K形軟鋼阻尼器設(shè)計技術(shù)

趙宏力

（美鉆能源科技（上海）有限公司，上海 200941）

在大風(fēng)、外部震動及地震等的作用下，能量施加到結(jié)構(gòu)中，因此，結(jié)構(gòu)本身的耗能能力是衡量結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵指標(biāo)。在地震和大風(fēng)的情形下，在沒有軟鋼阻尼器裝置的結(jié)構(gòu)中，能量通過結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身的摩擦或變形來耗散，顯而易見，當(dāng)這種摩擦或變形超過結(jié)構(gòu)的彈性承載能力的時候，結(jié)構(gòu)將發(fā)生塑性變形的永久損傷甚至倒塌等災(zāi)難性后果。從世界各地及國內(nèi)歷次地震的慘痛教訓(xùn)來看，減震隔震裝置的使用是非常必要的。

耗能型軟鋼阻尼器便是為減少結(jié)構(gòu)耗散地震或大風(fēng)及其他震動能量響應(yīng)而設(shè)計開發(fā)的一種減震裝置。本文研究的K形鋼板阻尼器屬于彎曲耗能型阻尼器。這種類型的阻尼器的耗能原理是利用鋼材發(fā)生塑性變形耗散地震及大風(fēng)或其他震動等能量，從而達(dá)到減震保護(hù)結(jié)構(gòu)的效果。

本文中提到的軟鋼阻尼器是一種新近開發(fā)的K形軟鋼阻尼器，其形狀不同于常見的三角形軟鋼和X形阻尼器[1-2]，本文針對這種新型軟鋼阻尼器的性能進(jìn)行研究。

1 軟鋼阻尼器結(jié)構(gòu)介紹

為研究該K形軟鋼阻尼器的力學(xué)性能，首先需要先了解其結(jié)構(gòu)組成及零件部件等相關(guān)信息，下面對軟鋼阻尼器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

軟鋼阻尼器的結(jié)構(gòu)組成是由與預(yù)埋件焊接的上板、下板、K形鋼板。單片阻尼器K形鋼板的構(gòu)造如圖1所示，焊接組裝后的阻尼器總圖如圖2所示。

圖2 K形鋼板阻尼器總圖

K形鋼板與上板、下板焊接時要注意兩點：一是先把所有K形鋼板點焊固定在上板、下板上，二是K形鋼板之間要留足焊接空間。

K形阻尼器與預(yù)埋件的連接方式有兩種，分別為與預(yù)埋件螺栓連接和與預(yù)埋件焊接。兩者比較而言后者施工比較方便。前者由于預(yù)埋件施工誤差預(yù)埋件的螺栓與阻尼器上、下板的螺栓孔經(jīng)常會有錯位情況，安裝比較困難。推薦第二種安裝方式，即K形軟鋼阻尼器與預(yù)埋件焊接安裝方式。

2 K形鋼板關(guān)鍵尺寸計算

引用歐進(jìn)萍等學(xué)者在文獻(xiàn)[3]中所給出的靜力特性計算公式，根據(jù)三角形及K形鋼板可簡化為等強(qiáng)度梁，可以計算出阻尼器整體及鋼板的屈服位移、彈塑性剛度、彈性承載力、極限位移和塑性承載力。

如圖1所標(biāo)注h、b、t。計算K形板h。

初始剛度公式為：

屈服力公式為：

式（1）（2）中：ke為初始剛度；n為K形板片數(shù)；E為彈性模量；fy為屈服應(yīng)力。

由公式（1）（2）得：

計算K形板片數(shù)n，由公式（1）得：

計算K形阻尼器位移Δ：

根據(jù)以上公式可以任意給出h、b、t中的一個值就可以計算出其他兩個值，即K形板的外形尺寸就全部算出來了。最后再算出需要多少片K形鋼板數(shù)量。

3 結(jié)論

通過對K形軟鋼阻尼器的靜力學(xué)計算理論分析可以看出，此種軟鋼阻尼器力學(xué)模型非常清楚，計算及應(yīng)用方便。軟鋼阻尼器屈服位移小，非常容易屈服耗能。屈服后極限位移大，延性好，安全性能高。阻尼器破壞前損傷較小，均為延性破壞，剛度沒有出現(xiàn)突變。且破壞時從外側(cè)鋼板向內(nèi)側(cè)漸次破壞，剛度退化較為平穩(wěn)均勻，不會出現(xiàn)脆性失穩(wěn)型的破壞。

基于軟鋼阻尼器以上的特征，此類產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用在學(xué)校、醫(yī)院、商場等建筑結(jié)構(gòu)中，市場巨大，研究價值極高。