专利名称：内藏x形钢板铅复合耗能器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种减震控制系统中的复合耗能器，属于土木工程领域。
背景技术：
我国是多地震国家，地震区的高层建筑物不仅需要良好的建筑功能，而且需要具有良好的抗震性能。单纯地通过“硬抗地震，加强结构”的途径来提高结构的抗震能力，有时难以满足结构的安全性和适用性的要求，结构抗震与减震控制的联合应用受到越来越广泛的关注。减震控制体系是通过“以柔克刚，减震耗能”的途径，采用隔震、消能、调整结构动力特性等方法，达到隔离地震、消减地震反应的目的。在减震控制系统中，关键的技术是在一些部位设置一些耗能器，研制性能好的耗能器是非常重要的。
美国的Whittaker和Tsai等人，研究了X钢板和三角钢板耗能器的特性，并应用到美国旧金山建筑物的抗震加固中；加拿大的Pall和Marsh研究了一种双向摩擦器并且已用于加拿大的多幢建筑中；新西兰的Robinson W H，研制了铅挤压耗能器；新西兰的Penguin Engineering公司研制了铅剪切耗能器；日本Sakurai公司研制了铅节点耗能器；哈工大的欧进萍教授等在吸收普通钢板耗能器和Pall摩擦耗能器的优点基础之上提出了组合钢板耗能器。形状记忆合金因为在不同的环境温度下具有形状记忆效应，有超弹性、高阻尼和电阻突变等特性，其在耗能部件应用中受到了工程界专家学者极大的关注。尽管这些耗能器可以提供一定的耗能能力，但是这些单一的耗能器耗能能力有限，因此广州大学的周福霖教授、周云教授等，提出了“综合利用不同耗能原理或机制来设计新型耗能减震器”的思想，并研发了铅粘弹性耗能器、铅橡胶复合耗能器、弹塑性滞回-摩擦复合耗能器、弹塑性滞回-粘弹性复合耗能器、摩擦-粘弹性复合耗能器、流体-粘弹性复合耗能器。以上研究的复合耗能器，尽管能综合利用两种或两种以上的耗能机理，提供较强的耗能能力，但它们依然都存在着以下没有克服的问题材料成本高、或构造连接复杂、或不能充分发挥材料自身性能。例如(1)像铅粘弹性耗能器、流体-粘弹性复合耗能器、弹塑性滞回-粘弹性复合耗能器、摩擦-粘弹性复合耗能器中，其不足在于一是粘弹性材料不易获得且成本相对较高，二是尚无铅与外力作用下等强度形状软钢、及灌铅成型简单的软钢复合而成的耗能器。(2)像铅橡胶复合耗能器，以图1所示的铅橡胶复合耗能器为例，构造连接较为复杂。图中上下部连接板，在上部连接板中间焊有构造钢板，下部连接钢板焊有两条构造钢板，然后在下部焊接构造钢板之间使钢板和橡胶硫化为一体，并在内部留有圆孔，让铅灌入预留孔洞，或先灌入钢板与橡胶预留圆空洞中，然后硫化成一体，最后用锚固螺栓把构造钢板与橡胶以及灌入圆孔的铅连接在一起，最后形成了铅橡胶复合耗能器。在构造工艺中，既要留有圆孔，还需要进行硫化成一体，最后还需要锚固螺栓进行连接，工艺相对较为复杂。这种耗能器实际上由隔震结构中的灌铅叠层橡胶垫演化而来。
为了便于推广应用复合耗能器，在满足耗能能力的条件下，既需要耗能器本身造价成本相对低廉，同时需要构造连接相对简单，即加工工艺较为简单的耗能器。
实用新型内容为了解决单一耗能器耗能能力有限，现有的复合耗能器材料成本高、构造连接复杂、不能充分发挥材料自身性能的问题，本实用新型基于以上“综合利用不同耗能原理或机制设计新型耗能减震器”的思想，提出了“内藏X形钢板铅复合耗能器”，这是一种由铅-矩形、X形钢板复合耗而成的能器。
本实用新型的原理是充分发挥钢板材料的塑性性能和铅较高的柔性和延展性，利用软钢的弹塑性变形耗能和铅的塑性变形耗能，来达到消耗地震作用下对建筑物输入的能量，减小地震反应，确保人员和财产的安全的目的。
本实用新型的“内藏X形钢板铅复合耗能器”，是在已有的软钢耗能器与铅剪切耗能器的基础上，利用软钢耗能器的弯曲耗能和铅剪切耗能器的塑性耗能这两种原理，充分发挥了这两种材料的自身性能，从而综合利用了这两种耗能材料。这两种材料相对较容易获得，造价成本较为低廉，构造连接工艺较为简单。软钢耗能器构造方式是几层X形软钢板的两端外伸出具有一定尺寸的矩形面板，然后在矩形面板上设有螺栓连接孔，这些设有螺栓连接孔的矩形面板只起连接耗能器与装有该耗能器的结构的作用，并不参与耗能；铅剪切耗能器构造方式是棱柱形的铅块与上部和下部的连接板，通过机械方式相连接或通过胶结材料相连接的方式，上下连接板设有螺栓连接孔，该连接板只起传递力的作用，并不参与耗能。“内藏X形钢板铅复合耗能器”与已有的耗能器设计相比，在连接板之间增加了两个垂直于连接板的矩形钢板，在矩形钢板之间设有垂直于连接板的几片X形软钢板并且焊接在连接板之间，然后在两个矩形钢板之间灌入铅，X形软钢板作为铅心被铅体包裹着，于是形成“内藏X形钢板铅复合耗能器”，即由铅-矩形、X形钢板复合而成的耗能器。这样的两种耗能方式的结合，克服了单一有限的耗能能力，同时大大提高了本耗能器的耗能能力，更能确保整体结构的安全。
本实用新型的“内藏X形钢板铅复合耗能器”所采用的技术方案参见图2～图6，包括连接钢板1，矩形钢板2，X形钢板3，铅块4，其特征在于在侧面两平行矩形钢板2之间设置与矩形钢板2平行的X形钢板3，每片矩形钢板2与每片X形钢板3两端均与设置在上部和下部的连接钢板1焊接，在侧面两平行矩形钢板2及上部和下部的连接钢板1之间灌入铅4。
所述的“内藏X形钢板铅复合耗能器”，其特征在于在侧面两平行矩形钢板2及它们之间设置的X形钢板3为软钢钢板。
所述的“内藏X形钢板铅复合耗能器”，其特征在于在侧面两平行矩形钢板2之间设置的X形钢板3至少为一片。
所述的“内藏X形钢板铅复合耗能器”，其特征在于在侧面两平行矩形钢板2之间设置的X形钢板等间距布置，内藏X形软钢板之间铅的总厚度为软钢板厚度的3倍及3倍以上。
所述的“内藏X形钢板铅复合耗能器”，其特征在于上部和下部的连接钢板上1上均设有螺栓连接孔5，与在地震作用下具有相互错动变形的结构上的两个部件相连接。
所述的“内藏X形钢板铅复合耗能器”，其特征在于铅4为棱柱体或正方体铅体。
本实用新型技术方案中的侧面两平行矩形钢板2，既有耗能的作用，又可作为灌铅后形成棱柱形块体用的外模板；铅体内藏有的X形钢板3，之所以设计成X形，是利用等强度梁原理，即钢板的各截面的材料将同时达到屈服，可充分发挥各截面钢板材料的塑性耗能能力；铅4是灌入侧面两平行钢板2及多片X形钢板3之间的，铅与钢板协同工作，复合耗能；在其它尺寸不变的条件下，随着侧面两平行矩形钢板2间距的变化，可改变钢板耗能与铅耗能的比例，可改变铅的耗能变形的主要型式；钢板的数量、几何尺寸以及间距，通过计算所获得的等效刚度和等效阻尼来确定。在小震作用下，本复合耗能器具有足够的刚度与装有本耗能器的结构整体处于弹性阶段协同工作；在强烈地震作用下，本耗能器发挥其耗能减震的作用，软钢主要通过弯曲弹塑性变形耗能，铅主要通过剪切或弯剪塑性变形耗能，钢板与铅之间存在对铅的挤压变形耗能。
本实用新型构造简便，材料易得，成本低廉，耗能能力较强，在建筑物的控制系统中耗散地震作用下产生的能量，即使失效也便于更换。
图1是铅橡胶复合耗能器；图中，1、2、3、4、9为钢板，5为螺栓，6为铅芯，7为橡胶，8为薄钢板；图2是铅-矩形、X形钢板复合耗能器的正立面示意图，正立面与背立面完全相同；图3是铅-复合耗能器的侧立面示意图，两个侧立面完全相同；图4是图2中A-A截面放大的示意图；图5是图2中B-B截面放大的示意图；图6是图4中C-C或D-D或E-E截面放大的示意图图1～图6中，1表示上下连接板；2表示矩形软钢板；3表示X形软钢板；4表示铅；5表示螺栓连接孔。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例作进一步详述“内藏X形钢板铅复合耗能器”示意图如图2～图6，在侧面两平行矩形钢板2之间设三片与矩形钢板2平行的X形钢板3，每片钢板两端与设置在上部和下部的连接钢板1焊接之后，在侧面两平行矩形钢板2及上部和下部的连接钢板1之间灌入棱柱体铅4，X形软钢板内藏在铅4中，每两片X形软钢板之间铅体的总厚度是软钢板厚度的3倍。在上部和下部的连接钢板上1均设有螺栓连接孔5，以便与在地震作用下具有相互错动变形的结构上的两个部件相连接。在地震作用下，结构上的两个部件将相互错动变形，并通过耗能器上部和下部的连接钢板拖动耗能器变形而消耗地震能量，上部和下部的连接钢板1只传递作用力，并不参与耗能，其作用是拖动“铅-矩形、X形钢板装置”变形，并确保铅与软钢板协同工作。例如，本耗能器若安装在柱间支撑，当结构层产生相对位移，忽略支撑构件的变形，耗能器上部和下部设置的连接钢板1，产生相对变形，软钢板2和3主要通过弯曲弹塑性变形耗能，铅4主要通过剪切或弯剪塑性变形耗能，软钢板2和3与铅4之间存在对铅4的挤压变形耗能。
权利要求1.“内藏X形钢板铅复合耗能器”，包括连接钢板(1)，矩形钢板(2)，X形钢板(3)，铅块(4)，其特征在于在侧面两平行矩形钢板(2)之间设置与矩形钢板(2)平行的X形钢板(3)，矩形钢板(2)与每片X形钢板(3)两端与设置在上部和下部的连接钢板(1)焊接，在侧面两平行矩形钢板(2)及上部和下部的连接钢板(1)之间灌入铅(4)。
2.根据权利要求1所述的“内藏X形钢板铅复合耗能器”，其特征在于在侧面两平行矩形钢板(2)及它们之间设置的X形钢板(3)为软钢钢板。
3.根据权利要求1或2所述的“内藏X形钢板铅复合耗能器”，其特征在于在侧面两平行矩形钢板(2)之间设置的X形钢板(3)至少为一片。
4.根据权利要求1或2所述的“内藏X形钢板铅复合耗能器”，其特征在于在侧面两平行矩形钢板(2)之间设置的X形钢板等间距布置，内藏X形软钢板之间铅的总厚度为软钢板厚度的3倍及3倍以上。
5.根据权利要求1所述的“内藏X形钢板铅复合耗能器”，其特征在于上部和下部的连接钢板上(1)上均设有螺栓连接孔(5)，与在地震作用下具有相互错动变形的结构上的两个部件相连接。
6.根据权利要求1所述的“内藏X形钢板铅复合耗能器”，其特征在于铅(4)为棱柱体或正方体铅体。
专利摘要本实用新型涉及一种减震控制系统中的复合耗能器，为内藏X形钢板铅复合耗能器，是由铅－矩形、X形钢板复合而成，包括连接钢板(1)，矩形钢板(2)，X形钢板(3)，铅块(4)，其特征在于在侧面两平行矩形钢板之间设置与矩形钢板平行的X形钢板，钢板(2)和(3)的两端均与设置在上、下部的连接钢板1焊接，在侧面两平行矩形钢板及上、下部的连接钢板之间灌入棱柱体铅；矩形钢板及X形钢板采用软钢，上、下部的连接钢板上设有螺栓连接孔(5)，与在地震作用下具有相互错动变形的结构上的两个部件相连接。本实用新型构造简便，材料易得，成本低廉，耗能能力较强，在建筑物的控制系统中耗散地震作用下产生的能量，即使失效也便于更换。
文档编号F16B7/12GK2763375SQ20042011888
公开日2006年3月8日 申请日期2004年12月30日 优先权日2004年12月30日
发明者曹万林, 卢智成 申请人:北京工业大学