CN103195184B - 夹板防屈曲剪切钢板消能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种夹板防屈曲剪切钢板消能器，包括核心耗能构件、防屈曲装置、顶板和底板，所述核心耗能构件为矩形耗能钢板，所述顶板和底板分别固定连接在矩形耗能钢板的上下两端，所述防屈曲装置包括两块夹板、四块导槽板和加劲肋；所述两块夹板分别设置在矩形耗能钢板的前后两侧，所述两块夹板的上端与顶板固定；所述四块导槽板固定在底板上、分别限制两块夹板下端的移动；所述加劲肋设置在夹板背离矩形耗能钢板的一侧表面。本发明提供的夹板防屈曲剪切钢板消能器，能够避免对核心耗能构件开缝或开洞、避免直接在核心耗能构件上焊接加劲肋；通过设置防屈曲装置，能够有效限制核心耗能构件的面外变形，提高承载能力，改善滞回性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程结构减震装置，尤其涉及一种夹板防屈曲剪切钢板消能器，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。剪切钢板消能器是一种常见的消能装置，薄钢板在面内受剪时容易发生面外屈曲，承载力不稳定，滞回曲线的“捏缩现象”（如图4、图5、图6所示）严重，影响耗能能力。目前解决剪切钢板消能器面外屈曲的方案主要有两种：一是直接在钢板上焊接十字形或交叉型加劲肋，这样会产生残余应力和残余变形，降低钢板延性，焊接处往往成为薄弱部位；二是在钢板上开竖缝或开孔，变整体的剪切变形为缝间立柱的弯曲变形，这样会削弱钢板截面，破坏拉力场，导致钢板承载力和刚度的降低；所以，需要研发一种新型的防屈曲方案，既能够有效限制钢板的面外屈曲，又能避免上述两种方案的缺点。
发明内容
发明目的：为了克服现有防屈曲方案存在的不足，本发明提供一种设计简单、加工方便、稳定可靠的夹板防屈曲剪切钢板消能器，实现面内剪切滞回变形，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：
夹板防屈曲剪切钢板消能器，包括核心耗能构件、防屈曲装置、顶板和底板，所述核心耗能构件为矩形耗能钢板，所述顶板和底板分别固定连接在矩形耗能钢板的上下两端，所述防屈曲装置包括两块夹板、四块导槽板和加劲肋；所述两块夹板分别设置在矩形耗能钢板的前后两侧、并分别与矩形耗能钢板的前后两侧面贴合，所述两块夹板的上端与顶板固定；所述四块导槽板固定在底板上、分别限制两块夹板下端的左右两侧沿远离矩形耗能钢板的前/后方向的移动；所述加劲肋设置在夹板背离矩形耗能钢板的一侧表面。
核心耗能构件的尺寸参数需根据工程需要和减震要求具体确定，夹板和加劲肋的尺寸参数需根据受力计算和构造要求具体确定。加劲肋的设置是为了提高夹板面外刚度。
优选的，还包括聚四氟乙烯隔离层，所述聚四氟乙烯隔离层设置在两夹板内侧表面上；由于聚四氟乙烯隔离层设置在两夹板内侧表面上，因此夹板就不再直接与矩形耗能钢板的前后两侧面贴合，而是与聚四氟乙烯隔离层贴合；通过聚四氟乙烯隔离层的设置，能够减缓核心耗能构件和防屈曲装置之间的摩擦；聚四氟乙烯隔离层和夹板之间可以采用胶粘接。
优选的，所述夹板和加劲肋之间，加劲肋和加劲肋之间通过角焊缝连接；所述顶板和矩形耗能钢板之间、矩形耗能钢板和底板之间通过全透对接焊连接；所述夹板和顶板之间、导槽板和底板之间通过角焊缝连接。该处给出的仅为优选的一种焊接连接方式，根据需要，还可以选择本案给出连接方式的部分，结合其他连接方式进行组合，以达到更为优选的方式。
优选的，所述矩形耗能钢板为低屈服点钢；其他部分可以选择普通钢。
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。
本案提供的夹板防屈曲剪切钢板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；本方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：本发明的夹板防屈曲剪切钢板消能器，能够避免直接在核心耗能构件上焊接加劲肋，防止产生薄弱部位、降低钢板延性；避免对核心耗能构件开缝或开洞，防止造成对截面尺寸、承载力和刚度的削弱；通过设置聚四氟乙烯隔离层，消除了夹板和核心耗能构件之间的摩擦影响；通过设置防屈曲装置，能够有效限制核心耗能构件的面外变形，提高承载能力，改善滞回性能；通过合理的参数设计，保证地震作用时在设定的层间位移变形下消能器屈服耗能，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为地震作用下，无防屈曲耗能钢板的承载力曲线；
图5为地震作用下，无防屈曲耗能钢板的单调曲线；
图6为地震作用下，无防屈曲耗能钢板的滞回曲线。
图7为地震作用下，本发明的承载力曲线；
图8为地震作用下，本发明的单调曲线；
图9为地震作用下，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所示为一种夹板防屈曲剪切钢板消能器，包括核心耗能构件、防屈曲装置、顶板5和底板7。
所述核心耗能构件为矩形耗能钢板1，所述顶板5和底板7分别固定连接在矩形耗能钢板1的上下两端。
所述防屈曲装置包括两块夹板2、四块导槽板4和加劲肋3；所述两块夹板2分别设置在矩形耗能钢板1的前后两侧、并分别在与矩形耗能钢板1的相对的内侧表面上粘贴一层聚四氟乙烯隔离层9，所述两层聚四氟乙烯隔离层9分别与矩形耗能钢板1的前后两侧表面贴合，所述两块夹板2的上端与顶板5固定；所述四块导槽板4固定在底板7上、分别限制两块夹板2下端的左右两侧沿远离矩形耗能钢板1的前/后方向的移动；所述加劲肋3设置在夹板2背离矩形耗能钢板1的一侧表面。
具体连接方式为：所述夹板2和加劲肋3之间，加劲肋3和加劲肋3之间通过角焊缝连接；所述顶板5和矩形耗能钢板1之间、矩形耗能钢板1和底板7之间通过全透对接焊连接；所述夹板2和顶板5之间、导槽板4和底板7之间通过角焊缝连接。
所述矩形耗能钢板1为低屈服点钢，所述防屈曲装置、顶板5和底板7为普通钢。
所述顶板5上设置有与建筑物连接用的顶板螺栓孔6，所述底板7上设置有与建筑物连接用的底板螺栓孔8；使用时，顶板5通过高强螺栓与梁连接，底板7通过高强螺栓与人字型支撑或中间支柱连接。
当发生地震作用时，结构发生层间位移导致矩形耗能钢板1发生剪切变形。矩形耗能钢板1发生剪切变形之后，易于发生面外屈曲，这时防屈曲装置能够有效地约束矩形耗能钢板1的面外变形，矩形耗能钢板1的受力机制由拉力场机理转化为面内剪切机理，从而提高消能器的承载力，减轻屈曲的影响，改善滞回性能，提高耗能能力。
如图7、图8、图9所示，通过合理的设置，有效地限制了矩形耗能钢板1的面外屈曲变形，提高了承载能力，消除滞回曲线的“捏缩现象”，使得曲线变得饱满，滞回性能得到改善，耗能能力得到加强。采用聚四氟乙烯隔离层9，消除了夹板2和矩形耗能钢板1的摩擦影响。本案既避免直接在矩形耗能钢板1上焊接加劲肋3，产生残余应力和残余变形，又避免在矩形耗能钢板1上开缝或开洞，造成承载力和刚度的削弱，因此具有良好的应用前景。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）设计出矩形耗能钢板1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5和底板7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）根据受力计算和构造要求设计出夹板2的相关参数（长度、宽度、厚度）；
（4）采用胶粘接聚四氟乙烯隔离层9和夹板2；
（5）采用全熔透对接焊连接矩形耗能钢板1和顶板5、底板7。
（6）采用角焊缝连接夹板2和顶板5；
（9）采用角焊缝连接导槽板4和底板7，完成夹板防屈曲剪切钢板消能器的制造；
在整个焊接过程中，不应在矩形耗能钢板1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 (6)
1.夹板防屈曲剪切钢板消能器，其特征在于：包括核心耗能构件、防屈曲装置、顶板（5）和底板（7），所述核心耗能构件为矩形耗能钢板（1），所述顶板（5）和底板（7）分别固定连接在矩形耗能钢板（1）的上下两端，所述防屈曲装置包括两块夹板（2）、四块导槽板（4）和加劲肋（3）；所述两块夹板（2）分别设置在矩形耗能钢板（1）的前后两侧、并分别与矩形耗能钢板（1）的前后两侧面贴合，所述两块夹板（2）的上端与顶板（5）固定；所述四块导槽板（4）固定在底板（7）上、分别限制两块夹板（2）下端的左右两侧沿远离矩形耗能钢板（1）的前/后方向的移动；所述加劲肋（3）设置在夹板（2）背离矩形耗能钢板（1）的一侧表面。
2.根据权利要求1所述的夹板防屈曲剪切钢板消能器，其特征在于：还包括聚四氟乙烯隔离层（9），所述聚四氟乙烯隔离层（9）设置在两夹板（2）内侧表面上。
3.根据权利要求1所述的夹板防屈曲剪切钢板消能器，其特征在于：所述夹板（2）和加劲肋（3）之间，加劲肋（3）和加劲肋（3）之间通过角焊缝连接；所述顶板（5）和矩形耗能钢板（1）之间、矩形耗能钢板（1）和底板（7）之间通过全透对接焊连接；所述夹板（2）和顶板（5）之间、导槽板（4）和底板（7）之间通过角焊缝连接。
4.根据权利要求1所述的夹板防屈曲剪切钢板消能器，其特征在于：所述矩形耗能钢板（1）为低屈服点钢。
5.根据权利要求1所述的夹板防屈曲剪切钢板消能器，其特征在于：所述顶板（5）上设置有与建筑物连接用的顶板螺栓孔（6），所述底板（7）上设置有与建筑物连接用的底板螺栓孔（8）。
6.根据权利要求1所述的夹板防屈曲剪切钢板消能器，其特征在于：所述防屈曲装置、顶板（5）和底板（7）为普通钢。
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