为了双半波耗能单元受压过程中半波形钢板的波浪顶点向约束钢板移动后，受到约束钢板的束制，并发展二阶屈服。上、下两块半波耗能核心板在水平钢板处开孔穿入限位滑杆，限位滑杆除已布置了固定螺杆的水平钢板处之外，水平钢板上均要布置。限位滑杆中部绞螺丝，用双螺母将上下两块半波耗能核心板固定。限位滑杆穿过上约束钢板与下约束钢板上开设的水平滑槽，水平滑槽的数目比半波钢板的数目少一个，该限位滑杆在水平滑槽内运动，保证阻尼器半波耗能核心板能沿着水平方向产生运动，防止发生失稳破坏。

上约束钢板、下约束钢板内侧的表面上设有无粘结涂层特氟龙涂层，半波钢板的外侧表面上也设有无粘结涂层特氟龙涂层，是为了消除双半波耗能单元屈服时与约束钢板接触摩擦带来的影响。

双半波弯曲型屈曲约束阻尼器受压时，靠近移动端的双半波耗能单元的半波钢板在水平隔板处发生压缩变形，该波浪的上波峰和下波谷同时向相邻的约束钢板发生变形。随着受压位移的不断增大，波浪的上波峰与上约束钢板发生接触，并受到上约束钢板的束制，此时，半波钢板的上波峰和下波谷应力均较大，水平隔板处的应力也较大。随着受压变形的继续增大，半波钢板波浪的下波谷顶部也与下约束钢板发生接触，并受到下约束钢板的束制，此时，半波钢板的上波峰、下波谷和水平隔板处的应力均较前一状态大，表明其耗能更多。在此期间，上半波的波形钢板在水平隔板附近应力比下半波的波形钢板大，这是由于上半波先受到了上约束钢板的束制作用引起的。随着受压变形的继续增大，半波钢板在波形的水平隔板处与间隔保持材发生接触。由于上、下顶部分别受到上、下约束钢板的束制，半波钢板的上、下半波钢板应力在全截面范围内都比前面的状态大，这说明参与耗能的部位范围变大了。而受到上、下约束钢板束制的部位，由于全截面参与变形，其应力水平反而降低了。最后，单波波浪在水平隔板处的两点均与间隔保持材接触，压力主要通过间隔保持材传递，单波波浪不再继续发生变形，导致下一个波形发生大变形，直到该波浪也与间隔保持材接触后，变形又传递给下一个波浪。

双半波弯曲型屈曲约束阻尼器受拉时，双半波耗能单元的半波钢板的波浪在水平隔板处发生拉伸变形，圆形截面随着变形的发展逐渐变成扁“鱼嘴”形状。单波波浪逐渐向间隔保持材发生变形，该波浪的上波峰和下波谷同时向相邻的上、下约束钢板发生变形。受拉过程中，单波波浪的上波峰和下波谷应力均较大，水平隔板处的应力也较大。随着拉伸变形的发展，单波波浪的上半波内壁与间隔保持材发生接触，受到间隔保持材的约束，故该处变形停止，从而引起下半波发生更大的变形。随着拉伸变形的继续发展，单波波浪的下半波内壁与间隔保持材发生接触，也受到了间隔保持材的约束。由于受到间隔保持材的支撑作用，该半波钢板不再发生变形，导致下一个波形发生大变形，直到该波浪也与间隔保持材接触后，变形又传递给下一个波浪。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)一种双半波弯曲型屈曲约束阻尼器耗能核心板为双半波，使该装置具有很好的参数可控性和滞回耗能能力；(2)一种双半波弯曲型屈曲约束阻尼器与主体结构之间也从原来的焊接改为螺栓连接，使耗能构件耗能破坏后可以更换，重新保护主体结构，并加快施工，缩短工期。(3)一种双半波弯曲型屈曲约束阻尼器半波耗能核心板采用钢材支撑，失效破坏后可回收利用；双半波耗能单元破坏后约束钢板与限位钢块可重复利用，更加节能省材。(4)通过改变半波耗能核心板中半波的个数、半波钢板的厚度以及水平钢板的距离可以对此双半波屈曲约束阻尼器进行参数控制，使其满足各种耗需求的结构。因此，本发明的减震耗能装置具有参数可控、性能优良、价格便宜及构造相对简单的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中做需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器结构示意图；

图2为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器组装示意图；

图3为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器俯视图；

图4为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器剖面图；

图5为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器中约束钢板结构示意图；

图6为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器中约束钢板俯视图；

图7为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器中间隔保持材结构示意图

图8为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器中间隔保持材俯视图；

图9为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器中间隔保持材剖面图；

图10为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器中半波耗能核心板结构示意图；

图11为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器中半波耗能核心板剖面图；

图12为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器中侧边钢板结构示意图；

图13为双半波弯曲型屈曲约束阻尼器中侧边钢板剖面图。

其中：1、上约束钢板，2、水平滑槽，3、螺栓，4、加劲肋，5、连接单元，6、水平导槽，7、侧边钢板，8、限位钢块，9、水平钢板，10、下约束钢板，11、间隔保持材，12、半波钢板，13、限位滑块，14、限位滑杆，15、间距，16、固定螺杆，17、间隙。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1～3所示，一种双半波弯曲型屈曲约束阻尼器主要由约束单元、双半波耗能单元以及连接单元构成。其中约束单元包括约束钢板1、侧边钢板7和限位钢块8；双半波耗能单元由上、下两块相同的半波耗能核心板相对拼成，半波耗能核心板由若干个半波钢板12与水平钢板9组成；间隔保持材11布置于双半波耗能单元的圆形空隙中，间隔保持材11上的限位滑块13穿过侧边钢板的水平导槽6，使得间隔保持材11在圆形空隙内与半波钢板12之间保持间距15的同时，使限位滑块13在水平导槽6内运动，保证阻尼器半波耗能核心板能沿着水平方向产生运动，防止发生失稳破坏。针对现有技术中各类BRB阻尼器的变形量小，低周疲劳性能不够，本发明提供一种双半波弯曲型屈曲约束阻尼器，施工步骤如下：

(1)选取Q235、Q345等钢材中的一种进行半波耗能核心板的机械加压加工，对采用的平钢板进行加热处理，持续保持最高温度300℃共10分钟，使用圆形模具进行迅速冷压形成半波，冷压成型后进行矫正处理，然后对半波钢板12进行退火处理；

(2)将上下两个相同的半波耗能核心板相对拼成，在水平钢板9处开孔穿入限位滑杆 14与固定螺杆16，限位滑杆14与固定螺杆16均中部绞螺丝，用双螺母将上下两块半波耗能核心板固定；

(3)加劲肋4焊接于连接单元5处；

(4)上约束钢板1与下约束钢板10开设水平滑槽2；

(5)半波耗能核心板的半波钢板12的外侧表面上涂上特氟龙涂层；上约束钢板1、下约束钢板10内侧的表面上涂上特氟龙涂层；

(6)上约束钢板1、下约束钢板10与半波耗能核心板在水平钢板9处通过固定螺杆16 连接，固定螺杆16两端绞螺丝；

(7)间隔保持材11上的限位滑块13焊接于间隔保持材11中轴线处；侧边钢板7开设水平导槽6；间隔保持材11布置于双半波耗能单元圆形空隙，间隔保持材11上的限位滑块 13穿过侧边钢板7上的水平滑槽6；

(8)侧边钢板7上的限位钢块8与上约束钢板1、下约束钢板10通过螺栓3连接；

(9)连接单元5与外部结构通过螺栓连接。

当按照本发明的双半波弯曲型屈曲约束阻尼器工作时，限位滑杆14会在水平滑槽2中来回运动，限位滑块13会在水平导槽6中来回运动，保证阻尼器双半波耗能单元能沿着水平方向产生运动，防止发生失稳破坏；半波钢板12会受到上约束钢板1、下约束钢板10与间隔保持材11的约束，让双半波耗能单元的所有半波均参与受弯变形，产生耗能的作用，由此起到抗震减阻的效果。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，对于本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。