双向剪切阻尼器及双向剪切阻尼器的疲劳判断方法

技术领域

本发明涉及建筑抗震技术领域，特别涉及一种双向剪切阻尼器及双向剪切阻尼器的疲劳判断方法。

背景技术

在地震作用下，常规建筑结构不可避免地出现损伤，消能构件的引入可以有效地耗散地震能量，使结构的变形主要集中在消能构件中，从而减轻、甚至避免地震对建筑结构造成的破坏作用。剪切型金属阻尼器，作为结构消能抗震及防灾减灾领域中的一种被动控制装置，其构造简单以及成本低廉，因而在抗震领域得到广泛的应用。

众所周知，实际地震输入方向是随机且不可预测的，剪切型阻尼器在地震作用下会呈现双向耦合的变形特征，为了适应双向耦合变形，双向剪切阻尼器应运而生。目前常见的双向剪切阻尼器的耗能组件为十字形结构，耗能组件的结构单一，耗能组件容易出现大塑性变形，导致双向剪切阻尼器的疲劳寿命降低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种双向剪切阻尼器，能够提高双向剪切阻尼器的疲劳寿命。

本发明还提出一种用于判断双向剪切阻尼器的疲劳寿命的双向剪切阻尼器的疲劳判断方法。

根据本发明的第一方面实施例的双向剪切阻尼器，包括连接组件、第一耗能组件、第二耗能组件及第三耗能组件，所述连接组件包括相对设置的第一连接件和第二连接件，所述第一耗能组件的两端分别与所述第一连接件和第二连接件连接，所述第二耗能组件包括沿第一方向相对设置的第一耗能件和第二耗能件，所述第一耗能组件位于所述第一耗能件和所述第二耗能件之间，所述第一耗能件的两端分别与所述第一连接件和第二连接件连接，所述第二耗能件的两端分别与所述第一连接件和第二连接件连接，所述第三耗能组件包括沿第二方向相对设置的第三耗能件和第四耗能件，所述第一耗能组件位于所述第三耗能件和所述第四耗能件之间，所述第三耗能件的两端分别与所述第一连接件和第二连接件连接，所述第四耗能件的两端分别与所述第一连接件和第二连接件连接，所述第一方向与所述第二方向交错设置。

根据本发明的第一方面实施例的双向剪切阻尼器，至少具有如下

有益效果：

第一耗能组件的两端通过焊接的方式与第一连接件和第二连接件连接，第一耗能件、第二耗能件、第三耗能件及第四耗能件围合形成容纳空间，第一耗能组件容置在容纳空间内，第一耗能件和第二耗能件能够为第一耗能组件承受第一方向的剪力，第三耗能件和第四耗能件能够为第一耗能组件承受第二方向的剪力，以减少第一耗能组件所受到的剪力，能够减缓第一耗能组件的变形，以提高双向剪切阻尼器的疲劳寿命。

根据本发明的一些实施例，沿所述第一方向，所述第一耗能件的一侧连接有第一加强件。

根据本发明的一些实施例，所述第一耗能件远离所述第一加强件的一侧连接有第二加强件。

根据本发明的一些实施例，所述第一加强件和所述第二加强件通过紧固组件与所述第一耗能件可拆卸连接。

根据本发明的一些实施例，所述第一耗能组件包括相互垂直设置的第五耗能件和第六耗能件，所述第五耗能件和所述第六耗能件呈十字形结构。

根据本发明的一些实施例，所述第一方向与所述第五耗能件的厚度方向平行设置，且所述第一方向与所述第二方向垂直设置。

根据本发明的一些实施例，所述第五耗能件和所述第六耗能件之间设有焊接结构。

根据本发明的一些实施例，沿第二方向，所述第一耗能件的两侧设有第一凹槽，所述第一凹槽的底壁为弧形结构。

根据本发明的一些实施例，所述第一凹槽具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，沿所述第一凹槽的凹陷方向，所述第一侧壁和所述的第二侧壁之间的距离逐渐减小。

根据本发明的第二方面实施例的双向剪切阻尼器的疲劳判断方法，用于判断双向剪切阻尼器的疲劳寿命，包括以下步骤：

步骤1：将双向剪切阻尼器的运动轨迹拆分成x和y两个相互垂直方向的位移；

步骤2：通过雨流计数法对耗能组件在x与y方向的位移进行处理，获取所述耗能组件在x方向的n个位移幅δ

步骤3：计算所述耗能组件在x方向的应变幅γ

步骤4：计算所述耗能组件在x方向的疲劳寿命N

步骤5：根据Miner损伤累积准则，计算所述耗能组件在x方向的损伤累积D

步骤6：计算所述耗能组件的总损伤D，D＝D

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的双向剪切阻尼器的结构示意图；

图2为本发明实施例的双向剪切阻尼器的分解示意图；

图3为本发明实施例的双向剪切阻尼器的正视图；

图4为图3中A-A线的剖视图。

附图标记：

第一连接件110、第二连接件120、第一耗能组件200、第五耗能件210、第六耗能件220、第一耗能件310、第一凹槽311、第二耗能件320、第三耗能件410、第四耗能件420、第一加强件510、第二加强件520、第三加强件530、第四加强件540、第五加强件550、第六加强件560、第七加强件570、第八加强件580、紧固组件600。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图4，根据本发明第一方面实施例的双向剪切阻尼器，包括连接组件、第一耗能组件200、第二耗能组件及第三耗能组件，连接组件包括相对设置的第一连接件110和第二连接件120，第一耗能组件200的两端分别与第一连接件110和第二连接件120连接，第二耗能组件包括沿第一方向相对设置的第一耗能件310和第二耗能件320，第一耗能组件200位于第一耗能件310和第二耗能件320之间，第一耗能件310的两端分别与第一连接件110和第二连接件120连接，第二耗能件320的两端分别与第一连接件110和第二连接件120连接，第三耗能组件包括沿第二方向相对设置的第三耗能件410和第四耗能件420，第一耗能组件200位于第三耗能件410和第四耗能件420之间，第三耗能件410的两端分别与第一连接件110和第二连接件120连接，第四耗能件420的两端分别与第一连接件110和第二连接件120连接，第一方向与第二方向交错设置，如此，通过设置第二耗能组件和第三耗能组件，第二耗能组件能够为第一耗能组件200承受第一方向的剪力，第三耗能组件能够为第一耗能组件200承受第二方向的剪力，以减少第一耗能组件200所受到的剪力，能够减缓第一耗能组件200的变形，以提高双向剪切阻尼器的疲劳寿命。

具体地，第一耗能组件200的两端通过焊接的方式与第一连接件110和第二连接件120连接，第一耗能件310、第二耗能件320、第三耗能件410及第四耗能件420围合形成容纳空间，第一耗能组件200容置在容纳空间内，第一耗能件310和第二耗能件320能够为第一耗能组件200承受第一方向的剪力，第三耗能件410和第四耗能件420能够为第一耗能组件200承受第二方向的剪力，以减少第一耗能组件200所受到的剪力，能够减缓第一耗能组件200的变形，以提高双向剪切阻尼器的疲劳寿命。

需要说明的是，第一耗能件310、第二耗能件320、第三耗能件410及第四耗能件420的材质可以为低屈服点钢材质，能够在地震作用下首先屈服进行塑性耗能，进而提高双向剪切阻尼器的疲劳寿命，且第一耗能件310、第二耗能件320、第三耗能件410及第四耗能件420的构造简单，易于自动化加工，方便后期的检修和维护，在此不作详述。

需要说明的是，第一耗能组件200采用全熔透焊接工艺与第一连接件110和第二连接件120焊接，以保证强度。焊接完成后需对焊缝进行超声波锤击或进行热处理(如退火或者回火等)，以保证焊接位置的疲劳寿命，在此不作详述。

需要指出的是，第一耗能件310、第二耗能件320、第三耗能件410及第四耗能件420均采用全熔透焊接工艺与第一连接件110和第二连接件120焊接，以保证强度。焊接完成后仍需对焊缝进行超声波锤击或进行热处理(如退火或者回火等)，以保证焊接位置的疲劳寿命，在此不作详述。

需要说明的是，第一连接件110和第二连接件120用于与建筑物的主体结构连接，在此不作详述。

在本发明的一些实施例中，沿第一方向，第一耗能件310的一侧连接有第一加强件510，能够提高第一耗能件310的结构稳定性，以减少第一耗能件310承受第一方向的剪力而发生平面外失稳，能够提高第一耗能件310的疲劳寿命，从而提高双向剪切阻尼器的疲劳寿命。

在本发明的一些实施例中，第一耗能件310远离第一加强件510的一侧连接有第二加强件520，能够提高第一耗能件310的结构稳定性，以减少第一耗能件310承受第一方向的剪力而发生平面外失稳，能够提高第一耗能件310的疲劳寿命，从而提高双向剪切阻尼器的疲劳寿命。

具体地，第一加强件510和第二加强件520沿第一方向相对设置，第一耗能件310夹设于第一加强件510和第二加强件520之间，能够提高第一耗能件310的结构稳定性，以减少第一耗能件310承受第一方向的剪力而发生平面外失稳，能够提高第一耗能件310的疲劳寿命，从而提高双向剪切阻尼器的疲劳寿命。

需要说明的是，在地震往复作用下，第一耗能件310受到反复拉压作用，处于复杂的应力状态，通过设置第一加强件510和第二加强件520，可避免其在反复拉压作用下出现面外屈曲失稳或焊缝拉断等不理想的破坏模式，保证双向剪切阻尼器的力学性能持续稳定，提高双向剪切阻尼器的耗能性能的稳定性和可靠性。

在本发明的一些实施例中，第一加强件510和第二加强件520通过紧固组件600与第一耗能件310可拆卸连接，无需采用焊接的方式固定第一加强件510和第二加强件520，能够减少双向剪切阻尼器的焊接工序，能够简化双向剪切阻尼器的组装工序。

具体地，紧固组件600包括螺栓、螺母和垫片，螺栓依次穿设于第一加强件510、第一耗能件310及第二加强件520，螺栓的螺帽与第一加强件510抵接，螺母与螺栓螺纹配合，螺母与第二加强件520抵接，无需采用焊接的方式固定第一加强件510和第二加强件520，能够减少双向剪切阻尼器的焊接工序，能够简化双向剪切阻尼器的组装工序。

需要说明的是，紧固组件600也可以仅包括螺栓，螺栓依次穿设于第一加强件510、第一耗能件310及第二加强件520，螺栓的螺帽与第一加强件510抵接，螺栓的螺柱与第二加强件520螺纹连接，亦可相对固定第一加强件510和第二加强件520，在此不作详述。

在本发明的一些实施例中，第一耗能组件200包括相互垂直设置的第五耗能件210和第六耗能件220，第五耗能件210和第六耗能件220呈十字形结构，能够保证第一耗能组件200双向受力平衡。

具体地，第五耗能件210的两端分别与第一连接件110和第二连接件120连接，第六耗能件220的两端分别与第一连接件110和第二连接件120连接，十字形结构能够保证第一耗能组件200双向受力平衡。

在本发明的一些实施例中，第一方向与第五耗能件210的厚度方向平行设置，且第一方向与第二方向垂直设置，使得第二耗能组件和第三耗能组件能够直接承受双向的剪力，以减少第五耗能件210和第六耗能件220所承受的双向的剪力。

当然，在一些具体实施方式中，第一方向还可以与第五耗能件210的厚度方向呈夹角设置，第一方向与第五耗能件210的厚度方向的夹角可以为锐角或者钝角，在此不作详述。

在本发明的一些实施例中，第五耗能件210和第六耗能件220之间设有焊接结构，能够便于生产制造第一耗能组件200。其中，焊接方式包括但不限于电阻焊接、超声波焊接与激光焊接。

需要说明的是，第五耗能件210和第六耗能件220还可以为一体式结构，能够减少模具数量，以降低模具的生产制造成本，从而降低双向剪切阻尼器的生产制造成本。

在本发明的一些实施例中，沿第二方向，第一耗能件310的两侧设有第一凹槽311，第一凹槽311的底壁为弧形结构，能够避免第一耗能件310产生应力集中，以避免第一耗能件310出现裂缝，从而提高双向剪切阻尼器的使用可靠性。

在本发明的一些实施例中，第一凹槽311具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，沿第一凹槽311的凹陷方向，第一侧壁和的第二侧壁之间的距离逐渐减小，能够提高第一耗能件310的结构强度。

需要说明的是，第二耗能件320对应连接有第三加强件530和第四加强件540，第二耗能件320夹设于第三加强件530与第四加强件540之间，第三耗能件410对应连接有第五加强件550和第六加强件560，第三耗能件410夹设于第五加强件550与第六加强件560之间，第四耗能件420对应连接有第七加强件570和第八加强件580，第四耗能件420夹设于第七加强件570与第八加强件580之间，在此不作限制。

根据本发明第二方面实施例的双向剪切阻尼器的疲劳判断方法，用于判断双向剪切阻尼器的疲劳寿命，包括以下步骤：

步骤1：将双向剪切阻尼器的运动轨迹拆分成x和y两个相互垂直方向的位移；

步骤2：通过雨流计数法对第一耗能组件在x与y方向的位移进行处理，获取耗能组件在x方向的n个位移幅δ

步骤3：计算耗能组件在x方向的应变幅γ

步骤4：计算耗能组件在x方向的疲劳寿命N

步骤5：根据Miner损伤累积准则，计算耗能组件在x方向的损伤累积D

步骤6：计算耗能组件的总损伤D，D＝D

需要说明的是，i表示第i个应力水平下的循环数，N

需要指出的是，当耗能组件的材料为SS400钢时，SS400钢的疲劳延性参数α＝0.0082，疲劳延性指数β＝-2.5。

需要指出的是，耗能组件可以为第一耗能组件200、第一耗能件310、第二耗能件320、第三耗能件410及第四耗能件420中的任一，在此不作详述。

需要说明的是，雨流计数法又可称为“塔顶法”。雨流计数法主要用于工程界，特别在疲劳寿命计算中运用非常广泛。把应变-时间历程数据记录转过90°，时间坐标轴竖直向下，数据记录犹如一系列屋面，雨水顺着屋面往下流，故称为雨流计数法。雨流计数法的主要功能是把实测载荷历程简化为若干个载荷循环，供疲劳寿命估算和编制疲劳试验载荷谱使用。它以双参数法为基础，考虑了动强度(幅值)和静强度(均值)两个变量，符合疲劳载荷本身固有的特性。

需要说明的是，Miner累积损伤准则是指在材料科学中，研究材料损伤和疲劳断裂的一种经验法则。它描述了材料在应力作用下的损伤积累过程，可以用来预测材料的寿命和疲劳断裂行为。Miner累积损伤法则的核心思想是，材料的寿命取决于应力历史的累积效应。假设材料在不同的应力水平下具有不同的寿命，那么一个完整的应力循环可以看作是一系列不同应力水平的叠加。根据Miner累积损伤法则，材料的寿命可以通过计算不同应力水平下的损伤累积，然后将它们加总得到。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

上面结合附图对本实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本宗旨的前提下作出各种变化。