模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器技术领域
本发明涉及一种安装在连梁中部的消能器，具体涉及一种模块化高性能软钢铅芯
橡胶消能器。
背景技术
随着对土木工程结构在地震作用下破坏机制的深入研究，基于性态的抗震设计思
想已经应用于新建的工程项目中。同时，震后可快速恢复功能结构体系，即震后土木工程结
构不需修复或仅需稍加修复即可恢复其使用功能的结构体系，也是在基于性态的地震工程
这一思想指引下发展起来的。剪力墙结构是建筑结构中一种重要的结构体系，在高层住宅
中应用最为广泛，而连梁是剪力墙结构体系中的重要构件，直接影响剪力墙与连梁之间的
内力分配，进而影响剪力墙结构体系在地震作用下的损伤分布和破坏模式。为了实现基于
性态的抗震设计这一思想，并实现剪力墙结构体系震后可快速恢复功能，可更换的消能连
梁在剪力墙结构体系中的应用越来越广泛。
消能连梁与传统连梁相比，可以使结构体系受力更合理，并且明显提高结构的耗
能能力，进而减小结构在地震作用下的反应和损伤程度。通过剪力墙结构体系的受力分析
可以明确剪力墙和连梁之间的内力分配，通过调整不同部位连梁的屈服力和刚度使剪力墙
与连梁之间受力更均匀，从而避免薄弱层的出现，进而控制其损伤分布和破坏模式。同时，
消能连梁中的消能器可以为结构在地震时提高较大的阻尼，因而可以减小结构地震反应和
损伤程度。
消能连梁中的消能器主要包括位移相关型和速度相关型两类，而位移相关型消能
器应用较多。其中，位移消能器主要利用低屈服点金属在大变形下屈服耗能以及金属界面
之间摩擦耗能等原理。现有的连梁中的消能器通常只采用软钢这一材料，并且耗能原理单
一。本专利提出一种安装在连梁中部的新型消能器，采用软钢与铅作为主要耗能材料，进一
步提高了消能器的耗能能力和效率。该消能器中包括多组消能组件，可以增大截面惯性矩
和抗弯刚度，通过新型的构造方式可以避免消能器在弯矩作用下边缘消能片的过早破坏。
该消能器中部采用铅芯橡胶支座，轴向抗压刚度和强度很大，与以往单纯的软钢阻尼器相
比，避免了阻尼器在轴压力过大时软钢屈曲失稳而降低承载能力，因而该新型阻尼器在地
震作用下可以更有效地传递连梁轴力。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本
理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关
键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，
以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，本发明的目的是研发一种新型消能器，在地震作用下提高连梁的阻尼和
耗能能力，同时通过调整消能器的尺寸参数来满足不同部位和尺寸的连梁对于承载能力和
变形能力的要求。
为达上述目的，本发明所采取的方案为：模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器，包括
两个固定板，铅芯橡胶支座，及布置于铅芯橡胶支座两侧的消能组件；消能组件由多个软钢
片构成，多个软钢片的两端均通过一对L型夹板固定在固定板上，铅芯橡胶支座的两端也固
定在固定板上。
进一步地：软钢片采用低屈服强度钢材制作而成，所述多个软钢片通过一对L型夹
板和贯穿其中的螺栓夹紧，并通过螺栓与固定板连接，多个软钢片之间紧密贴合。如此设
置，使其在地震作用下内力分布更均匀，有利于避免个别软钢片因局部应力过大造成其率
先破坏进而严重削弱整个消能组件的承载能力和耗能能力。
进一步地：软钢片的中部为耗能部分，其上开设有多个菱形孔，多个菱形孔纵向排
列，耗能部分形成连续的X型钢片。软钢片的耗能段从中部向两侧的有效宽度线性增大，为
了避免软钢片中部应力集中，中部小范围保持一定有效宽度不变。
进一步地：所述消能组件为多组，多组消能组件分列在铅芯橡胶支座两侧。如此设
置，多组消能组件与单组消能组件相比，增大了消能器的截面惯性矩和抗弯刚度，因而避免
了连梁中部存在弯矩时边缘软钢片拉、压应力过大而造成的过早破坏。
进一步地：所述铅芯橡胶支座包括铅芯、内层橡胶、叠层橡胶与钢板组件、外层橡
胶、环形钢板、抗剪键和支座底板；所述铅芯橡胶支座为圆柱形，多个直径相同且从上至下
交替设置的钢板层和橡胶层构成了叠层橡胶与钢板组件，铅芯贯穿于所有钢板层和橡胶
层，叠层橡胶与钢板组件的上下两端各设置一个环形钢板，两个环形钢板均通过螺栓及抗
剪键与支座底板固定，铅芯的顶面和底面分别与上下两个抗剪键贴合，叠层橡胶与钢板组
件及环形钢板的内壁上包裹有内层橡胶，叠层橡胶与钢板组件及环形钢板的外壁上包裹有
外层橡胶。如此设置，由于铅的屈服强度较小，滞回耗能能力好，铅芯可在小变形情况下提
供较大阻尼。与普通铅芯橡胶隔震支座不同的是，消能器中的支座以铅芯屈服耗能为主，因
而铅芯直径相对支座直径比例较大。叠层橡胶与钢板部分的主要作用是使铅芯的屈服变形
更均匀，并使铅芯的变形集中在叠层橡胶对应的部位，因而使铅芯对变形更敏感。由于铅芯
橡胶支座抗压刚度和强度都很大，与普通的钢滞变阻尼器相比能够避免连梁在较大轴压力
作用下受压失稳，因而该新型消能器能更有效地传递连梁轴力。
进一步地：所述铅芯橡胶支座内部的铅芯可以为一根或多根。
本发明模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器与现有技术不同之处在于本发明取得
了如下技术效果：
该模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器采用软钢片消能组件与铅芯橡胶支座组合
的方式，弥补了常用连梁阻尼器仅靠软钢屈服的单一耗能方式的不足，使消能器在变形时
软钢与铅芯同时屈服耗能，因而有效地增加了消能器的耗能效率。
该模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器采用多组由多片软钢片紧密叠合构成的消
能组件，解决了常用连梁阻尼器单组钢片耗能时抗弯刚度较小的问题，并提高了其受压稳
定性，软钢片之间紧密叠合也使其受力更均匀，避免了消能器承受弯矩时边缘过早受拉或
受压破坏。
该模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器中设置了铅芯橡胶支座，与常用连梁阻尼器
相比，铅芯橡胶支座具有较大的轴向受压刚度和强度，能够更有效地传递连梁轴力，避免了
阻尼器在轴压力过大时软钢失稳屈曲而降低承载能力，因而该新型阻尼器在地震作用下可
以更有效地传递连梁轴力。
附图说明
图1为本发明模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器的立面图；
图2为本发明模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器的轴测图；
图3为本发明模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器的剖面图；
图4为本发明模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器的软钢片平面图；
图5为本发明模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器的铅芯橡胶支座轴测图；
图6为本发明模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器的铅芯橡胶支座剖面图；
图7为本发明模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器的L型夹板轴测图。
图中：1-软钢片；2-铅芯橡胶支座；3-L型夹板；4-固定板；5-铅芯；6-叠层橡胶与钢
板组件；7-抗剪键；8-内层橡胶；9-外层橡胶；10-螺栓；11-支座底板；12-环形钢板；13-加劲
肋。
具体实施方式
为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该
了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实
现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件
可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复
杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例
行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在申请文
件中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本
发明关系不大的其他细节。
实施例1：
模块化高性能软钢铅芯橡胶消能器，包括两个固定板4，铅芯橡胶支座2，及布置于
铅芯橡胶支座两侧的消能组件；消能组件由多个软钢片1构成，多个软钢片1的两端均通过
一对L型夹板3固定在固定板4上，铅芯橡胶支座2的两端也固定在固定板4上。
实施例2：
本实施例与实施例1的不同在于：软钢片采用低屈服强度钢材制作而成，所述多个
软钢片通过一对L型夹板3和贯穿其中的螺栓夹紧，并通过螺栓与固定板4连接，多个软钢片
之间紧密贴合。如此设置，使其在地震作用下内力分布更均匀，有利于避免个别软钢片因局
部应力过大造成其率先破坏进而严重削弱整个消能组件的承载能力和耗能能力。
实施例3：
本实施例与实施例2的不同在于：软钢片的中部为耗能部分，其上开设有多个菱形
孔，多个菱形孔纵向排列，耗能部分形成连续的X型钢片。软钢片的耗能段从中部向两侧的
有效宽度线性增大，为了避免软钢片中部应力集中，中部小范围保持一定有效宽度不变。
实施例4：
本实施例与实施例3的不同在于：所述消能组件为多组，多组消能组件分列在铅芯
橡胶支座两侧。如此设置，多组消能组件与单组消能组件相比，增大了消能器的截面惯性矩
和抗弯刚度，因而避免了连梁中部存在弯矩时边缘软钢片拉、压应力过大而造成的过早破
坏。
实施例5：
本实施例与实施例4的不同在于：所述铅芯橡胶支座包括铅芯5、内层橡胶8、叠层
橡胶与钢板组件6、外层橡胶9、环形钢板12、抗剪键7和支座底板11；所述铅芯橡胶支座为圆
柱形，多个直径相同且从上至下交替设置的钢板层和橡胶层构成了叠层橡胶与钢板组件6，
铅芯5贯穿于所有钢板层和橡胶层，叠层橡胶与钢板组件6的上下两端各设置一个环形钢板
12，两个环形钢板12均通过螺栓10及抗剪键7与支座底板11固定，铅芯5的顶面和底面分别
与上下两个抗剪键7贴合，叠层橡胶与钢板组件6及环形钢板12的内壁上包裹有内层橡胶8，
叠层橡胶与钢板组件6及环形钢板12的外壁上包裹有外层橡胶9。如此设置，由于铅的屈服
强度较小，滞回耗能能力好，铅芯可在小变形情况下提供较大阻尼。与普通铅芯橡胶隔震支
座不同的是，消能器中的支座以铅芯屈服耗能为主，因而铅芯直径相对支座直径比例较大。
叠层橡胶与钢板部分的主要作用是使铅芯的屈服变形更均匀，并使铅芯的变形集中在叠层
橡胶对应的部位，因而使铅芯对变形更敏感。由于铅芯橡胶支座抗压刚度和强度都很大，与
普通的钢滞变阻尼器相比能够避免连梁在较大轴压力作用下受压失稳，因而该新型消能器
能更有效地传递连梁轴力。
实施例6：
本实施例与实施例5的不同在于：所述铅芯橡胶支座内部的铅芯可以为一根或多
根。
上述实施例中，根据消能器的设计屈服位移确定软钢板的消能段长度和厚度以及
铅芯橡胶支座的橡胶层总厚度，并根据消能器的设计屈服力确定软钢片的有效宽度和片数
以及铅芯直径。
软钢片的耗能部分由多个X型钢片构成，为了避免软钢片中部应力集中，中部小范
围保持一定有效宽度不变。通过消能器的尺寸要求，可以对软钢消能片的组数和铅芯橡胶
支座的数量及其布置方案进行设计。
每组软钢消能组件由软钢片紧密交叠布置，通过L型夹板和贯穿其中的螺杆将其
夹紧，并通过螺栓将其与固定板牢固连接，L型夹板3上设置有加劲肋13。同时，通过螺栓将
铅芯橡胶支座2与固定板4牢固连接。
地震作用后若消能器因变形过大失效，可以拧下消能器与连梁之间的螺栓更换新
的消能器。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方
案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不
脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变
化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。