一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器
技术领域
本专利涉及一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器，可用于控制结构的地震反应，从而提高主体结构的抗震性能，属于土木工程消能减震技术领域。
背景技术
地震是一种自然灾害，具有突发性和毁灭性，强震发生可能造成巨大的经济损失和人员伤亡。我国是地震多发国，大部分一线城市处于地震区。而随着我国发展速度的加快，城市人口和设施愈发集中，导致高层建筑越来越多，传统的抗震策略不再适用，新型消能减震阻尼器的研究势在必行。
传统的抗震策略是通过提高结构本身的强度、刚度、延性等性能来实现抵抗地震作用的功能，而金属耗能阻尼器是利用金属不同形式的塑性滞回变形耗散能量。由于金属进入塑性状态后具有良好的滞回性能，并在弹塑性滞回变形过程中吸收大量能量，因而被用来制造不同类型和构造的耗能减震器。
传统的金属阻尼器结构单一，小震下阻尼器处于弹性变形状态不屈服，仍需主体结构耗能，消能减震效果不佳；大震下阻尼器进入塑性耗能状态，但仅能利用单一工作机制耗能。
目前的剪切型金属阻尼器通常都是剪切型钢板阻尼器，只能在平面内耗能，在地震作用下，无法在其他方向进行耗能，但是地震方向通常具有不确定性，所以传统的金属阻尼器往往不能达到理想的耗能效果。
为解决现有金属阻尼器存在的上述问题，本发明基于实现多方向耗能、提高抗剪承载力、抑制面外屈曲、提高结构钢度、多种剪切耗能机制协同工作和双重保险机制等设计理念，提出了一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器。该发明通过若干组U形耗能单元的多方向并联，可以在受到来自不同方向的地震作用时实现多方向耗能；U形耗能件与双层波形耗能件的结合有效实现了两种剪切耗能机制的协同工作；通过不同部件采用不同屈服等级材料的方式，可以在不同地震强度作用下实现双重保险机制，改善小震下主体结构耗能而阻尼器基本不参与耗能的问题；两块波形耗能件对称布置并由自攻螺钉连接，可互相约束，起到抑制面外屈曲的作用；双层波形耗能件的水平设置可使阻尼器基本不承担竖向力，耗能性能极为稳定，对尺寸误差和缺陷的适应性强，便于安装；波形件抗侧刚度大，在金属阻尼器中安装双层波形耗能件，可以更好地提高阻尼器的剪切耗能能力和承载力；该金属阻尼器更换简便、经济效益明显、可与支座有效结合，为支座提供侧向力。
发明内容
本发明提出一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器，旨在解决现有金属阻尼器结构体系存在的耗能方向单一、屈服点集中、小震无法发生塑性耗能、大震整体破坏、耗能机制单一、面外稳定性不足等问题，该新型金属阻尼器能够实现双重保险机制，多方向耗能，多种剪切耗能机制协同工作，具有良好的承载性能和耗能性能，可提高结构刚度，经济效益明显，可与现有的隔震支座等元件组合应用，同时也为金属阻尼器提供更多的选择空间。
为实现上述目的，本发明采用如下技术手段：
一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器，其特征在于：该金属阻尼器由若干U形耗能件、波形耗能件和两块盖板组成；其中，U形耗能件由两平直段和一圆弧段构成；所述的U形耗能件宽厚比为4～20，厚度与圆弧段内径的比值在0.03～0.2之间，平直段长宽比为2～8；波形耗能件采用双层波形耗能件，U形耗能件和双层波形耗能件焊接组成U形耗能单元；该金属阻尼器基于多方向耗能、提高抗剪承载力、抑制面外屈曲、提高结构刚度、多种剪切耗能机制协同工作和双重保险机制等设计理念提出；通过若干组U形耗能单元多方向并联，可以将地震波分解成各个方向的地震作用，在地震方向随机且无法确定的情况下达到多向耗能的效果；该金属阻尼器各个部件所选用的材料屈服强度不同，旨在实现小震时阻尼器中屈服点低的部件屈服，屈服点高的部件仍处于弹性变形状态，减少主体结构耗能，有效发挥阻尼器的作用；大震时，阻尼器中各个部件均进入塑性变形阶段，U形件剪切耗能机制和双层波形件剪切耗能机制协同工作，形成双重保险机制。
所述的双层波形耗能件由两块对称布置的波形耗能件组成，并通过自攻螺钉连接为一体，受力时可以互相约束，抑制面外屈曲变形，具有良好的抗侧能力。双层波形耗能件顶部和底部焊接于U形耗能件平直段，宽厚比在35～90之间，宽高比在0.6～1.35之间，采用屈服点强度在100MPa～235MPa之间的低屈服点钢，具有良好的滞回耗能能力，可以提高结构延性。双层波形耗能件的水平设置可使阻尼器基本不承担竖向力，耗能性能极为稳定，对尺寸误差和缺陷的适应性强，便于安装；波形耗能件具有很好的抗剪能力，在承受反复地震作用时，双层波形耗能件可以有效提高金属阻尼器的抗剪承载力，结构可充分利用双层波形耗能件的抗剪性能消耗地震能量；此外，新型金属阻尼器用于隔震支座中可有效提高支座抗侧刚度并充分耗能。
所述的波形耗能件的波折形式可以选用正弦波、三角形波折、梯形波折或直角波折；波形耗能件的层数可以设为单层或双层。波形耗能件也能采用单层，当为单层时候，波形耗能件的重心线与U形耗能件平直段的两条水平中轴线处于同一平面。
本专利的优点主要表现在以下几个方面：
(1)多方向耗能。该金属阻尼器由若干组多方向U形耗能单元并联组成，可以将地震波分解成各个方向的地震作用，在地震方向随机且无法确定的情况下，有效实现多方向耗散地震能。
(2)多种剪切耗能机制协同工作。U形剪切耗能机制和波形板剪切耗能机制共同耗散地震能。
(3)受力机理清晰明确，以纯剪切为主，利于设计理论的建立及推广。
(4)双层波形耗能件受力时可以互相约束，抑制面外屈曲变形；波形耗能件刚度大，可以提高结构刚度，减小建筑结构地震反应。波形耗能件的水平设置可使阻尼器基本不承担竖向力，耗能性能极为稳定。
(5)双层波形耗能件与U形耗能件的焊接由加工厂在工厂内完成，不但便于制作而且焊缝精度和质量都能得到保证；由于双层波形耗能件的设置，阻尼器对尺寸误差和缺陷的适应性强，便于安装。
(6)可与其他减隔震元件组合应用。用于隔震支座中可有效提高支座抗侧刚度，帮助传统隔震支座承担侧向力。
附图说明
图1为一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器的三维图；
图2为一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器的拆分图；
图3为一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器的正视图；
图4为一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器的俯视图；
图5为一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器的双层波形耗能件结构拆分图；
图6为一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器的波形耗能件多种类型示意图；
具体实施方式
下面结合附图1～6，详细说明本专利的实施方式。
如图1～6所示，一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器包括以下部件：
1——U形耗能件；
2——圆弧段；
3——平直段；
4——双层波形耗能件；
5——上盖板；
6——下盖板；
7——自攻螺钉；
如图1～6所示，一种整体更换式U形带波形耗能件阻尼器，其特征在于：该金属阻尼器由若干组U形双层波形耗能单元(1)(4)和两块盖板(5)(6)组成；U形双层波形耗能单元与两块盖板之间通过焊接紧密相连，U形双层波形耗能单元之间形成并联连接；一组U形双层波形耗能单元由U形耗能件(1)和双层波形耗能件(4)组成；所述的U形耗能件(1)由两平直段(3)和一圆弧段(2)构成；所述的双层波形耗能件由两块通过自攻螺栓(7)相连对称布置的波形板构成，并焊接于U形耗能件平直段，双层波形耗能件的中轴线和U形耗能件平直段的中轴线在同一平面内。
