[发明专利]一种金属阻尼器及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程结构减震技术领域，具体涉及一种桥梁工程中设置于桥墩与梁板间的构件或建筑结构中的金属阻尼器及其设计方法。

背景技术

当今建筑的发展越来越趋向于高大化，由钢构件、组合构件或钢筋混凝土构件组成的框架结构是建筑物中经常被采用的结构形式。为使建筑结构具有较强的抵抗地震或风荷载等外力破坏的能力，经常需要在框架结构中增设金属型耗能构件。而桥梁工程的发展也越来越趋向于大型化，为保证地震时桥梁结构的安全性，防止发生落桥，现普遍在桥墩与梁板的连接处设置橡胶隔振垫，并在桥墩与梁板间配合设置耗能构件，

常见的耗能构件有粘滞型阻尼器、磁流变阻尼器、金属阻尼器等。其中金属阻尼器因其耐久性和经济性较好，在工程中应用较多。目前金属阻尼器的一般多为钢或组合构件的防屈曲耗能支撑形式，主要用于承受拉力或压力，承受剪切力的能力较弱。但由于钢材的弹性模量较大，钢支撑屈服时能实现的变形量很小。因此，当需要实现较大变形量，特别是需要实现较大剪切变形时，通常支撑结构的尺寸会很大，以致于很难加工、运输和安装，甚至用普通钢材根本无法实现，这极大地限制了此类金属阻尼器的推广应用。

为了解决这一问题，有研究人员设计出一种金属屈服阻尼器，该阻尼器的核心金属耗能构件为一带状金属板，形状类似于四百米跑道。将该阻尼器布置于桥梁或建筑结构中，金属板长度方向与结构承受剪力方向一致。该阻尼器提供了沿长度方向较大的剪切变形能力。但是，该类型阻尼器只能控制面内的恢复力，而对面外恢复力没法进行有效设计。然而建筑物在实际使用过程中会受到各个方向的水平左右，阻尼器也必然会受到沿宽度方向的水平力。因此，理论和实验验证均表明，上述阻尼器的侧向变形能力和抗疲劳性能较差，容易在实际使用过程中发生预期之外的破坏形态，影响设计和使用。

发明内容

本发明是为提供一种结构简单、可以同时实现面内面外恢复力精确设计，提供两个方向上良好的变形能力和抗疲劳性能的金属阻尼器，用以解决现有技术中金属耗能阻尼器只能进行面内设计、单向布置且面外稳定性不足的弊端。

本发明的设计方案为：该阻尼器由固定在建筑结构上的上盖板、下盖板以及核心金属耗能元件组成；所述核心金属耗能元件为一块连续的U形开槽金属板，由一段圆弧段和两段平直段组成；开槽金属板的圆弧段和部分平直段上的沿宽度方向等间距开设若干连续槽；开槽金属板平直段的未开槽部分设置螺孔，通过螺栓与上下盖板固定连接；上下盖板一端开设通孔与开槽金属板和建筑结构同时固定连接，另一端开设的螺栓孔仅与建筑结构固定连接。

所述下盖板或上盖板通过一个辅助支架与建筑结构连接；或上下盖板均通过辅助支架与建筑结构连接。

所述辅助支架为带有安装孔的耳板。

本发明还提供了所述金属阻尼器的设计方法，可以根据各种工况下所需的面内和面外恢复力需求分别对阻尼器的各个参数进行精确设计，保证其力学性能、疲劳性能和稳定性能符合使用要求。包括以下步骤：

（a）根据安装空间确定阻尼器高度H；

（b）将所需面内恢复力和面外恢复力带入恢复力设计公式，得到开槽金属板的厚度t，开槽金属板的平直段长度l，阻尼器宽度b的两组关系式：

面内恢复力公式：Fu=(fy+(fu-fy)(1-e-λt/H))t2b2H;]]>