[发明专利]一种适用于隔震层的双向双阶屈服的金属消能器

说明书

本发明提供了一种适用于隔震层的双向双阶屈服的金属消能器，包括：第一屈服耗能段和第二屈服耗能段；所述第一屈服耗能段由四组U形耗能单元正交布置而成，用于吸收两个方向输入的地震能量；所述第二屈服耗能段由两组剪切屈服耗能钢板正交布置而成，并在上下两端设置端板提供端部约束。本发明具有匹配隔震层大震位移的变形能力，在隔震层较大位移下仍能保持正常的耗能减震工作状态；同时具有双阶屈服耗能的特点，随着地震作用的增加，该金属消能器的出力可分阶段提升，保证该金属消能器在不同震级下均具有优良的耗能减震效果。

技术领域

本发明涉及建筑隔震结构技术领域，尤其是涉及一种适用于隔震层的双向双阶屈服的金属消能器，也可称之为一种可应于隔震层的具有双阶屈服点的履带式金属阻尼器。

背景技术

隔震结构体系是指在建筑物上部结构的底部与基础面之间设置某种隔震装置，使之与固结于地基中的基础地面分离开来的一种结构体系。隔震系统的隔震层采用隔震支座等装置，其水平刚度远远低于上部结构的抗侧刚度，因此，结构的自振周期大大延长，避开地震动的卓越周期，使结构的地震加速度反应大大减小，变形主要集中消耗在隔震层，输入到结构的地震能量主要被隔震层消耗，而上部结构相对变形非常小，由此实现隔离上部建筑结构震害的目标。由于隔震结构的变形主要集中于隔震层，在隔震层布置阻尼器减震装置，可以极大的提升阻尼器的耗能减震效率。同时，通过隔震层阻尼器在地震时的滞回耗能，可以有效加大隔震层的阻尼，消耗地震输入能量，能够很好的抑制隔震层位移和减小上部结构的加速度，进一步减小上部结构的地震反应。

目前应用于建筑结构领域的减震装置可大致分为速度型阻尼器和位移型阻尼器。速度型阻尼器的阻尼力与阻尼器两端的相对速度的指数成正比，相对速度越大，为结构提供的阻尼力越大，同时具有在微小位移时即可发挥耗能减震作用的特点。位移型阻尼器的耗能减震效果与阻尼器两端的相对位移有关，一般来说，在阻尼力一定的情况下，阻尼器的相对位移越大，其耗能效果越好。

现阶段，应用于隔震层的减震装置主要为以黏滞阻尼器为代表的速度型阻尼器，在隔震层中采用位移型阻尼器的应用相对较少。布置于隔震层的黏滞阻尼器在小震下即可发挥耗能减震作用，可以为结构体提供较高的附加阻尼比，但是随着震级的增加，黏滞阻尼器为结构附加的阻尼比降低，即耗能效果逐渐降低。传统的位移型阻尼器，如屈曲约束支成撑等由于阻尼器的刚度较大，布置于隔震层时将显著地加大隔震层的刚度，降低上部结构的隔震效果，因此在隔震结构中不被广泛使用。对于传统的应用于隔震层的位移型阻尼器，由于其刚度不能过大，故而阻尼器能够提供的阻尼力无法达到较大的吨位，其耗能减震效果有限。另一方面，由于隔震层的位移较大，突破了传统位移型阻尼器的极限位移，造成在隔震层采用传统位移型阻尼器时产品参数的设计困难。

传统的金属阻尼器主要有以下缺点：

(1)、首先，金属阻尼器受金属材料特性的限制，即由于金属材料的极限应变不会很大(如建筑结构领域常用的钢材，其材料的屈服应变一般为0.002左右，对应材料的极限应变多在0.05～0.1的范围)。采用金属型阻尼器进行减震设计时，阻尼器两端的最大变形不会很大，通常在5～10cm的范围。而隔震建筑在罕遇地震作用下，隔震层的最大位移通常可达到500～800cm。因此，采用传统的金属阻尼器，不能与隔震建筑隔震层的大位移特性相匹配，也就无法将之应用于隔震层这种具有大变形位置，对结构进行耗能减震设计。

(2)、更进一步地，传统的金属阻尼器的屈服耗能段通常只有一段，即传统的金属阻尼器只可在某一特定震级下发挥耗能功能。也就是说，传统的金属阻尼器在进行减震设计时，只可选择在某一特定的地震作用下发挥耗能减震作用。比如说，传统的金属阻尼器若选择在小震阶段开始屈服耗能，则其对应的初始屈服力较小，在中、大震作用下其耗能减震效果较差，同时还有断裂失效的危险；传统的金属阻尼器若选择在大震下屈服耗能，则其屈服力将会设计的较高，以保证阻尼器在小震和中震作用下不至于屈服，由此阻尼器在小震和中震作用下仅为结构提供附加刚度，造成结构刚度加大，可能造成加大结构在小震和中震时的地震作用，对结构造成不利影响。