一种应用于隔震层的屈曲-剪切型金属阻尼器的制作方法

本实用新型涉及工程结构减隔震技术，主要用于建筑结构的隔震及耗能。

背景技术：

工程隔震减震技术是近半个世纪地震工程领域的重大创新成果之一。在建筑结构中增设减隔震装置可有效降低结构在地震作用下的响应，显著提高结构的抗震性能和抗灾能力，已在实际工程中得到大量应用。

普通的金属剪切型阻尼器、摩擦型阻尼器及粘滞阻尼器等通常只在其布置方向发挥作用，而在其他方向上的作用较小，甚至不发挥作用，故实际工程中必须在结构的纵向和横向同时布置一定数量的阻尼器。而且，普通金属剪切型阻尼器和摩擦型阻尼器的变形能力较小，很难满足隔震层的大变形需求。

隔震建筑中使用了大量的铅芯橡胶支座，铅的大量生产和使用给社会环境带来了相当大的压力。为避免重金属铅带来的环境风险问题，开发其他新型环境友好型阻尼装置，与天然橡胶支座、摩擦滑移支座、摩擦摆支座等隔震装置组成复合隔震系统，并在实际工程中推广应用将具有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种应用于隔震层的屈曲-剪切型金属阻尼器。

本实用新型是一种应用于隔震层的屈曲-剪切型金属阻尼器，包括波纹筒1、上连接板2、下连接板3、环形撑板4、l形连接件5，所述的波纹筒1、上连接板2、下连接板3和环形撑板4固结构成阻尼器部件；所述的上连接板2与l形连接件5通过高强螺栓11连接固定；所述的下连接板3与隔震支座下连接板6通过高强螺栓11连接固定。

本实用新型的有益之处是：（1）水平各向性能完全相同，变形能力强：本发明中波纹筒的构造比较特殊，筒壁为波纹曲面，拉压时易发生屈曲变形，可被拉伸或者压缩，故具有较大的水平变形能力。建筑结构中常用的金属剪切型阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器等通常只在其布置方向发挥作用，应用时必须在结构的纵向和横向同时进行布置。本发明提出的屈曲-剪切型金属阻尼器在各个水平方向的力学性能完全相同，故无需考虑阻尼器作用的方向性，从而提高了阻尼器的利用效率。（2）构造简单，可更换：本发明将波纹筒、钢板等金属材料通过高强螺栓或者焊接的方式进行连接，工艺成熟，操作简单；阻尼器经历地震等作用发生较大损伤或破坏后可及时更换，使隔震层快速恢复到地震前的抗震水平。（3）经济、环保：与锡、铅等金属相比，低屈服钢材价格低廉，经济效益明显；利用低屈服钢材制作的波纹筒可替代隔震支座中铅芯的功能，减少了重金属铅的生产和使用，防止其危害人体健康和污染环境，符合绿色、环保、可持续的发展理念。

附图说明

图1为屈曲-剪切型金属阻尼器及布置于隔震支座两侧的纵向剖面示意图，图2为波纹筒的三维示意图，图3为上下连接板的平面示意图，图4为环形撑板的平面示意图，图5为上下连接板、环形撑板和波纹筒的拼接示意图，图6为l形连接件的三维示意图，图7为隔震支座上连接板的平面示意图，图8为隔震支座下连接板的平面示意图，图9为本实用新型布置于隔震层梁底部的连接示意图，图10为本实用新型布置于隔震层梁与基础梁之间的连接示意图，图11为本实用新型布置于其他隔震体系隔震层的连接示意图，图12为单个阻尼器部件的力-位移关系曲线。

附图标记及对应名称为：1-波纹筒，2-上连接板，3-下连接板，4-环形撑板，5-l形连接件，6-隔震支座下连接板，7-隔震支座上连接板，8-隔震支座，9-上支墩，10-下支墩，11-高强螺栓，12-预埋螺栓，13-型钢连接件，14-隔震层梁，15-基础梁，16-其他隔震装置。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型是一种应用于隔震层的屈曲-剪切型金属阻尼器，包括波纹筒1、上连接板2、下连接板3、环形撑板4、l形连接件5，所述的波纹筒1、上连接板2、下连接板3和环形撑板4固结构成阻尼器部件；所述的上连接板2与l形连接件5通过高强螺栓11连接固定；所述的下连接板3与隔震支座下连接板6通过高强螺栓11连接固定。

如图2所示，所述的波纹筒1，由低屈服钢材制作而成，中部的筒壁波纹呈半圆弧状，波纹沿筒体高度呈周期性排列，相邻两个半圆弧波纹呈中心对称；接近两端的筒壁波纹呈1/4圆弧状，两端的筒壁呈直筒状，直筒部分的高度与上连接板2和下连接板3的厚度一致；波纹筒1的横截面为圆形，圆形截面沿筒体高度呈连续性、周期性变化，波纹筒1在各个水平方向的构造和力学性能完全相同。

如图3所示，所述的上连接板2与下连接板3完全相同，由普通钢材制作而成，平面呈方形，中心设大直径圆孔，圆孔直径与波纹筒1直筒段筒壁的外径相等，四角预留连接螺栓孔。

如图4所示，所述的环形撑板4，由普通钢材制作而成，平面呈圆环状，圆环的外径与波纹筒1直筒段筒壁的内径相等。

如图6所示，所述的l形连接件5，由普通钢材制作而成，两块矩形钢板互相垂直拼接成l形，内角中部设三角形肋板，将两块矩形钢板和三角形肋板焊接连接成一个整体，两矩形钢板角部预留螺栓连接孔；其中，一块矩形钢板与上支墩9通过预埋螺栓12固定连接，另一块矩形钢板与上连接板2通过高强螺栓11固定连接。

如图7所示，所述的隔震支座上连接板7，由普通钢材制作而成，平面呈方形，中部与隔震支座8固连，四角预留螺栓连接孔，与上支墩9固结。

如图8所示，所述的隔震支座下连接板6，由普通钢材制作而成，是在隔震支座上连接板7的两侧延伸出两块矩形钢板，并在矩形钢板的四角预留螺栓连接孔，用于固定阻尼器的下连接板3；中部与隔震支座8固连，四角预留螺栓连接孔，与下支墩10固结。

所述的隔震支座8为天然橡胶支座，屈曲-剪切型金属阻尼器与天然橡胶支座组合使用构成新型复合隔震系统。

所述的屈曲-剪切型金属阻尼器，组装时，波纹筒1的一端卡在上连接板2与环形撑板4之间，另一端卡在下连接板3与环形撑板4之间，波纹筒1与上连接板2、下连接板3和环形撑板4之间通过焊接构成一个阻尼器部件；阻尼器部件安装时，将l形连接件5的一边通过预埋螺栓12固定在隔震层的上支墩9上，l形连接件5的另一边与阻尼器的上连接板2固连，阻尼器的下连接板3与隔震支座下连接板6固连。

所述的屈曲-剪切型金属阻尼器可布置于隔震支座8的单侧、双侧、四周或隔震层梁14与基础梁15之间。在地震、风荷载等作用下，上部结构发生水平往复运动，阻尼器的上连接板2跟随上支墩9一起水平移动，波纹筒1将产生沿筒轴方向的拉压屈曲变形和水平方向的弯曲剪切变形；隔震支座8的水平变形越大，筒壁波纹的屈曲程度和剪切作用将越强，阻尼器的水平变形则越大，耗散的能量将越多；筒壁的连续拉压屈曲变形和水平剪切作用共同为隔震层提供了抗侧力和水平刚度，也耗散了能量，从而保护了上部结构，并满足隔震层的大变形需求。

本实用新型提出的屈曲-剪切型金属阻尼器具有大变形、高阻力、高耗能、易复位等性能。现对屈曲-剪切型金属阻尼器的力学性能进行举例说明，如图12所示，为单个某种规格的屈曲-剪切型金属阻尼器在低周往复循环加载下的力-位移关系曲线，阻尼器由低屈服钢材ly225制作而成。由图12可知，随着水平加载位移的增大，阻尼器的承载能力显著提高，滞回环面积明显增大，说明耗能能力增强；阻尼器在屈服前刚度较大，屈服后刚度减小；阻尼器的卸载刚度较大，快速卸载后出现负刚度特性，而且复位力较小，说明阻尼器有一定的自恢复功能，容易复位，与天然橡胶支座组合使用时，天然橡胶支座自身的恢复力就可使其复位，从而减小隔震层的残余变形。

为了使本实用新型的目的、工作机理及优点更加明确，结合图1～11对本实用新型的具体实施进行说明。

实施例1：布置于隔震支座两侧：

如图1所示，一种屈曲-剪切型金属阻尼器，包括波纹筒1、上连接板2、下连接板3、环形撑板4、l形连接件5等；

（1）将波纹筒1的一端卡在上连接板2与环形撑板4之间，如图5所示，波纹筒1的边缘与上连接板2和环形撑板4的上表面平齐、共面，在上表面的拼接位置处将三者焊接固定。同理，将波纹筒1的另一端与下连接板3、环形撑板4焊接固定，构成一个阻尼器部件；

（2）将l形连接件5通过预埋螺栓12固定在上支墩9上。浇筑上支墩9时，应提前在支墩上埋置连接螺栓，也可在浇筑完成后，在支墩上安装膨胀螺栓来连接；

（3）将下连接板3通过高强螺栓11固定在隔震支座下连接板6两侧的矩形钢板上；

（4）将上连接板（2）通过高强螺栓（11）与l形连接件（5）连接固定；

重复以上4个步骤，即可实现隔震支座8另外一侧阻尼器的安装。屈曲-剪切型金属阻尼器与天然橡胶支座组合构成的复合隔震系统可替代铅芯橡胶支座隔震系统，减少重金属铅的生产和使用，使隔震系统更经济、绿色、环保。复合隔震系统中阻尼器的使用数量及规格需根据隔震层的抗侧刚度和耗能需求计算确定。

实施例2：布置于隔震层梁底：

屈曲-剪切型金属阻尼器可直接安装在隔震层梁14底部。

当阻尼器的规格较小时，如图9所示，将多个并列排布的阻尼器部件的上连接板2通过预埋螺栓12固定在隔震层梁14的底部，阻尼器部件的下连接板3通过型钢连接件13与基础梁15固定连接，下连接板3与型钢连接件13通过高强螺栓11连接固定，型钢连接件13与基础梁15通过预埋螺栓12连接固定。

当阻尼器的规格较大时，如图10所示，将阻尼器的上连接板2通过预埋螺栓12固定在隔震层梁14底部，将阻尼器的下连接板3直接与基础梁15通过预埋螺栓12连接固定。

屈曲-剪切型金属阻尼器布置于隔震层梁14与基础梁15之间时，同样能够与隔震支座8协同工作，构成复合隔震系统，隔震支座8主要用来支撑上部结构，阻尼器为隔震层提供所需的阻尼、抗侧力、刚度、限位等功能。对于平面不规则的基础隔震结构，阻尼器可灵活布置在隔震层变形较大的位置，来控制上部结构的扭转响应，减小隔震层的变形，防止隔震支座8位移超限。

实施例3：布置于其他隔震体系的隔震层：

本实用新型提出的屈曲-剪切型金属阻尼器还可与其他隔震装置16组合使用，如摩擦滑移隔震支座、摩擦摆隔震支座等。同理，重复实施例1中的4个操作步骤，可将阻尼器布置于其他隔震装置16的单侧、两侧、四周；重复实施例2中的操作，可将阻尼器布置于其他隔震体系的隔震层梁底部，如图11所示。屈曲-剪切型金属阻尼器与摩擦滑移隔震支座或摩擦摆隔震支座组合构成的复合隔震系统，阻尼器可为隔震层提供高阻尼和抗侧力，发挥耗能、限位等功能。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。

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