[发明专利]一种三维金属耗能阻尼器

说明书

本发明涉及一种三维金属耗能阻尼器，包括上连接板、下连接板、U型钢和S型钢、侧向连接支撑柱和中央矩形连接柱；U型钢两平直段分别与上连接板和下连接板连接成一整体，中央矩形连接柱的上端与上连接板固定连接，下端悬空；S型钢一端平直段外侧面与中央矩形连接柱外侧面固定连接，另一端与侧向连接支撑柱成一整体；侧向连接支撑柱低端与下连接板固定连接；S型钢对称布置在中央矩形连接柱四周。本发明采用特殊形状的U型钢和S型钢作为耗能元件，当上下两端受到剪力和弯矩作用时，利用U型钢和S型钢产生的弯曲变形和扭转变形在有限的高度内获得较大的变形量，滞回曲线饱满，耗能能力大,有效避免钢材断裂，有效提高建筑结构的抗震性能。

技术领域

本发明属于土木工程结构减振技术领域,具体涉及一种新型三维金属耗能阻尼器，适用于工业与民用建筑、桥梁、水利以及重要设备等工程的减振。

背景技术

我国位于环太平洋地震带和欧亚地震带两大强烈地震多发区的影响地区，是一个地震多发的国家。如何提高建筑、桥梁、水利等抗震性能是工程设计非常重视的问题。在建筑工程结构抗震技术领域中比较容易实现和有效的减振方法是给结构增设阻尼器。目前国内外常见的阻尼器类型主要有粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、金属阻尼器、摩擦阻尼器、调谐质量阻尼器和调谐液体阻尼器。

金属阻尼器是一种耗能性能优越、构造简单、制作方便、价格低廉、易于更换的耗能减振装置，它既可以配合隔震支座，作为其耗能单元或限位装置，又可以单独用于结构中作为耗能装置，提供附加阻尼和刚度。自Kelly和Skinner等人提出在结构中安装金属阻尼器耗散大部分地震能量的想法后，金属阻尼器在结构中的运用得到了快速的发展，国内外学者、工程技术人员后开发了多种类型的金属耗能器，目前应用的有X型、三角形和开孔型加劲阻尼装置等。通过在结构中合理的布置，金属阻尼器能发生较大的剪切变形或弯曲变形以满足结构的位移，耗散较多的能量。

现阶段土木工程结构形式越来越趋于高大化和复杂化。地震作用下，结构在地震作用时往往呈现复杂的多维振动状态。已有震害资料和试验表明，竖向地震对结构的动力响应以及非结构构件的破坏有着明显的影响。而传统的阻尼器主要满足水平单向耗能，难以满足竖向耗能的需求。考虑到日益提高的结构性能化设计需求，研究新型多维减振技术已是发展的趋势。通过在现有的一维和二维耗能阻尼器基础上，开发三维减振阻尼器成为解决结构竖向振动耗能的重要途径。

在三维减振耗能方面，国内已有利用刚性质量块、弹性层、弹簧、黏弹阻尼单元实现三维减振耗能的相关研究，在这些研究中为同时实现竖向耗能而采取的特别构造使得三维减振阻尼器体积庞大、安装不便、造价昂贵，主要应用于大型工业设施减振耗能，较难在工程结构领域中进行推广使用。目前，三维阻尼器的研究还处于理论与实验阶段，缺乏实际工程运用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提出一种三维金属耗能阻尼器，该阻尼器结构简单，能提供较大的三维变形，可以满足三维方向的减振耗能。

本发明的技术方案如下：

一种三维金属耗能阻尼器，包括上连接板1、下连接板2、U型钢3和S型钢4、侧向连接支撑柱5和中央矩形连接柱6；其特征是U型钢3两平直段分别与上连接板1和下连接板2连接成一整体，中央矩形连接柱6的上端与上连接板1固定连接，下端悬空；S型钢4一端平直段外侧面与中央矩形连接柱6外侧面固定连接，另一端与侧向连接支撑柱5成一整体；侧向连接支撑柱5低端与下连接板2固定连接；S型钢对称布置在中央矩形连接柱四周。

所述上连接板和下连接板是普通钢板，形状是矩形、圆形或者多边形。

所述S型钢和U型钢与上下连接板固定连接方式是焊接或者螺栓连接。

所述S型钢和U型钢是低屈服点钢，具有良好的塑性变形能力，其滞回曲线较传统金属阻尼器更饱满，且等效粘滞阻尼系数较传统金属阻尼器更大，耗能性能更优越。