一种圆波型波纹钢板阻尼器

技术领域

本发明涉及建筑结构耗能构件领域，具体为一种圆波型波纹钢板阻尼器。

背景技术

剪切型阻尼器通过利用金属材料剪切屈服耗散外部传入结构的能量，由于具有抗侧刚度与耗能效果良好、成本低、安装方便等优点而被广泛采用。然而，由于剪切型阻尼器特有的耗能形式，阻尼器腹板在面内变形过程中，面外较易发生屈曲失稳，具体表现为沿对角形成拉力带而破坏。阻尼器屈曲后，滞回曲线会有明显的捏缩现象，阻尼器的耗能能力将明显下降。

为提高剪切钢板阻尼器腹板防屈曲能力，目前常用的方法有：(1)提高腹板所用钢材的强度或增加腹板厚度；(2)设置翼缘与加劲肋增加腹板平面外刚度，同时降低腹板高厚比；(3)设置面外限位装置防止与减轻阻尼器面外的屈曲。(4)腹板采用波纹钢板，代替传统的平钢板。

对于方法(1)，已有研究表明提高腹板钢材强度对阻尼器防屈曲性能的影响较小，提升空间有限，而增加腹板厚度也会影响阻尼器在平面内方向的力学性能，同时经济性较差；

对于方法(2)，附加的翼缘与加劲肋通常以焊接方式连接至腹板，过多的焊接将导致阻尼器力学性能的下降。此外，设置翼缘与加劲肋后，由于各构件的相互耦合，阻尼器的受力模式、传力途径等均可能发生变化，翼缘与加劲肋可能亦会参与耗能，阻尼器在复杂受力下屈服机理也可能发生变化，分析设计难以对这些情况进行合理考虑。

对于方法(3)，由于平面外方向的限位装置并非与腹板直接连接，能部分避免方法(2)中存在的问题，然而，此方式设计的阻尼器构造与生产工艺往往较为复杂，鲁棒性较差，同时由于面外限位装置只作限位作用而不实际参与耗能，阻尼器对材料的利用率也较低。

对于方法(4)，该方式能以较薄的腹板厚度，获得较大的平面外刚度与抗剪切屈曲承载力，具有较好的经济优势。然而，对于这种方式的装置，目前使用的波纹钢板通常为由标准生产工艺生产得到的压型钢板，难以通过调整波纹尺寸的方式来满足不同的设计需求。同时，目前所提出的采用波纹钢板作为腹板的耗能装置大多为钢板剪力墙，将波纹钢板用于剪切型阻尼器并能充分发挥其优势的阻尼器装置还显有提出。

除上述问题外，剪切钢板阻尼器的另一缺点为，双向受力时力学性能与耗能能力变差。结构在双向地震作用下，阻尼器受到的力往往并非完全延阻尼器平面内方向，已有研究表明，剪切钢板阻尼器在双向力作用下，其耗能能力相比平面内单向力作用下时有明显降低，这主要由于剪切钢板阻尼器面外刚度较小，面外方向主要通过腹板的弯曲进行耗能，耗能效率明显低于面内的剪切耗能。设置加劲肋虽然可以提高剪切钢板阻尼器腹板的防屈曲性能，但却无法改善阻尼器双向受力时的力学性能与耗能能力，为此我们提出了一种圆波型波纹钢板阻尼器。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种圆波型波纹钢板阻尼器，通过面内方向运动进行剪切耗能，具有传统剪切型阻尼器各种优点，通过圆弧式波纹钢腹板增加阻尼器抗剪切屈曲承载力与平面外刚度，同时具有构造简单、生产成本低等优点。

(二)技术方案

为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：

一种圆波型波纹钢板阻尼器，其特征在于，包括上连接板、圆波型金属波纹腹板、腹板两侧的翼缘以及下连接板，所述圆波型金属波纹腹板与两侧翼缘固定安装在上连接板以及下连接板之间，圆波型金属波纹腹板采用圆弧式竖向波纹钢板，由多个相同尺寸的圆弧波纹相连组成，各圆弧波纹分别交错位于圆波型金属波纹腹板中心水平位置两侧，波高不大于圆弧半径。

优选的，所述圆波型金属波纹腹板采用竖向形式波纹，波数量为2个、4个或者6个。

优选的，所述上连接板与下连接板之间对应圆波型金属波纹腹板的两侧分别安装有翼缘。

优选的，所述翼缘为矩形或者沙漏形，翼缘与圆波型金属波纹腹板采用焊接方式进行连接。

优选的，所述上连接板与下连接板分别固定在圆波型金属波纹腹板与翼缘的上、下两端，采用焊接方式进行连接。

优选的，所述上连接板以及下连接板对应圆波型金属波纹腹板以及翼缘位置上均开设有槽，圆波型金属波纹腹板以及翼缘分别插接在对应的槽中。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供的圆波型波纹钢板阻尼器，具备以下有益效果：

1、该圆波型波纹钢板阻尼器，在具备不改变传统剪切型阻尼器优点的同时，阻尼器在平面内工作时有更好的面外防屈曲性能，也使阻尼器在双向力作用下能够有更好的力学性能与耗能能力。

2、本发明的实现方式同时具有构造简单、生产成本低等优点。

附图说明

图1为本发明圆波型波纹钢板阻尼器(2个波)的结构示意图；

图2为本发明圆波型波纹钢板阻尼器(4个波)的结构示意图；

图3为本发明圆波型波纹钢板阻尼器(6个波)的结构示意图；

图4为本发明圆波型波纹钢板阻尼器采用矩形形式翼缘的结构示意图；

图5为本发明圆波型波纹钢板阻尼器采用沙漏形式翼缘的结构示意图；

图6为本发明圆波型波纹钢板阻尼器不设置翼缘的结构示意图；

图7为本发明圆波型波纹钢板阻尼器(4个波)的爆炸结构示意图；

图8为本发明圆波型波纹钢板阻尼器在框架人字型支撑连接形式应用的结构示意图；

图9为本发明圆波型波纹钢板阻尼器在框架双支墩连接形式应用的结构示意图；

图10为本发明圆波型波纹钢板阻尼器在框架单支墩连接形式应用的结构示意图；

图11为本发明圆波型波纹钢板阻尼器在连梁应用的结构示意图。

图中：1、上连接板；2、圆波型金属波纹腹板；3、翼缘；4、下连接板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参见图1-图3，本发明提供的圆波型波纹钢板阻尼器，包括上连接板1、圆波型金属波纹腹板2、腹板两侧翼缘3以及下连接板4，圆波型金属波纹腹板2及两侧翼缘3固定安装在上连接板1以及下连接板4之间，圆波型金属波纹腹板2采用圆弧式竖向波纹钢板，由多个相同尺寸的圆弧波纹相连组成，各圆弧波纹分别交错位于圆波型金属波纹腹板2中心水平位置两侧，波高不大于圆弧半径，圆波型金属波纹腹板2分别采用两个、四个或者六个波。

实施例二

如图4-图6所示，在实施例一的基础上，翼缘3分别为矩形形式翼缘、沙漏形式翼缘、不进行设置。

实施例三

如图7所示，在实施例一的基础上，上连接板1以及下连接板4对应圆波型金属波纹腹板2以及翼缘3位置上均开设有槽，圆波型金属波纹腹板2以及翼缘3分别插接在对应的槽中进行焊接，从而达到与上连接板1以及圆波型金属波纹腹板2固定。

具体应用案例

如图8-图11所示，本实施例为实施例一中采用四个波的阻尼器在框架结构中分别利用人字形支撑、双支墩、单支墩布置于框架的应用实例。阻尼器的下连接板4以及上连接板1分别连接至人字形支撑与框架梁、下支墩与上支墩、支墩与框架梁之间。当框架发生横向位移时，相对位移带动阻尼器发生剪切位移，阻尼器通过人字形支撑或支墩传递剪力，从而进行剪切耗能。

本实施例为本实施例为实施例一中采用四个波的阻尼器布置于连梁的应用实例。阻尼器放置于连梁中部，通过上连接板1以及下连接板3与连梁进行连接，连梁竖向因产生相对位移将带动阻尼器发生剪切位移，阻尼器将进行剪切耗能。

本发明上述实施例提供的圆波型波纹钢板阻尼器，在具备不改变传统剪切型阻尼器优点的同时，阻尼器在平面内工作时有更好的面外防屈曲性能，也使阻尼器在双向力作用下能够有更好的力学性能与耗能能力。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。