部分可熔断双阶耗能的芯部耗能结构及轴向钢阻尼器的制作方法

1.本发明属于建筑工程结构技术领域，涉及一种部分可熔断双阶耗能的芯部耗能结构及轴向钢阻尼器。


背景技术：

2.高烈度地震以及外部长持时震动均会对高层建筑物和构筑物造成巨大危害。利用消能减震装置和技术可以有效地吸收外部震动能量，使建筑物和构筑物损伤降低到最低程度。防屈曲耗能支撑是一种常见的轴向消能减震元件，因其具有传力途径直接、附加刚度大、经济性良好等特征而被广泛应用于土木工程结构中。
3.目前，防屈曲耗能支撑主要以ly225低屈服点钢和q235结构钢等钢材作为耗能芯材(上述钢种均为低碳铁素体钢)。由上述钢种制作的防屈曲耗能支撑在多遇地震(
‘
小震’)或设防烈度地震(
‘
中震’)情况下，往往只能起到提供一定刚度的作用而无法开始实质性的屈服变形来耗散地震能量。更为关键的是，受制于钢种的较低延性和低周疲劳变形能力，上述钢种由循环变形引起的累积塑性变形和累积塑性耗能功效有限。因此，罕遇地震(
‘
大震’)情况下，由上述钢种制作的防屈曲耗能支撑在较少周次拉伸-压缩循环载荷作用后就会发生疲劳断裂；并且，在罕遇地震或超罕遇地震下，防屈曲耗能支撑无法实现与建筑主体结构同冗余度失效(即：防屈曲耗能支撑早于建筑物主体结构破坏失效，从而使建筑物主体结构无法获得防屈曲耗能支撑的进一步防护作用)。另外，现有防屈曲耗能支撑的极限出力往往比较大。较大极限出力会对连接节点造成较大负担，导致连接节点可能先于耗能构件发生破坏，从而无法实现“强节点弱构件”的基本抗震思想。这里，连接节点是指将防屈曲耗能支撑(亦或轴向消能减震元件)固定连接至建筑物梁柱结构上的构件。综上所述，现有采用低碳铁素体钢芯材制作的防屈曲耗能支撑无法在不同烈度地震下均能发挥减震防护的作用。此外，现有防屈曲耗能支撑需要按照主体结构框架斜向尺寸设计制作，耗能支撑构件的尺寸普遍较大，不利于现场安装和震后更换。


技术实现要素：

4.基于上述技术现状，迫切需要开发一种屈服位移小、延性和累积塑性变形能力优异、可限制阻尼器出力、可与建筑主体结构同冗余度失效的轴向钢阻尼器。因此，本发明提供一种部分可熔断双阶耗能的芯部耗能结构及轴向钢阻尼器。
5.本发明提供的轴向钢阻尼器在不同烈度地震下均能发挥消能减震作用和对建筑物抗震防护；并且，当轴向钢阻尼器出力达到一定程度后，阻尼器芯部耗能结构部分熔断，阻尼器极限出力得到限制以确保连接节点在罕遇地震或超罕遇地震下的可靠性。
6.相比较现有防屈曲耗能支撑，本发明的部分可熔断双阶耗能的芯部耗能结构和轴向钢阻尼器具有屈服位移小、延性和累积塑性变形能力优异、可与建筑主体结构同冗余度失效的特征。本发明的部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器在不同烈度地震下均能发挥消能减震作用和对建筑物抗震防护；并且，当轴向阻尼器出力达到一定程度后，阻尼器的芯部耗
能结构部分熔断，阻尼器极限出力得到限制。另外，本发明双阶耗能轴向钢阻尼器可以与其它钢支撑连接组合形成轴向耗能支撑，满足装配式建筑和震后快速更换的要求。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
8.本发明首先提供一种部分可熔断双阶耗能的芯部耗能结构，用于轴向钢阻尼器，在轴向钢阻尼器受到周期性交替拉伸-压缩塑性变形时起到吸收外部震动能量的作用，
9.所述部分可熔断双阶耗能的芯部耗能结构至少包含一块奥氏体组织钢板和一块铁素体组织钢板，且所述铁素体组织钢板与所述奥氏体组织钢板之间无约束连接，
10.所述奥氏体组织钢板的微观组织结构由亚稳态奥氏体和体积分数不超过15％的热诱发ε马氏体组成，并且亚稳态奥氏体的平均晶粒尺寸不超过400μm；在拉伸或压缩塑性变形时，所述奥氏体组织钢板的亚稳态奥氏体在应变作用下诱发ε马氏体相变且α
′
马氏体相变受到抑制；在周期性交替拉伸-压缩塑性变形时，所述奥氏体组织钢板内部发生奥氏体和应变诱发ε马氏体之间可逆相变。所述铁素体组织钢板的微观组织结构主要为铁素体，并且铁素体的平均晶粒尺寸不超过200μm；
11.所述奥氏体组织钢板的屈服强度不小于220mpa、断裂延伸率不小于40％，所述铁素体组织钢板的屈服强度小于180mpa、断裂延伸率不小于30％；
12.芯部耗能结构中，所有铁素体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和与所有奥氏体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和的比值不小于0.4。
13.本发明规定：芯部耗能结构中，若所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的横截面几何形状沿长度方向保持不变，则所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的核心耗能段即为所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的全长，此时，所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的核心耗能段的横截面即为所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的横截面；若所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的横截面几何形状沿长度方向呈现两头宽、中间窄的特征，则所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的核心耗能段为所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板中间窄的部分，此时，所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的核心耗能段的横截面即为所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板中间窄的部分的横截面。
14.本发明限定部分可熔断双阶耗能的芯部耗能结构至少包含一块奥氏体组织钢板和一块铁素体组织钢板。所述奥氏体组织钢板的显微组织为亚稳态奥氏体和体积分数不超过15％的热诱发ε马氏体，其目的是促进钢板内部在拉伸-压缩交变载荷作用下应变诱发生成具有单一变体晶体学特征的片状ε马氏体，避免原始基体组织中的热诱发ε马氏体和应变诱发ε马氏体之间发生强烈交互作用，从而促进奥氏体和应变诱发ε马氏体之间的可逆相变，减少奥氏体钢板基体晶体缺陷的产生和延缓疲劳裂纹的扩展，使奥氏体组织钢板显现出优异低周疲劳性能和累积塑性变形能力。另外，本发明限定奥氏体组织钢板内部亚稳态奥氏体在拉伸或压缩变形时α
′
马氏体相变受到抑制。这是因为，当亚稳态奥氏体在塑性应变作用下过度发生α
′
马氏体相变，钢板内部会很容易发生变形局部化，从而导致奥氏体组织钢板的低周疲劳性能急剧下降。本发明限定亚稳态奥氏体的平均晶粒尺寸不超过400μm。这是因为当奥氏体晶粒过于粗大时，奥氏体和应变诱发ε马氏体之间的可逆相变会受到显著抑制，从而显著降低奥氏体组织钢板的抗疲劳性能。本发明严格限定奥氏体组织钢板的显微组织，其目的是保证奥氏体组织钢板能够经受住大应变疲劳变形，保证轴向钢阻尼器在中、高烈度地震和超罕遇地震下均能发挥作用而不过早发生疲劳破坏失效，确保轴向钢
阻尼器具有与建筑物主体结构同冗余度失效的功能。
15.所述铁素体组织钢板具有低屈服强度、高弹性模量以及循环变形周次内低加工硬化程度。因而，在所述轴向钢阻尼器的芯部耗能结构发生部分熔断前，铁素体组织钢板有助于降低芯部耗能结构整体(当芯部耗能结构用于轴向钢阻尼器时，亦即轴向钢阻尼器)的屈服力和屈服位移以及循环变形周次内加工硬化程度，使钢阻尼器能够在小震和中震下实现屈服变形耗能。然而，相比较奥氏体组织钢板来说，铁素体组织钢板的低周疲劳性能低下。这是由于：铁素体组织钢板在循环变形过程中，由于交滑移的频繁发生和微观上塑性变形不可逆，材料表现出组织稳定性持续降低和塑性应变局部化持续增强；随循环累积应变增加，疲劳裂纹会从材料表层的应变不相容处(如晶界、铁素体/渗碳体相界)或驻留滑移带处形核，继而沿晶界或向晶内生长，直至材料发生沿晶或穿晶疲劳破坏。本发明限定铁素体的平均晶粒尺寸不超过200μm。这是因为当铁素体晶粒过于粗大时，疲劳裂纹会很容易从晶界处萌生和扩展，从而显著降低铁素体组织钢板的抗疲劳性能。因此，对铁素体晶粒尺寸(和延伸率)的限制，目的是确保铁素体组织钢板具有适当的抗疲劳性能。
16.本发明部分可熔断双阶耗能的芯部耗能结构中，所述铁素体组织钢板与奥氏体组织钢板之间无约束连接。这是因为，当奥氏体组织钢板和铁素体组织钢板之间通过任何一种方式(如焊接)形成约束连接时，由于奥氏体组织钢板较铁素体组织钢板具有相对高的屈服强度(和变形抗力)以及加工硬化程度，奥氏体组织钢板会对铁素体组织钢板的变形形成约束，这种约束会导致芯部耗能构件往往几乎瞬时在同一区段发生疲劳失效，即奥氏体组织钢板和铁素体组织钢板同时在同一区段发生断裂，因此限制轴向钢阻尼器出力的需求就不容易实现。当铁素体组织钢板与奥氏体组织钢板之间无约束连接时，奥氏体组织钢板对铁素体组织钢板变形的约束机制不存在。由于铁素体组织钢板的屈服强度和抗疲劳性能明显低于奥氏体组织钢板，因此在交替拉伸-压缩塑性变形过程中，铁素体组织钢板会首先发生屈服变形和疲劳断裂，阻尼器的芯部耗能结构因此发生部分熔断，轴向钢阻尼器出力受到限制；随后，芯部耗能结构中的奥氏体组织钢板继续承受周期性拉伸-压缩变形和耗散外部震动能量，直至钢阻尼器最终完全发生破坏失效。通常，奥氏体组织钢板和铁素体组织钢板在不同区段发生断裂。因此，本发明的材料选择和芯部耗能结构设计保证轴向钢阻尼器具有分级耗能和限制出力的功效，同时使轴向钢阻尼器在不同烈度地震下均能发挥消能减震的作用。
17.本发明限定组成芯部耗能结构的奥氏体组织钢板的屈服强度不小于220mpa、断裂延伸率不小于40％；铁素体组织钢板的屈服强度小于180mpa、断裂延伸率不小于30％。对两类钢板力学性能的限定，其主要目的是保证两类钢板材料尽可能各自具有优良的塑性变形能力和疲劳性能(尽管奥氏体组织钢板的塑性变形能力和疲劳性能要显著优于铁素体组织钢板)，从而使轴向钢阻尼器在芯部耗能结构部分熔断前和部分熔断后均具有良好的累积塑性变形能力，且满足以下技术性能指标：极限允许位移与屈服位移之比不小于18，且极限允许位移不小于轴向钢阻尼器长度的1/50；并且，在此极限允许位移条件下，轴向钢阻尼器能够完成至少3周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形且承载力衰减小于15％；并且，当轴向钢阻尼器的芯部耗能结构发生部分熔断后，在轴向钢阻尼器长度的1/60的位移条件下，轴向钢阻尼器仍然能够完成至少30周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形且承载力衰减小于15％。由于极限允许位移不小于轴向钢阻尼器长度的1/50，因而本发明部分可熔断双阶耗
能的芯部耗能结构用于轴向钢阻尼器能够实现与建筑主体结构同冗余度失效。
18.这里，需要说明的是，当铁素体组织钢板的屈服强度越小、铁素体组织钢板和奥氏体组织钢板的屈服强度差别越大，轴向钢阻尼器的屈服位移就越小、在小震和中震下就越能发挥耗能作用。相反地，增加铁素体组织钢板的强度，除了会增加屈服位移，还通常会降低铁素体组织钢板的延伸率和低周疲劳性能，进而不利于芯部耗能结构显现出足够的累积塑性变形能力。
19.本发明中，若所有铁素体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和与所有奥氏体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和的比值过小(小于0.4)，则芯部耗能结构在发生部分熔断前，其变形及承载主要由奥氏体组织钢板主导，这会使芯部耗能结构的屈服位移显著增加，从而不仅会导致小位移条件(即“小震”)下芯部耗能结构的耗能功效不显著，还会导致芯部耗能结构和轴向钢阻尼器的延性显著降低。因此，本发明限定所有铁素体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和与所有奥氏体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和的比值不小于0.4；进一步地，从降低芯部耗能结构的屈服位移考虑，优选所有铁素体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和与所有奥氏体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和的比值不小于0.8。
20.本发明对轴向钢阻尼器的极限允许位移(u
d,max
)与屈服位移(u
dy
)作如下定义。由于所述轴向钢阻尼器出力达到一定程度后，阻尼器的芯部耗能结构会发生部分熔断，所以上述极限允许位移(u
d,max
)为轴向钢阻尼器在其芯部耗能结构发生部分熔断后继续经受循环拉伸-压缩塑性变形时所允许的最大位移，并且在此允许的最大位移条件下，钢阻尼器能够完成至少3周次循环拉伸-压缩变形而不破坏失效。当循环变形位移超出上述极限允许位移时，轴向钢阻尼器就无法在疲劳破坏失效前完成3周次拉伸-压缩循环变形。当轴向钢阻尼器在其芯部耗能结构发生部分熔断前以最大允许位移作周期性交替拉伸-压缩塑性变形时，阻尼器发生屈服变形所对应的位移称之为屈服位移(u
dy
)。这里，仍然规定：钢阻尼器芯部耗能结构发生部分熔断前的最大允许位移为钢阻尼器芯部耗能结构在发生部分熔断前能够经受至少3周次循环拉伸-压缩塑性变形时所允许的最大位移。图1例示轴向钢阻尼器在其芯部耗能结构发生部分熔断前以最大允许位移作周期性交替拉伸-压缩变形的滞回曲线以及芯部耗能结构随后发生部分熔断后以同一位移作周期性交替拉伸-压缩变形的滞回曲线。由芯部耗能结构发生部分熔断前以最大允许位移作循环变形的滞回曲线的卸载段求得轴向钢阻尼器的弹性刚度。滞回曲线拉伸部分的卸载段对应的弹性刚度为滞回曲线压缩部分的卸载段对应的弹性刚度为如果则轴向钢阻尼器的弹性刚度kd计为如果此时有轴向钢阻尼器的弹性刚度过坐标原点作斜率为弹性刚度kd的直线，该直线与滞回曲线拉伸部分的交点即为循环变形拉伸时的屈服位移该直线与滞回曲线压缩部分的交点即为循环变形压缩时的屈服位移所述轴向钢阻尼器的屈服位移u
dy
计为由极限允许位移u
d,max
与屈服位移u
dy
，即可求得所述轴向钢阻尼器的极限允许位移u
d,max
与屈服位移u
dy
之比(用来表征钢阻尼器的延性)。
21.在本发明的一个实施方式中，进一步地，本发明限定所述奥氏体组织钢板的化学
成分的质量百分数为：c≤0.15％，20.0％≤mn≤34.0％，3.5％≤si≤6.0％，al≤2.5％，ni≤5.0％，cu≤2.0％，p≤0.03％，s≤0.03％，n≤0.02％，其余为fe和不可避免的杂质元素，其中，al、ni和cu质量百分含量还满足如下关系：ni/cu≥0.25和al 0.4ni 0.25cu≤3.5％。
22.满足上述成分要求的材料具有的显微组织为亚稳态奥氏体和体积分数不超过15％的热诱发ε马氏体，并且亚稳态奥氏体在拉伸-压缩交变载荷作用下发生可逆ε马氏体相变(即亚稳态奥氏体与应变诱发ε马氏体在交变载荷作用下发生两相相互转变)和α
′
马氏体相变受到抑制，从而使钢板材料具有优异的低周疲劳性能。
23.在不改变上述基本微观组织特征的前提条件下，奥氏体组织钢板的化学成分还可以包含少量cr元素；本发明限定cr元素的质量百分数为：cr≤2％。当具有上述合金成分且亚稳态奥氏体的平均晶粒尺寸不超过400μm时，奥氏体组织钢板的屈服强度不小于220mpa、断裂延伸率不小于40％。
24.在本发明的一个实施方式中，进一步地，本发明还限定了铁素体组织钢板的化学成分的质量百分数为：c≤0.1％，mn≤1.0％，si≤0.8％，ti≤0.15％，nb≤0.1％，v≤0.2％，p≤0.03％，s≤0.03％，n≤0.02％，其余为fe和不可避免的杂质元素。
25.满足上述成分要求的材料具有的显微组织主要为铁素体。在不改变上述基本微观组织特征的前提条件下，铁素体组织钢板的化学成分还可以包含少量的cu、cr和ni元素；本发明限定cu、cr和ni元素的质量百分数为：cu≤0.5％、cr≤1％、ni≤1％。当具有上述合金成分且铁素体的平均晶粒尺寸不超过200μm时，铁素体组织钢板的屈服强度小于180mpa、断裂延伸率不小于30％。
26.在本发明的一个实施方式中，所述芯部耗能结构的横截面可以具有任一类型轴对称几何形状。所述具有任一类型轴对称几何形状的截面形式主要有十字型、工字型等。
27.在本发明的一个实施方式中，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的芯部耗能结构可采用中间窄、两头宽的截面形式，如图2所示。当两类钢板具有两头宽、中间窄的几何形状(钢板中间窄的部分称为核心耗能段)时，由两类钢板组成的芯部耗能结构的中间窄的部分则称为所述芯部耗能结构的核心耗能段。由于轴向钢阻尼器是通过连接节点或其它连接构件与建筑物的梁柱主体结构或其它钢支撑相连接，上述关于钢阻尼器芯部耗能结构的截面几何设计是为了使轴向钢阻尼器的塑性变形只集中在芯部耗能结构的核心耗能段、避免连接节点或其它连接构件在钢阻尼器服役过程中可能发生明显屈服变形甚至破坏。所述芯部耗能结构的核心耗能段与两头部分截面面积比值大小的合理选择主要取决于芯部耗能结构与连接节点或其它连接构件的材料强度以及两者之间的连接强度。原则上，连接节点或其它连接构件发生屈服时的屈服力需要大于芯部耗能结构发生屈服时的屈服力。
28.本发明中，如图2所示，增大芯部耗能结构中奥氏体组织钢板的核心耗能段长度l0与铁素体组织钢板的核心耗能段长度l0的比值，有助于增加轴向钢阻尼器在小震和中震下的耗散能量。
29.本发明还提供一种部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器，包括所述部分可熔断双阶耗能的芯部耗能结构和外围约束构件，所述部分可熔断双阶耗能的芯部耗能结构起到在轴向钢阻尼器受到周期性交替拉伸-压缩塑性变形时吸收外部震动能量的作用，所述外围约束构件起到对芯部耗能结构侧向位移进行约束、防止芯部耗能结构发生屈曲失稳的作用。
30.在本发明的一个实施方式中，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的外围约束
构件选择为由钢管与内填混凝土组合形成的约束套管，或钢筋混凝土约束套管，或纯钢型结构约束。
31.在本发明的一个实施方式中，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器，安装在建筑物和构筑物中，与建筑物或构筑物的梁柱主体结构和连接节点连接形成一个整体，起到耗散外部震动能量的作用，能显著提高建筑物或构筑物的抗震性能。
32.在本发明的一个实施方式中，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器，可以通过法兰或中间连接板与其它钢支撑相连接，组合形成轴向耗能支撑，以满足装配式建筑和震后快速更换的要求。因而，本发明轴向钢阻尼器的结构尺寸通常可以比常规防屈曲耗能支撑的结构尺寸小、自身重量轻。图3所示为由可更换的部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器与其它钢支撑组合形成的轴向耗能支撑的示意图，其三维模型示意图见图4所示。所述轴向钢阻尼器一端通过中间连接板和球铰与建筑物节点板相连接，所述轴向钢阻尼器的另一端通过中间连接板或法兰与其它钢支撑连接组合形成轴向耗能支撑。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
34.1)相比较现有防屈曲耗能支撑(芯部耗能结构通常采用ly225或q235钢板制成)，本发明的部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的芯部耗能结构具有屈服位移小、延性和累积塑性变形能力优异、可与建筑主体结构同冗余度失效；并且，当轴向阻尼器出力达到一定程度后，阻尼器的芯部耗能结构部分熔断，阻尼器极限出力得到限制。现有防屈曲耗能支撑不具备上述技术特征。
35.2)本发明轴向钢阻尼器可以与其它钢支撑连接组合形成轴向耗能支撑，满足装配式建筑和震后快速更换的要求。本发明轴向钢阻尼器的结构尺寸和自身重量可以比常规防屈曲耗能支撑的结构尺寸和自身重量都要小。
36.3)本发明中，所述钢阻尼器中组成芯部耗能结构的奥氏体组织钢板在交替拉伸-压缩塑性变形过程中发生奥氏体和应变诱发ε马氏体之间可逆相变，因而所述奥氏体组织钢板具有优异的疲劳变形性能，从而使所述钢阻尼器具有非常高极限允许位移并且可以实现与建筑物主体结构同冗余度失效。如若轴向钢阻尼器的芯部耗能结构使用的奥氏体组织钢板在循环载荷作用下只发生位错平面滑移的变形机制，对应的奥氏体组织钢板的化学成分的质量百分数可以为0.4％≤c≤0.7％、16.0％≤mn≤26.0％、si≤2.0％、p≤0.02％、s≤0.03％、n≤0.03％、其余为fe和不可避免的杂质元素，则该轴向钢阻尼器的延性和累积塑性变形能力虽然能优于现有防屈曲耗能支撑，但会显著低于本发明的部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器。
附图说明
37.图1例示部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器在芯部耗能结构发生部分熔断前以最大允许位移作周期性交替拉伸-压缩变形的滞回曲线以及在芯部耗能结构随后发生部分熔断后以同一位移作周期性交替拉伸-压缩变形的滞回曲线。
38.图2为一种部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的芯部耗能结构的示意图。
39.图3为部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器与其它钢支撑组合形成的轴向耗能支撑的示意图。
40.图4为部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器与其它钢支撑组合形成的轴向耗能支撑
的三维模型示意图。
41.图5为实施例1中组成部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器芯部耗能结构的奥氏体组织钢板的几何形状。
42.图6为实施例1中组成部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器芯部耗能结构的铁素体组织钢板的几何形状。
43.图7为实施例1中部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的芯部耗能结构的主视图。
44.图8为实施例1中部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的芯部耗能结构的俯视图。
45.图9为实施例1中部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的芯部耗能结构的侧视图。
46.图10为实施例1中部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的主视图。
47.图11为实施例1中部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的俯视图。
48.图12为实施例1中部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的a-a剖面图。
49.图13为实施例1中部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器在发生部分熔断前的周期性交替拉伸-压缩塑性变形的滞回曲线。变形滞回曲线对应的拉伸(或压缩)位移分别为3mm、9mm、17mm、25mm和31mm。每一位移条件下经历3周次循环变形。
50.图14为实施例1中部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器在发生部分熔断时的周期性交替拉伸-压缩塑性变形时的滞回曲线。变形滞回曲线对应的拉伸(或压缩)位移分别为34mm和37mm。每一位移条件下经历3周次循环变形。
51.图15为实施例1中部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器在发生部分熔断后的周期性交替拉伸-压缩塑性变形时的滞回曲线。变形滞回曲线对应的拉伸(或压缩)位移分别为41mm、50mm、56mm、63mm和67mm。每一位移条件下经历3周次循环变形。
52.图中标号：1、铁素体组织钢板；2、奥氏体组织钢板；3、混凝土；4、外围约束钢管；5、轴向钢阻尼器；6、中间连接板；7、钢支撑；8、球铰。
具体实施方式
53.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
54.实施例1：
55.一种部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器，由芯部耗能结构和外围约束构件组成。
56.所述芯部耗能结构的横截面具有十字型轴对称几何形状，其对称轴为钢阻尼器的轴线方向，横截面沿轴线方向呈中间窄、两头宽。如图2所示，芯部耗能结构由1块奥氏体组织钢板2和2块铁素体组织钢板1组成，奥氏体组织钢板2和铁素体组织钢板1沿纵向长度相同；2块铁素体组织钢板1分别置于奥氏体组织钢板2的上方和下方，以奥氏体组织钢板2的纵向中心线为对称轴；2块铁素体组织钢板1与奥氏体组织钢板2之间无约束连接。
57.组成芯部耗能结构的奥氏体组织钢板的几何形状如图5所示。奥氏体组织钢板总长l＝2000mm；钢板中心部位(即核心耗能段)的长度l0＝1530mm、宽度w0＝160mm；钢板的厚度t＝16mm。
58.所述奥氏体组织钢板的化学成分及其质量百分数为：29.4％mn，4.3％si，1.4％al，0.049％c，0.009％p，0.008％s，0.005％n，其余为fe和不可避免的杂质元素。所述奥氏体组织钢板的屈服强度为304mpa、断裂延伸率为52％。所述奥氏体组织钢板的微观组织为单一奥氏体组织；在进入屈服阶段，亚稳态奥氏体在应变作用下发生ε马氏体相变，并且在
拉伸-压缩交变载荷作用下发生亚稳态奥氏体和应变诱发ε马氏体之间的可逆相变。所述奥氏体组织钢板的平均奥氏体晶粒尺寸为76μm。
59.组成芯部耗能结构的铁素体组织钢板的几何形状如图6所示。铁素体组织钢板总长l＝2000mm；钢板中心部位(即核心耗能段)的长度l0＝1530mm、宽度w0/2＝80mm；钢板的厚度t＝16mm。
60.所述铁素体组织钢板的化学成分及其质量百分数为：0.30％mn，0.05％si，0.015％c，0.05％ti，0.012％p，0.006％s，0.006％n，其余为fe和不可避免的杂质元素。所述铁素体组织钢板的屈服强度为157mpa、断裂延伸率为47％。所述铁素体组织钢板的微观组织主要为铁素体组织。所述铁素体组织钢板的平均铁素体晶粒尺寸为50μm。
61.所述奥氏体组织钢板的核心耗能段的长度与所述铁素体组织钢板的核心耗能段的长度相同。所述奥氏体组织钢板的厚度与所述铁素体组织钢板的厚度相同。2块铁素体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和与1块奥氏体组织钢板核心耗能段的横截面面积的比值为1.0(大于0.4)。
62.芯部耗能结构的主视图、俯视图以及侧视图分别如图7、图8和图9所示。
63.所述外围约束构件为由外围约束钢管4与内填混凝土3组合形成的约束套管，外围约束构件起到对芯部耗能结构侧向位移进行约束、防止芯部耗能结构发生屈曲的作用。所述外围约束构件与所述芯部耗能结构之间有一层无粘结材料，以消除外围约束构件与芯部耗能结构之间的摩擦。
64.经过组装后，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的主视图、俯视图以及沿a-a面的剖面图分别如图10、图11和图12所示。
65.所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器分别以3mm、5mm、7mm、9mm、11mm、17mm、20mm、23mm、25mm、28mm和31mm位移进行周期性交替拉伸-压缩塑性变形，每一位移条件下经历3周次循环变形且无承载力衰减，所述轴向钢阻尼器的芯部耗能结构未发生部分熔断。图13为所述轴向钢阻尼器在位移分别为3mm、9mm、17mm、25mm和31mm时对应的周期性交替拉伸-压缩塑性变形时的滞回曲线。增加循环拉伸-压缩塑性变形位移至34mm，组成芯部耗能结构的一块铁素体组织钢板在循环变形的第2周次发生疲劳断裂失效；这里，在34mm的位移条件下，所述轴向钢阻尼器一共经历了3周次循环变形。继续增加循环拉伸-压缩塑性变形位移至37mm，组成芯部耗能结构的第二块铁素体组织钢板在循环变形的第2周次也发生疲劳断裂失效；这里，在37mm的位移条件下，所述轴向钢阻尼器一共经历了3周次循环变形。由此可见，所述钢阻尼器的芯部耗能结构分别在34mm和37mm位移发生了部分熔断；相应地，轴向钢阻尼器的承载力降低。图14为所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器在发生部分熔断时的周期性交替拉伸-压缩塑性变形时的滞回曲线。所述钢阻尼器芯部耗能结构发生部分熔断前的最大允许位移应该介于31mm和34mm之间。从34mm位移循环变形的滞回曲线上求得轴向钢阻尼器的屈服位移约为3.0mm(实际上，从31mm位移循环变形的滞回曲线上求得轴向钢阻尼器的屈服位移也非常接近3.0mm)。
66.芯部耗能结构发生部分熔断后，由于奥氏体组织钢板具有优异的低周疲劳性能，所述轴向钢阻尼器继续分别以38mm、41mm、44mm、47mm、50mm、53mm、56mm、59mm、63mm和67mm位移进行周期性交替拉伸-压缩塑性变形，每一位移条件下经历3周次循环变形且无承载力衰减，此时所述轴向钢阻尼器仍未发生疲劳破坏失效。上述塑性变形位移均超出所述轴向
钢阻尼器长度的1/60(约为33.3mm)，即所述轴向钢阻尼器在发生部分熔断后能以钢阻尼器长度的1/60的位移条件完成至少30周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形。图15为所述轴向钢阻尼器在位移分别为41mm、50mm、56mm、63mm和67mm时对应的周期性交替拉伸-压缩塑性变形时的滞回曲线。所述轴向钢阻尼器的极限允许位移大于67mm(相当于所述轴向钢阻尼器长度的1/30)。计算所述轴向钢阻尼器的极限允许位移与屈服位移之比大于22(显著大于18)。
67.因此，本实施例所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的极限允许位移与屈服位移之比不小于18，且极限允许位移不小于所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器长度的1/50；并且，在此极限允许位移条件下，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器能够完成至少3周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形且承载力衰减小于15％；并且，当所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的芯部耗能结构发生部分熔断后，在所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器长度的1/60的位移条件下，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器能够完成至少30周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形且承载力衰减小于15％。所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器在不同烈度地震下均能发挥消能减震作用、可与建筑主体结构同冗余度失效、以及能够限制钢阻尼器极限出力以确保建筑物主体结构连接节点的可靠性。
68.图3和图4所示为本实施例中轴向钢阻尼器与其它钢支撑组合形成的轴向耗能支撑的示意图。所述轴向钢阻尼器5一端通过中间连接板6和球铰8与建筑物节点板相连接，所述轴向钢阻尼器5的另一端通过中间连接板6与其它钢支撑7连接组合形成轴向耗能支撑。
69.实施例2：
70.一种部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器，由芯部耗能结构和外围约束构件组成。
71.所述芯部耗能结构由1块奥氏体组织钢板和1块铁素体组织钢板组成，奥氏体组织钢板和铁素体组织钢板沿纵向长度相同；铁素体组织钢板垂直于奥氏体组织钢板放置；铁素体组织钢板与奥氏体组织钢板之间无约束连接。
72.组成芯部耗能结构的奥氏体组织钢板的几何形状如图5所示。奥氏体组织钢板总长l＝2000mm；钢板中心部位(即核心耗能段)的长度l0＝1530mm、宽度w0＝80mm；钢板的厚度t＝14mm。
73.所述奥氏体组织钢板的化学成分及其质量百分数为：27.5％mn，4.0％si，0.6％al，0.002％c，2.0％ni，0.7％cu，0.007％p，0.006％s，0.005％n，其余为fe和不可避免的杂质元素。所述奥氏体组织钢板的屈服强度为229mpa、断裂延伸率为58％。所述奥氏体组织钢板的微观组织为单一奥氏体组织；在进入屈服阶段，亚稳态奥氏体在应变作用下发生ε马氏体相变，并且在拉伸-压缩交变载荷作用下发生亚稳态奥氏体和应变诱发ε马氏体之间的可逆相变。所述奥氏体组织钢板的平均奥氏体晶粒尺寸为126μm。
74.组成芯部耗能结构的铁素体组织钢板的几何形状如图6所示。铁素体组织钢板总长l＝2000mm；钢板中心部位(即核心耗能段)的长度l0＝1000mm、宽度w0/2＝100mm；钢板的厚度t＝16mm。
75.所述铁素体组织钢板的化学成分及其质量百分数为：0.18％mn，0.05％si，0.01％c，0.04％ti，0.01％p，0.006％s，0.006％n，其余为fe和不可避免的杂质元素。所述铁素体组织钢板的屈服强度为122mpa、断裂延伸率为50％。所述铁素体组织钢板的微观组织主要为铁素体组织。所述铁素体组织钢板的平均铁素体晶粒尺寸为86μm。
76.所述奥氏体组织钢板的核心耗能段的长度大于所述铁素体组织钢板的核心耗能段的长度。所述铁素体组织钢板核心耗能段的横截面面积与奥氏体组织钢板核心耗能段的横截面面积的比值为1.43(大于0.4)。
77.所述外围约束构件为由钢管与内填混凝土组合形成的约束套管。所述外围约束构件与所述芯部耗能结构之间有一层无粘结材料，以消除外围约束构件与芯部耗能结构之间的摩擦。
78.所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器分别以5mm、10mm、25mm和35mm位移各进行3周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形后，增加拉伸-压缩循环塑性变形位移至38mm，组成芯部耗能结构的铁素体组织钢板在循环变形的第3周次发生疲劳断裂失效，即所述钢阻尼器的芯部耗能结构发生了部分熔断；相应地，轴向钢阻尼器的承载力降低。由38mm位移循环变形的滞回曲线求得轴向钢阻尼器的屈服位移约为3.1mm。由35mm位移循环变形的滞回曲线上求得的钢阻尼器的屈服位移也近似为3.1mm。
79.芯部耗能结构发生部分熔断后，所述轴向钢阻尼器继续以48mm位移进行30周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形，所述轴向钢阻尼器仍未发生疲劳破坏失效且无承载力衰减。上述塑性变形位移均超出所述轴向钢阻尼器长度的1/60(约为33.3mm)。所述轴向钢阻尼器再以70mm位移进行周期性交替拉伸-压缩塑性变形，在第4周次时钢阻尼器发生破坏失效。因此，所述轴向钢阻尼器的极限允许位移约为70mm(70mm位移相当于所述轴向钢阻尼器长度的1/29)，计算所述轴向钢阻尼器的极限允许位移与屈服位移之比约为22(显著大于18)。
80.因此，本实施例所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的极限允许位移与屈服位移之比不小于18，且极限允许位移不小于所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器长度的1/50；并且，当所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的芯部耗能结构发生部分熔断后，在所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器长度的1/60的位移条件下，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器能够完成至少30周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形且承载力衰减小于15％。
81.实施例3：
82.一种部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器，由芯部耗能结构和外围约束构件组成。
83.所述芯部耗能结构的横截面具有十字型轴对称几何形状，其对称轴为钢阻尼器的轴线方向，横截面沿轴线方向呈中间窄、两头宽。所述芯部耗能结构由1块奥氏体组织钢板和2块铁素体组织钢板组成，奥氏体组织钢板和铁素体组织钢板沿纵向长度相同；2块铁素体组织钢板分别置于奥氏体组织钢板的上方和下方，以奥氏体组织钢板的纵向中心线为对称轴；2块铁素体组织钢板与奥氏体组织钢板之间无约束连接。
84.组成芯部耗能结构的奥氏体组织钢板的几何形状如图5所示。奥氏体组织钢板总长l＝2000mm；钢板中心部位(即核心耗能段)的长度l0＝1530mm、宽度w0＝160mm；钢板的厚度t＝12mm。
85.所述奥氏体组织钢板的化学成分及其质量百分数为：23.4％mn，5.4％si，2.3％al，0.04％c，0.01％p，0.008％s，0.005％n，其余为fe和不可避免的杂质元素。所述奥氏体组织钢板的屈服强度为284mpa、断裂延伸率为44％。所述奥氏体组织钢板的微观组织为单一奥氏体组织；在进入屈服阶段，亚稳态奥氏体在应变作用下发生ε马氏体相变，并且在拉伸-压缩交变载荷作用下发生亚稳态奥氏体和应变诱发ε马氏体之间的可逆相变。所述奥氏
体组织钢板的平均奥氏体晶粒尺寸为216μm。
86.组成芯部耗能结构的铁素体组织钢板的几何形状如图6所示。铁素体组织钢板总长l＝2000mm；钢板中心部位(即核心耗能段)的长度l0＝1530mm、宽度w0/2＝80mm；钢板的厚度t＝12mm。
87.所述铁素体组织钢板的化学成分及其质量百分数为：0.50％mn，0.3％si，0.095％c，0.1％ti，0.06％nb、0.01％p，0.006％s，0.005％n，其余为fe和不可避免的杂质元素。所述铁素体组织钢板的屈服强度为175mpa、断裂延伸率为31.5％。所述铁素体组织钢板的微观组织主要为铁素体组织。所述铁素体组织钢板的平均铁素体晶粒尺寸为192μm。
88.所述奥氏体组织钢板的核心耗能段的长度与所述铁素体组织钢板的核心耗能段的长度相同。所述奥氏体组织钢板的厚度与所述铁素体组织钢板的厚度相同。2块铁素体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和与1块奥氏体组织钢板核心耗能段的横截面面积的比值为1.0(大于0.4)。
89.所述外围约束构件为由钢管与内填混凝土组合形成的约束套管。所述外围约束构件与所述芯部耗能结构之间有一层无粘结材料，以消除外围约束构件与芯部耗能结构之间的摩擦。
90.所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器分别以3mm、9mm、15mm、18mm和22mm位移进行周期性交替拉伸-压缩塑性变形，每一位移条件下经历3周次循环变形且无承载力衰减，所述轴向钢阻尼器的芯部耗能结构未发生部分熔断。增加拉伸-压缩循环塑性变形位移至26mm，组成芯部耗能结构的第一块和第二块铁素体组织钢板依次在循环变形的第3周次和第4周次发生疲劳断裂失效，即所述钢阻尼器的芯部耗能结构在26mm位移发生了部分熔断。从26mm位移循环变形的滞回曲线上求得轴向钢阻尼器的屈服位移约为3.0mm。
91.芯部耗能结构发生部分熔断后，所述轴向钢阻尼器继续以38mm位移进行30周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形，所述轴向钢阻尼器仍未发生疲劳破坏失效且无承载力衰减。上述塑性变形位移均超出所述轴向钢阻尼器长度的1/60(约为33.3mm)。所述轴向钢阻尼器再以58mm位移进行周期性交替拉伸-压缩塑性变形，在第6周次时钢阻尼器发生破坏失效。因此，所述轴向钢阻尼器的极限允许位移大于58mm(相当于所述轴向钢阻尼器长度的1/35)，计算所述轴向钢阻尼器的极限允许位移与屈服位移之比约大于19。
92.因此，本实施例所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的极限允许位移与屈服位移之比不小于18，且极限允许位移不小于所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器长度的1/50；并且，在所述极限允许位移条件下，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器能够完成至少3周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形且承载力衰减小于15％；并且，当所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的芯部耗能结构发生部分熔断后，在所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器长度的1/60的位移条件下，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器能够完成至少30周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形且承载力衰减小于15％。
93.实施例4～6：
94.一种部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器，由芯部耗能结构和外围约束构件组成。
95.所述芯部耗能结构的横截面具有十字型轴对称几何形状，其对称轴为钢阻尼器的轴线方向，横截面沿轴线方向呈中间窄、两头宽。所述芯部耗能结构由1块奥氏体组织钢板和2块铁素体组织钢板组成，奥氏体组织钢板和铁素体组织钢板沿纵向长度相同；2块铁素
体组织钢板分别置于奥氏体组织钢板的上方和下方，以奥氏体组织钢板的纵向中心线为对称轴；2块铁素体组织钢板与奥氏体组织钢板之间无约束连接。
96.组成芯部耗能结构的奥氏体组织钢板的几何形状如图5所示。奥氏体组织钢板总长l＝2000mm；钢板中心部位(即核心耗能段)的长度l0＝1530mm、宽度w0＝160mm；钢板的厚度t＝16mm。
97.组成芯部耗能结构的铁素体组织钢板的几何形状如图6所示。铁素体组织钢板总长l＝2000mm；钢板中心部位(即核心耗能段)的长度l0＝1530mm、宽度w0/2＝80mm；钢板的厚度t＝16mm。
98.所述奥氏体组织钢板的核心耗能段的长度与所述铁素体组织钢板的核心耗能段的长度相同。所述奥氏体组织钢板的厚度与所述铁素体组织钢板的厚度相同。2块铁素体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和与1块奥氏体组织钢板核心耗能段的横截面面积的比值为1.0(大于0.4)。
99.所述奥氏体组织钢板的主要化学成分(钢中不可避免含有微量p、s、n和其他杂质元素)和力学性能见表1所示。所述奥氏体组织钢板的微观组织为单一奥氏体组织；在进入屈服阶段，亚稳态奥氏体在应变作用下发生ε马氏体相变，并且在拉伸-压缩交变载荷作用下发生亚稳态奥氏体和应变诱发ε马氏体之间的可逆相变。所述奥氏体组织钢板的平均奥氏体晶粒尺寸见表1所示。
100.所述铁素体组织钢板的主要化学成分(钢中不可避免含有微量p、s、n和其他杂质元素)和力学性能见表1所示。所述铁素体组织钢板的微观组织主要为铁素体组织。所述铁素体组织钢板的平均铁素体晶粒尺寸见表1所示。
101.表1
[0102][0103][0104]
所述外围约束构件为由钢管与内填混凝土组合形成的约束套管。所述外围约束构件与所述芯部耗能结构之间有一层无粘结材料，以消除外围约束构件与芯部耗能结构之间的摩擦。
[0105]
所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器在周期性交替拉伸-压缩塑性变形过程中
发生部分熔断。轴向钢阻尼器发生部分熔断前，钢阻尼器在循环变形过程中轴向承载力没有发生衰减。轴向钢阻尼器在发生部分熔断过程中，阻尼器的承载力降低。轴向钢阻尼器发生部分熔断后，钢阻尼器以35mm位移继续30周次的循环拉伸-压缩塑性变形而未发生疲劳破坏，并且钢阻尼器的承载力不发生衰减；然后，继续循环塑性变形求得钢阻尼器的极限允许位移。轴向钢阻尼器的屈服位移、极限允许位移、极限允许位移与屈服位移之比见表2所示。
[0106]
表2
[0107] 屈服位移(μm)极限允许位移(μm)极限允许位移与屈服位移之比实施例43.3＞68.0＞20.6实施例53.0＞55.0＞18.3实施例63.1＞57.0＞18.4
[0108]
由表2可见，实施例4～6所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的极限允许位移与屈服位移之比不小于18，且极限允许位移不小于所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器长度的1/50；并且，在极限允许位移条件下，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器能够完成至少3周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形且承载力衰减小于15％；并且，当所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的芯部耗能结构发生部分熔断后，在所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器长度的1/60的位移条件下，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器能够完成至少30周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形且承载力衰减小于15％。
[0109]
实施例7：
[0110]
一种部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器，由芯部耗能结构和外围约束构件组成。
[0111]
所述芯部耗能结构由1块奥氏体组织钢板和1块铁素体组织钢板组成，奥氏体组织钢板和铁素体组织钢板沿纵向长度相同；铁素体组织钢板垂直于奥氏体组织钢板放置；铁素体组织钢板与奥氏体组织钢板之间无约束连接。
[0112]
组成芯部耗能结构的奥氏体组织钢板的几何形状如图5所示。奥氏体组织钢板总长l＝2000mm；钢板中心部位(即核心耗能段)的长度l0＝1530mm、宽度w0＝100mm；钢板的厚度t＝14mm。
[0113]
所述奥氏体组织钢板的化学成分及其质量百分数为：27.5％mn，4.0％si，0.6％al，0.002％c，2.0％ni，0.7％cu，0.007％p，0.006％s，0.005％n，其余为fe和不可避免的杂质元素。所述奥氏体组织钢板的屈服强度为229mpa、断裂延伸率为58％。所述奥氏体组织钢板的微观组织为单一奥氏体组织；在进入屈服阶段，亚稳态奥氏体在应变作用下发生ε马氏体相变，并且在拉伸-压缩交变载荷作用下发生亚稳态奥氏体和应变诱发ε马氏体之间的可逆相变。所述奥氏体组织钢板的平均奥氏体晶粒尺寸为126μm。
[0114]
组成芯部耗能结构的铁素体组织钢板的几何形状如图6所示。铁素体组织钢板总长l＝2000mm；钢板中心部位(即核心耗能段)的长度l0＝1530mm、宽度w0/2＝42mm；钢板的厚度t＝16mm。
[0115]
所述铁素体组织钢板的化学成分及其质量百分数为：0.18％mn，0.05％si，0.01％c，0.04％ti，0.01％p，0.006％s，0.006％n，其余为fe和不可避免的杂质元素。所述铁素体组织钢板的屈服强度为122mpa、断裂延伸率为50％。所述铁素体组织钢板的微观组织主要为铁素体组织。所述铁素体组织钢板的平均铁素体晶粒尺寸为86μm。
[0116]
所述奥氏体组织钢板的核心耗能段的长度等于所述铁素体组织钢板的核心耗能段的长度。所述铁素体组织钢板核心耗能段的横截面面积与奥氏体组织钢板核心耗能段的横截面面积的比值为0.48(大于0.4)。
[0117]
所述外围约束构件为由钢管与内填混凝土组合形成的约束套管。所述外围约束构件与所述芯部耗能结构之间有一层无粘结材料，以消除外围约束构件与芯部耗能结构之间的摩擦。
[0118]
所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器以30mm位移进行3周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形后，再以38mm位移进行交替拉伸-压缩塑性变形，组成芯部耗能结构的铁素体组织钢板在38mm位移循环变形的第4周次发生疲劳断裂失效，即所述钢阻尼器的芯部耗能结构发生了部分熔断。由38mm位移循环变形的滞回曲线求得轴向钢阻尼器的屈服位移约为4.1mm。
[0119]
芯部耗能结构发生部分熔断后，所述轴向钢阻尼器继续以38mm位移进行30周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形，所述轴向钢阻尼器仍未发生疲劳破坏失效且无承载力衰减。上述塑性变形位移均超出所述轴向钢阻尼器长度的1/60(约为33.3mm)。所述轴向钢阻尼器再以75mm位移进行了3周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形，恰好发生破坏失效。因此，所述轴向钢阻尼器的极限允许位移为75mm(75mm位移相当于所述轴向钢阻尼器长度的1/27)，计算所述轴向钢阻尼器的极限允许位移与屈服位移之比为18.2。
[0120]
因此，本实施例所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的极限允许位移与起始屈服位移之比不小于18，且极限允许位移不小于所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器长度的1/50；并且，当所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的芯部耗能结构发生部分熔断后，在所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器长度的1/60的位移条件下，所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器能够完成至少30周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形且承载力衰减小于15％。
[0121]
对比例1：
[0122]
一种部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器，由芯部耗能结构和外围约束构件组成。
[0123]
所述芯部耗能结构由1块奥氏体组织钢板和1块铁素体组织钢板组成，奥氏体组织钢板和铁素体组织钢板沿纵向长度相同；铁素体组织钢板垂直于奥氏体组织钢板放置；铁素体组织钢板与奥氏体组织钢板之间无约束连接。
[0124]
组成芯部耗能结构的奥氏体组织钢板的几何形状如图5所示。奥氏体组织钢板总长l＝2000mm；钢板中心部位(即核心耗能段)的长度l0＝1530mm、宽度w0＝100mm；钢板的厚度t＝14mm。
[0125]
所述奥氏体组织钢板的化学成分及其质量百分数为：27.5％mn，4.0％si，0.6％al，0.002％c，2.0％ni，0.7％cu，0.007％p，0.006％s，0.005％n，其余为fe和不可避免的杂质元素。所述奥氏体组织钢板的屈服强度为229mpa、断裂延伸率为58％。所述奥氏体组织钢板的平均奥氏体晶粒尺寸为126μm。
[0126]
组成芯部耗能结构的铁素体组织钢板的几何形状如图6所示。铁素体组织钢板总长l＝2000mm；钢板中心部位(即核心耗能段)的长度l0＝1530mm、宽度w0/2＝34mm；钢板的厚度t＝16mm。
[0127]
所述铁素体组织钢板的化学成分及其质量百分数为：0.18％mn，0.05％si，0.01％
c，0.04％ti，0.01％p，0.006％s，0.006％n，其余为fe和不可避免的杂质元素。所述铁素体组织钢板的屈服强度为122mpa、断裂延伸率为50％。所述铁素体组织钢板的微观组织主要为铁素体组织。所述铁素体组织钢板的平均铁素体晶粒尺寸为86μm。
[0128]
所述奥氏体组织钢板的核心耗能段的长度等于所述铁素体组织钢板的核心耗能段的长度。所述铁素体组织钢板核心耗能段的横截面面积与奥氏体组织钢板核心耗能段的横截面面积的比值为0.389(小于0.4)。
[0129]
所述外围约束构件为由钢管与内填混凝土组合形成的约束套管。所述外围约束构件与所述芯部耗能结构之间有一层无粘结材料，以消除外围约束构件与芯部耗能结构之间的摩擦。
[0130]
所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器以30mm位移进行3周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形后，再以38mm位移进行交替拉伸-压缩塑性变形，组成芯部耗能结构的铁素体组织钢板在38mm位移循环变形的第6周次发生疲劳断裂失效，即所述钢阻尼器的芯部耗能结构发生了部分熔断。由38mm位移循环变形的滞回曲线求得轴向钢阻尼器的屈服位移约为4.5mm。
[0131]
芯部耗能结构发生部分熔断后，所述轴向钢阻尼器继续以38mm位移进行30周次周期性交替拉伸-压缩塑性变形，所述轴向钢阻尼器仍未发生疲劳破坏失效且无承载力衰减。所述轴向钢阻尼器再以75mm位移进行周期性交替拉伸-压缩塑性变形，在3.5周次时发生破坏失效。因此，所述轴向钢阻尼器的极限允许位移约为75mm。计算所述轴向钢阻尼器的极限允许位移与屈服位移之比约为16.7。因此，本对比例所述部分可熔断双阶耗能轴向钢阻尼器的极限允许位移与屈服位移之比小于18。
[0132]
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。