专利名称：铅－锡基－软钢复合阻尼器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种减震控制系统中的复合阻尼器，属于结构工程领域。
背景技术：
我国是多地震国家，地震区的高层建筑物不仅需要良好的建筑功能，而且需要具有良好的抗震减震性能。而在减震控制系统中，关键的技术是在一些部位设置一些阻尼器，研制性能好的阻尼器是非常关键的。
本发明的申请人先前申请的实用新型专利内藏X形软钢板铅复合耗能器，尽管能综合利用两种或两种以上的耗能机理，提供较强的耗能能力，但它们依然没有克服构造连接质量难以保证、不能充分发挥材料自身性能的问题。内藏X形软钢板铅复合耗能器，不足在于一软钢与上下连接板的焊接，难以保证质量，在实际工程应用中成为薄弱环节，从而导致不能充分发挥软钢的弹塑性变形耗能作用；二由于软钢板之间的所灌铅，只是通过上下连接钢板与中间软钢板的机械约束，不能保证充分发挥铅的剪切变形耗能作用。
为了便于推广应用复合阻尼器，在满足耗能能力的条件下，需要能充分发挥构造材料性能的阻尼器。
发明内容
为了克服内藏X形软钢板铅复合耗能器不能充分发挥材料自身性能的问题，本发明基于以上“综合利用不同耗能原理或机制设计新型耗能减震器”的思想，提出了“铅-锡基-软钢复合阻尼器”，这是一种由铅、锡基、矩形及X形钢板复合而成的阻尼器，与先前申请的内藏X形软钢板铅复合耗能器相比较，改进了构造连接方式，并增加了钢板与铅之间的结合材料-锡基，这样能较充分地发挥铅与软钢的材料性能，大大提高耗能能力。
本发明的“铅-锡基-软钢复合阻尼器”所采用的技术方案参见图1～图6，包括连接钢板1，设在上、下连接钢板1之间的两平行矩形钢板2，在侧面两平行矩形钢板2之间设置的与矩形钢板2平行的X形钢板3，在侧面两平行矩形钢板2、X形钢板3及上部和下部的连接钢板1之间灌入的铅4，其特征在于在上、下部连接钢板1与矩形钢板2、X形钢板3连接的位置设置穿透钢板的槽7，每片矩形钢板2与每片X形钢板3两端均插入与上部和下部连接钢板1相对应的槽7中，并利用焊接方式密封槽中的空隙，在侧面两平行矩形钢板2、X形钢板3以及上部和下部的连接钢板1与铅4的接触板面上焊接锡基软钎料6，形成锡基软钎料层，同时在上下连接板1与铅4的接触板面上焊接螺栓钉8。
锡基软钎料6的厚度为1～2mm。
螺栓钉8的长度为铅体长度的1/10，螺栓钉8直径为螺栓钉长度的1/2，螺栓钉8在每两片矩形钢板、X形钢板以及每两片X形钢板之间至少布置一排，每排相邻螺栓钉8最大间距为铅体宽度的1/2，数量最少为3个。
相邻X形软钢板3之间铅体4的厚度为其高度0.3倍～0.6倍。
本发明的“铅-锡基-软钢复合阻尼器”与“内藏X形软钢板铅复合耗能器”，均是利用软钢阻尼器的弯曲耗能和铅剪切阻尼器的塑性耗能这两种原理，发挥了这两种材料的自身性能，从而综合利用了这两种耗能材料。内藏X形软钢板铅复合耗能器中，软钢、铅两种材料容易获得，造价成本低廉，构造连接工艺简单。但是内藏X形软钢板铅复合耗能器中，因构造连接中的焊接质量难以保证，从而造成了软钢板端部过早地形成薄弱环节这类缺点。“铅-锡基-软钢复合阻尼器”，是在连接板之间有两个垂直于连接板的矩形软钢板，在矩形钢板之间设有垂直于连接板的几片X形软钢板，在上下连接板上铣出对应的槽，设置的槽口便于内部矩形钢板、X形软钢板端部插入连接板对应槽的位置，使软钢板与上下连接钢板机械咬合，然后利用焊接方式密封软钢板在连接板槽中的空隙，这样固定了软钢板的端部与上下连接板的连接，避免了因焊接质量造成的软钢板端部过早地形成薄弱环节这类缺点，使X形软钢板真正实现了等厚度区域同时屈服，从而充分发挥了软钢板材料耗能性能。通过在两个矩形钢板的两个内侧表面以及其之间的上下连接钢板之间以及每个X形软钢板的两个侧表面焊接一层锡基软钎料，以形成锡基软钎料层，这种锡基软钎料的强度介于软钢与铅之间，与软钢及铅均有良好的粘接性，同时为了进一步加强铅与上下连接板之间的连接，在上下连接板与铅接触板面上，焊接一些具有一定尺寸的螺栓钉，灌铅后，螺栓钉被包裹在铅体内，可更好地保证上下连接板与铅体的共同工作性能。由于在锡基软钎料层之间灌入铅，铅的熔点高于锡基软钎料，灌入的铅具有较高温度，这种情况下，锡基软钎料与铅和软钢及上下连接板有效地粘接在一起，可保证在较大的变形条件下，铅与软钢及上下连接板仍可具有良好的粘接协同工作能力，X形软钢板、螺栓钉均被铅体包裹着，于是形成“铅-锡基-软钢复合阻尼器”，即由铅-锡基-矩形及X形软钢板复合而成的阻尼器。这样两种耗能方式的结合，克服了单一耗能方式耗能能力较弱的缺点，可显著提高本阻尼器的耗能能力，以确保整体结构的安全。
本发明构造简便，耗能能力强，充分发挥了材料自身性能，在建筑物的控制系统中耗散地震作用下输入结构的能量，即使失效也便于更换。
图1是铅-锡基-软钢复合阻尼器的正立面示意图，正立面与背立面完全相同；图2是铅-锡基-软钢复合阻尼器的侧立面示意图，两个侧立面完全相同；图3是图1中A-A截面放大的示意图；图4是图1中B-B截面放大的示意图；图5是图3中C-C或D-D或E-E截面放大的示意图；
图6是上、下连接板中穿透槽口和螺栓钉的布置示意图；图7现有技术的连接方式的力与位移的滞回曲线图；图8本发明的构造连接方式的力与位移的滞回曲线图；图1～图6中，1表示上下连接板；2表示矩形软钢板；3表示X形软钢板；4表示铅；5表示螺栓连接孔；6表示锡基软钎料；7表示槽口中的焊缝；8表示螺栓钉。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步详述“铅-锡基-软钢复合阻尼器”示意图如图1～图6，在侧面两平行矩形钢板2之间设三片与矩形钢板2平行的X形钢板3，每片钢板两端插入设置在上部和下部的连接钢板1的穿透槽口，利用焊接工艺密封槽口空隙。在连接板1与铅4接触板面上焊接螺栓钉8。两平行矩形软钢板2的各自内侧表面与X形钢板3的每个侧面以及两平行矩形软钢板2之间的上下连接钢板1的内部表面焊有锡基软钎料6并形成锡基软钎料层。在侧面两平行矩形钢板2及上部和下部的连接钢板1之间灌入铅并形成棱柱铅体4，X形软钢板3和螺栓钉8内藏在铅4中，相邻X形软钢板3之间铅体4的厚度为其高度的0.4倍。在上部和下部的连接钢板1上均设有螺栓连接孔5，以便与在地震作用下具有相互错动变形的结构上的两个部件相连接。在小震作用下，本复合阻尼器具有足够的刚度与装有本阻尼器的结构整体基本处于弹性阶段协同工作；在强烈地震作用下，结构上的两个部件将相互错动变形，并通过阻尼器上部和下部的连接钢板拖动阻尼器变形而消耗地震输入结构的能量，上部和下部的连接钢板1只传递作用力，并不参与耗能，其作用是拖动铅4、矩形软钢板2、X形软钢板3协同变形，并确保其共同工作，软钢2和3主要通过弯曲弹塑性变形耗能，铅4主要通过剪切或弯剪塑性变形耗能，软钢2和3存在对铅4的挤压变形耗能。
例如，本阻尼器若安装在框架的支撑上后，当结构层产生相对位移，忽略支撑构件的变形，阻尼器上部和下部设置的连接钢板1，产生相对位移，此时软钢板2和3可通过弯曲弹塑性变形耗能，铅4可通过剪切或弯剪塑性变形耗能，软钢板2和3与铅4之间存在对铅4的挤压变形耗能。
图7和图8分别是复合耗能器的构造连接方式改进前后的滞回曲线对比图，这两幅图中横坐标代表位移、纵坐标代表力，曲线所围成的面积，该面积大小反应着耗能的多少，面积越大，耗能就越多。
除了构造连接方式有所不同外，其他情况均相同，包括材料选用、几何尺寸、软钢板布置方式等均相同。
构造方式最初在连接板之间增加了两个垂直于连接板的矩形钢板2，在矩形钢板2之间设有垂直于连接板的三片X形软钢板3并且焊接在连接板1之间，然后在两个矩形钢板2之间灌入铅4，X形软钢板3被铅体包裹着。
改进构造方式在侧面两平行矩形钢板2之间设置与矩形钢板2平行的X形钢板3，每片矩形钢板2与每片X形钢板3两端均插入上部和下部的连接钢板1相对应的穿透槽中，并利用焊接工艺密封槽中的空隙，在上下连接板1与铅4接触面焊接螺栓钉8，在侧面两平行矩形钢板2的各自内侧面与每个X形钢板3的两个侧面及上部和下部的连接钢板1内侧面焊有锡基软钎料6，形成锡基软钎料层之后，然后在锡基软钎料层之间灌入铅4。
根据图7、图8，获得一些主要参数，具体参见表1，可以看出构造连接方式改进后，阻尼器的屈服荷载、屈服位移、极限荷载、极限位移、耗能系数均有不同程度的提高，因此可以证明改进构造连接方式，大大提高了阻尼器的性能，而且工艺简单实用。
表1 构造连接方式改进前后的滞回曲线参数
权利要求
1.铅—锡基—软钢复合阻尼器，包括连接钢板(1)，设在上、下连接钢板(1)之间的两平行矩形钢板(2)，在侧面两平行矩形钢板(2)之间设置与矩形钢板(2)平行的X形钢板(3)，在侧面两平行矩形钢板(2)、X形钢板(3)及上部和下部的连接钢板(1)之间灌入铅(4)，其特征在于在上、下部连接钢板(1)与矩形钢板(2)、X形钢板(3)连接的位置设置穿透钢板的槽(7)，每片矩形钢板(2)与每片X形钢板(3)两端均插入与上部和下部连接钢板(1)相对应的槽(7)中，并利用焊接方式密封槽中的空隙，在侧面两平行矩形钢板(2)、X形钢板(3)以及上部和下部的连接钢板(1)与铅(4)的接触板面上焊接锡基软钎料(6)，形成锡基软钎料层，同时在上下连接板(1)与铅(4)的接触板面上焊接螺栓钉(8)。
2.根据权利要求1所述的铅—锡基—软钢复合阻尼器，其特征在于锡基软钎料(6)的厚度为1～2mm。
3.根据权利要求1的铅—锡基—软钢复合阻尼器，其特征在于螺栓钉(8)的长度为铅体长度的1/10，螺栓钉(8)直径为螺栓钉长度的1/2，螺栓钉(8)在每两片矩形钢板、X形钢板以及每两片X形钢板之间至少布置一排，每排相邻螺栓钉(8)最大间距为铅体宽度的1/2，数量最少为3个。
4.根据权利要求1的铅—锡基—软钢复合阻尼器，其特征在于相邻X形软钢板(3)之间铅体(4)的厚度为其高度0.3倍～0.6倍。
全文摘要
本发明提供了一种铅－锡基－软钢复合阻尼器，涉及一种减震控制系统中的复合阻尼器。这种阻尼器包括上、下连接钢板(1)，设在它们之间的两平行矩形钢板(2)，与矩形钢板平行的X形钢板(3)，在侧面两平行矩形钢板、X形钢板及上、下部的连接钢板之间灌入的铅(4)，特征在于，每片矩形钢板与每片X形钢板两端均插入与上、下部连接钢板相对应的槽(7)中，并利用焊接方式密封槽中的空隙，在上下连接板与铅的接触面上焊接螺栓钉(8)，同时在侧面两平行矩形钢板、X形钢板以及上、下部的连接钢板与铅的接触面之间焊接锡基软钎料(6)。本发明构造简便，耗能能力强，充分发挥了材料自身性能，即使失效也便于更换。
文档编号E04B1/98GK1693612SQ20051007723
公开日2005年11月9日 申请日期2005年6月20日 优先权日2005年6月20日
发明者曹万林, 卢智成 申请人:北京工业大学