CN103161237B - 双向耗能软钢消能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向耗能软钢消能器，包括核心耗能构件，所述核心耗能构件包括构成工字型结构的三块矩形耗能钢板，所述三块矩形耗能钢板分别记为左侧矩形耗能板、中间矩形耗能板和右侧矩形耗能板，所述中间矩形耗能板固定在左侧矩形耗能板和右侧矩形耗能板之间。三块矩形耗能钢板的尺寸参数需根据工程需要和减震要求具体确定。本发明提供的双向耗能软钢消能器，基于弯曲屈服和剪切屈服两种原理的结合设计，同时实现面内剪切屈服耗能和面外弯曲屈服耗能；核心部分采用低屈服点钢，通过合理布置三块矩形耗能钢板，保证地震作用时在设定的层间位移变形下屈服耗能，避免结构破坏，起到保护作用。

Description

双向耗能软钢消能器

技术领域

本发明涉及一种工程结构减震装置，尤其涉及一种双向耗能软钢消能器，属于工程结构的消能减震与振动控制技术。

背景技术

工程结构消能减震技术是在结构物的某些部位设置消能装置，通过消能装置产生滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减少主体结构的地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控制的目的。目前的消能器基本上都是单一耗能原理制成的，存在一定的不足，比如承载力曲线不稳定、滞回曲线“捏缩现象明显”等(如图4、图5和图6所示)；现有的软钢消能器，从受力形式上分为：轴向屈服型、弯曲屈服型、剪切屈服型以及扭转屈服型，由于地震作用的方向具有不确定性，因此难以保证这些耗能方向单一的软钢消能器在地震时能够有效起到作用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种设计简单、加工方便、性能稳定的双向耗能软钢消能器，实现面内剪切耗能和面外弯曲耗能，消耗地震动能量。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

双向耗能软钢消能器，包括核心耗能构件，所述核心耗能构件包括构成工字型结构的三块矩形耗能钢板，所述三块矩形耗能钢板分别记为左侧矩形耗能板、中间矩形耗能板和右侧矩形耗能板，所述中间矩形耗能板固定在左侧矩形耗能板和右侧矩形耗能板之间。三块矩形耗能钢板的尺寸参数需根据工程需要和减震要求具体确定。

优选的，所述三块矩形耗能钢板的材质为软钢板(低屈服点钢板)。

优选的，所述左侧矩形耗能板和中间矩形耗能板之间、中间矩形耗能板和右侧矩形耗能板之间通过角焊缝连接。

上述消能器，在地震作用导致建筑物发生层间变形时，核心耗能构件屈服，能够耗散地震输入的能量，实现消能减震的目的。与单一耗能方向、单一耗能原理不同，该消能器基于弯曲屈服和剪切屈服两种原理的结合设计，同时实现面内剪切屈服耗能和面外弯曲屈服耗能；通过合理布置三块矩形耗能钢板，能够在任一方向地震作用时都能够消能减震。

优选的，还包括顶板和底板，所述顶板固定在核心耗能构件的上端面，所述底板固定在核心耗能构件的下端面。顶板和底板的设计是为了方便与建筑物连接。

更为优选的，所述顶板和核心耗能构件之间、核心耗能构件和底板之间通过全熔透对接焊连接。

更为优选的，所述顶板上设置有与建筑物连接用的顶板螺栓孔，所述底板上设置有与建筑物连接用的底板螺栓孔。使用时，顶板通过高强螺栓与梁连接，底板通过摩擦型高强螺栓与人字型支撑或中间支柱连接，一般消能器不宜与建筑物焊接，通过螺栓连接能够方便震后对消能器进行检修和更换。

更为优选的，所述顶板和底板的材质为普通钢板。

本案提供的消能器为非承重构件，不能够承担建筑物结构的重量，在消能器安装后不改变建筑物主体结构竖向受力体系；本案提供的消能器既可以用于新建筑物的抗震设计，也可以用于既有建筑物的抗震加固设计。

有益效果：本发明提供的双向耗能软钢消能器，基于弯曲屈服和剪切屈服两种原理的结合设计，同时实现面内剪切屈服耗能和面外弯曲屈服耗能；核心部分采用低屈服点刚，通过合理布置三块矩形耗能钢板，保证地震作用时在设定的层间位移变形下屈服耗能，避免结构破坏，起到保护作用。

附图说明

图1为本发明的正视结构示意图；

图2为本发明的侧视结构示意图；

图3为本发明的俯视结构示意图；

图4为单一矩形耗能板面内剪切屈服承载力曲线；

图5为单一矩形耗能板面外弯曲屈服承载力曲线；

图6为单一矩形耗能板面内剪切屈服滞回曲线；

图7为X向地震作用下，本发明的承载力曲线；

图8为Y向地震作用下，本发明的承载力曲线；

图9为X向地震作用下，本发明的滞回曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、图2、图3所示为一种双向耗能软钢消能器，包括核心耗能构件、顶板1和底板6；所述核心耗能构件包括构成工字型结构的三块矩形耗能钢板，所述三块矩形耗能钢板分别记为左侧矩形耗能板3、中间矩形耗能板4和右侧矩形耗能板5，所述中间矩形耗能板4固定在左侧矩形耗能板3和右侧矩形耗能板5之间；所述顶板1固定在核心耗能构件的上端面，所述底板6固定在核心耗能构件的下端面，在顶板1上设置有与建筑物连接用的顶板螺栓孔2，在底板6上设置有与建筑物连接用的底板螺栓孔7。

所述三块矩形耗能钢板的材质为软钢板，所述顶板1和底板6的材质为普通钢板；所述左侧矩形耗能板3和中间矩形耗能板4之间、中间矩形耗能板4和右侧矩形耗能板5之间通过角焊缝连接；所述顶板1和核心耗能构件之间、核心耗能构件和底板6之间通过全熔透对接焊连接。

使用时，顶板1通过高强螺栓与梁连接，底板6通过摩擦型高强螺栓与人字型支撑或中间支柱连接。

工作时，当地震作用X向输入时，中间矩形耗能板4面内剪切屈服耗能，左侧矩形耗能板3、右侧矩形耗能板5面外弯曲屈服耗能。同时，左侧矩形耗能板3、右侧矩形耗能板5相当于中间矩形耗能板4的翼缘，有效地约束其边缘的双向弯曲变形，从而提高消能器的承载力，改善滞回性能。当地震作用Y向输入时，左侧矩形耗能板3、右侧矩形耗能板5剪切屈服耗能，中间矩形耗能板4面外弯曲屈服耗能，同时中间矩形耗能板4有效地约束了左侧矩形耗能板3、右侧矩形耗能板5中间的凸曲变形，从而提高消能器的承载力，改善滞回性能。

如图7、图8、图9所示，上述消能器，采用弯曲、剪切两种原理设计，彼此协同工作，克服各自不足，在X向、Y向使都可以用来消能减震，即具有两组不同的性能参数可供设计选择，使得其在应用上更具优势，能够达到“1+1＞2”的效果。上述消能器设计制造流程如下：

(1)根据工程需要的性能参数(屈服位移，弹性刚度，屈服力等)设计出右侧矩形耗能板3、中间矩形耗能板4、左侧矩形耗能板5的尺寸(长度、宽度、厚度)；

(2)根据工程设定的极限位移设计出顶板1和底板6的尺寸(长度、宽度、厚度)、高强螺栓的相关参数(数量、直径、性能等级)；

(3)采用角焊缝连接三块矩形耗能钢板，完成核心耗能构件制造；

(4)采用全熔透对接焊连接核心耗能构件和顶板、底板。

在整个焊接过程中，不应在中间矩形耗能板4位置进行焊接起弧或落弧等不规范的加工工艺，以免局部热应力对屈服段性能产生不利影响。同时应注意防火、防腐处理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.双向耗能软钢消能器，其特征在于：包括核心耗能构件，所述核心耗能构件包括构成工字型结构的三块矩形耗能钢板，所述三块矩形耗能钢板分别记为左侧矩形耗能板(3)、中间矩形耗能板(4)和右侧矩形耗能板(5)，所述中间矩形耗能板(4)固定在左侧矩形耗能板(3)和右侧矩形耗能板(5)之间。

2.根据权利要求1所述的双向耗能软钢消能器，其特征在于：所述三块矩形耗能钢板的材质为软钢板。

3.根据权利要求1所述的双向耗能软钢消能器，其特征在于：所述左侧矩形耗能板(3)和中间矩形耗能板(4)之间、中间矩形耗能板(4)和右侧矩形耗能板(5)之间通过角焊缝连接。

4.根据权利要求1所述的双向耗能软钢消能器，其特征在于：还包括顶板(1)和底板(6)，所述顶板(1)固定在核心耗能构件的上端面，所述底板(6)固定在核心耗能构件的下端面。

5.根据权利要求4所述的双向耗能软钢消能器，其特征在于：所述顶板(1)和核心耗能构件之间、核心耗能构件和底板(6)之间通过全熔透对接焊连接。

6.根据权利要求4所述的双向耗能软钢消能器，其特征在于：所述顶板(1)上设置有与建筑物连接用的顶板螺栓孔(2)，所述底板(6)上设置有与建筑物连接用的底板螺栓孔(7)。

7.根据权利要求4所述的双向耗能软钢消能器，其特征在于：所述顶板(1)和底板(6)的材质为普通钢板。