一种具有地震监测功能的面外刚度可变型金属阻尼器

摘要

本发明涉及一种具有地震监测功能的面外刚度可变型金属阻尼器。本发明包括耗能金属板、摩擦板、第一盒型长支座、第二盒型长支座、盒型短支座、传感器、高强度螺栓、螺母、垫片、预埋连接钢板、连接抗弯钢板、带螺纹的螺栓孔、锚固件、抗剪栓钉、抗弯栓钉、预埋工字型钢。本发明中的阻尼器安装在结构构件中，不承担结构初始重力载荷，可为耗能金属板提供面外刚度；在遭受振动载荷时利用传感器检测阻尼器损伤情况；阻尼器采用全螺栓连接，更换方便；阻尼器支座与预埋构件采用弯剪分离控制，提高了阻尼器的整体性能。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑消能减震技术领域，具体涉及一种具有地震监测功能的面外刚度可变型金属阻尼器。

背景技术

近年来，我国经历过多次较为严重的地震，导致了巨大的人员伤亡和财产损失，随着越来越多的地区设防烈度的提高，传统结构很难满足需求。为此，消能减震技术飞速发展，通过在结构中增加耗能器，使之在地震过程中集中损伤、耗散能量，保护主体结构不受破坏或只受微小破坏，震后更换损伤元件即可快速恢复结构功能，保障人民生命财产安全。

金属阻尼器因其耗能卓越且不受环境温度影响等优点，被广泛应用于消能减震设计中。对于金属阻尼器而言，大多利用金属阻尼器的面内塑性变形消耗能量，刚度与承载力较大，存在连接难，耗能金属板缺少面外刚度等缺点，并且传统的金属耗能器多为焊接组成，焊缝处应力过于集中，容易开裂，严重降低了阻尼器的性能，并且焊接固定，在损伤后难以拆装与修复。同时这类阻尼器震后的损伤情况难以直观得到，为保证结构的正常、安全使用，可能需要在未甄别的情况下全部更换，耗费巨大的人力物力，增加震后结构的恢复成本，对震后快速恢复是十分不利的，实际应用前景堪忧。

发明内容

本发明旨在克服传统金属阻尼器的以上缺点，提出了一种具有地震监测功能的面外刚度可变型金属阻尼器，采取了以下技术方案：

本发明提供一种具有地震监测功能的面外刚度可变型金属阻尼器，包括：一种具有地震监测功能的面外刚度可变型金属阻尼器，包括：耗能金属板1，第一盒型长支座3、第二盒型长支座4、盒型短支座5，所述第一盒型长支座3、第二盒型长支座4各自与一个盒型短支座5配合形成一个夹持层，两个所述夹持层分别夹设于所述耗能金属板1的两侧面，所述夹持层与所述耗能金属板1之间垫设有摩擦板2；夹持层、耗能金属板1、摩擦板2设置共轴通孔，穿设高强度螺栓8固定；

预埋连接件，所述预埋连接件包括固定连接的连接抗弯钢板12与预埋连接钢板11，所述预埋连接钢板11远离所述耗能金属板1的一侧固定连接或形成预埋工字型钢17；

所述第一盒型长支座3、所述第二盒型长支座4、所述盒型短支座5，边框上设置带螺纹的螺栓孔13，所述带螺纹的螺栓孔13与所述预埋连接件上预设的通孔共轴，穿设高强度螺栓8固定；

所述第一盒型长支座3和/或第二盒型长支座4上设置有传感器7。

进一步的，所述第一盒型长支座3与所述第二盒型长支座4异面异侧安装，此时为阻尼器提供面外刚度；或者所述第一盒型长支座3与所述第二盒型长支座4安装在异面同侧，此时不为阻尼器提供面外刚度。

进一步的，所述第一盒型长支座3在靠近不接触所述耗能金属板1的位置由内向外穿高强度螺栓8，所述高强度螺栓8的螺帽卡置于所述第一盒型长支座3与所述第二盒型长支座4之间，防止支座之间连接过紧对金属耗能板1造成破坏。

进一步的，所述第一盒型长支座3与所述第二盒型长支座4上均安装有传感器7，所述传感器7用于采集、处理以及传输阻尼器变形数据，监测阻尼器变形情况，同时将数据从电信号转变为数字信号并在数据收集、保存与评定装置内保存，通过该模块内预先设定的阻尼器变形限值，对阻尼器的变形情况作出评定，最终将阻尼器变形数据通过无线发射模块传输给服务器。

进一步的，所述预埋工字型钢17表面均匀设置抗剪栓钉15和抗弯栓钉16。

进一步的，通过设置预埋连接钢板11与抗剪栓钉15承担阻尼器所受剪力，通过设置连接抗弯钢板12、锚固件14以及抗弯栓钉16承担阻尼器所受弯矩。

阻尼器的抗剪承载力不应超过连接构件的抗剪承载力，由阻尼器剪切变形的弯矩应小于连接构件的抗弯承载力，保证地震时，阻尼器除耗能板外所有元件均处于弹性变形，预埋段与墙体之间不发生相对变形。同时，利用传感器7采集、处理以及传送阻尼器变形数据，将数据传输给数据收集、保存与评定装置，根据预先设定的阻尼器变形限值，判定损伤程度，并由收集、保存与评定装置将阻尼器的过大变形数据发送给服务器，并提醒工程人员对阻尼器作出修复或者更换。该结构阻尼器易于安装和更换，在结构中可灵活布置，造价费用低廉，震后可快速更换，具有良好的经济性和实用性。

本发明适用于房屋结构易在地震中处于剪切大变形的位置，如核心筒连梁或框架结构的上下梁之间。框架结构的层间距离较大，应设置适当高度的混凝土连接支墩，可设置多个阻尼器进行并联，为了增强框架刚度，可将阻尼器中心对称布置。

本发明利用传感器实时采集、处理与传送地震过程中阻尼器变形数据，利用收集、保存与评定装置将阻尼器的过大变形数据发送给服务器，提醒工程人员，保证结构的安全；本发明为耗能板提供面外刚度，有效保证阻尼器利用面内塑性变形耗能的能力，提高阻尼器的性能；本发明采用全螺栓装配的连接方式，更换形式简单，同时阻尼器除耗能板外的所有元件均处于弹性变形，既节约成本，又有震后可快速恢复使用的功能；本发明涉及的所有材料均为金属，经处理后具有良好的耐久性；本发明结构简单，力学机理明确，力学性能稳定；本发明的面外刚度可根据需求灵活设计，应用范围更加广泛。

附图说明

图1：本发明实施例1的结构示意图

图2：本发明实施例1的结构剖面图

图3：本发明实施例1中第一盒型长支座示意图

图4：本发明实施例1中第二盒型长支座示意图

图5：本发明实施例1中盒型短支座示意图

图6：本发明实施例1中预埋连接件示意图

图7：本发明实施例1中摩擦板示意图

图8：本发明实施例1中耗能金属板示意图

图9：本发明实施例2的结构示意图

图10：本发明实施例3的结构示意图

图11：本发明实施例4的结构示意图

图12：本发明实施例5的结构示意图

1-耗能金属板、2-摩擦板、3-第一盒型长支座、4-第二盒型长支座、5-盒型短支座、6-光滑面、7-传感器、8-高强度螺栓、9-螺母、10-垫片、11-预埋连接钢板、12-连接抗弯钢板、13-带螺纹的螺栓孔、14-锚固件、15-抗剪栓钉、16-抗弯栓钉、17-预埋工字型钢。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面现结合附图和具体实施方式对本发明进一步阐述。

实施例1

结合图1、图2、图3、图5、图8，本实施例的阻尼器包括耗能金属板1、摩擦板2、第一盒型长支座3、第二盒型长支座4、盒型短支座5、光滑面6、传感器7、高强度螺栓8、螺母9、垫片10、预埋连接钢板11、连接抗弯钢板12、带螺纹的螺栓孔13、锚固件14、抗剪栓钉15、抗弯栓钉16、预埋工字型钢17。组装时，传感器7放置于第一盒型长支座3与第二盒型长支座4上，根据需求，判断阻尼器是否需要面外刚度，如需面外刚度，则将所述第一盒型长支座3与所述第二盒型长支座4安装在对立面的不同侧，所述第一盒型长支座3与所述第二盒型长支座4分别与一个盒型短支座5进行配合形成一个夹持层，两个夹持层分别夹设于所述耗能金属板1的两侧，所述夹持层与所述耗能金属板1之间垫设摩擦板2，所述夹持层、耗能金属板1、摩擦板2上设置共轴通孔，利用所述高强度螺栓8穿过共轴通孔进行固定；若不需要面外刚度，则将第一盒型长支座3与第二盒型长支座4安装在对立面的同侧，并通过高强度螺栓8将夹持层、耗能金属板1以及摩擦板2进行固定。所述第一盒型长支座3、第二盒型长支座4、盒型短支座5与所述摩擦板2的接触面皆做防滑处理，所述预埋连接件通过高强度螺栓8与第一盒型长支座3、第二盒型长支座4以及盒型短支座5固定连接，然后在所述预埋连接件的预埋工字型钢17上安装抗剪栓钉15、抗弯栓钉16，将所述预埋工字型钢17与锚固件14一同浇筑入混凝土中。组装完成后可在阻尼器与楼板以及连梁缝隙之间注入柔性填充材料，保护阻尼器免遭腐蚀。

实施例2

图9是本实施例的结构示意图，在剪力墙结构中，将阻尼器放置在剪力墙的连梁处，利用地震时连梁两端的相对位移驱动阻尼器工作并进行耗能，阻尼器两端的预埋连接钢板11、锚固件14、抗剪栓钉15、抗弯栓钉16和预埋工字型钢17埋入剪力墙中，与混凝土紧密结合，同时，阻尼器上表面与楼板下表面留有一定距离，防止阻尼器在地震过程中破坏楼板，在此结构中，阻尼器的第一盒型长支座3与第二盒型长支座4可根据是否需要为阻尼器提供面外刚度，决定安装在异面异侧或者异面同侧。

实施例3

图10是本实施例的结构示意图。在剪力墙结构的连梁中，逐层布置阻尼器，将阻尼器放置在剪力墙间的连梁处，阻尼器上表面与楼板下表面留有一定距离，防止阻尼器在地震过程中破坏楼板，同时，阻尼器中的第一盒型长支座3与第二盒型长支座4异面异侧设置且利用高强度螺栓8固定，为阻尼器提供面外刚度，相邻层的阻尼器对称布置，可为相邻的层提供不同法线方向的面外刚度，从而为整体结构的剪力墙提供面外刚度。

实施例4

图11是本实施例的结构示意图。将多个阻尼器放置在框架结构的层间，阻尼器上端与上层的框架梁相连，下端与混凝土连接支墩相连，混凝土连接支墩与下层框架梁浇筑为一体，需要保证混凝土连接支墩具有足够的承载力和初始刚度，避免在阻尼器失去性能之前退出工作。阻尼器中的第一盒型长支座3与第二盒型长支座4可根据是否需要为阻尼器提供面外刚度，决定安装在异面异侧或者异面同侧。

实施例5

图12是本实施例的结构示意图。将阻尼器放置在框架结构的层间，利用地震时层间的位移驱动阻尼器工作并进行耗能，阻尼器上端与上层的框架梁相连，下端与混凝土连接支墩相连，混凝土连接支墩与下层框架梁浇筑为一体，需要保证混凝土连接支墩具有足够的承载力和初始刚度，避免在阻尼器失去性能之前退出工作。阻尼器的第一盒型长支座3与第二盒型长支座4均异面异侧设置且通过高强度螺栓8固定，为阻尼器提供面外刚度，同时同层阻尼器对称布置，为框架结构提供抗侧刚度。