CN104947832B - 接触式防屈曲钢板剪力墙及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种接触式防屈曲钢板剪力墙及其制造方法。接触式防屈曲钢板剪力墙包括内嵌钢板、翼缘、加劲肋和隔离层。翼缘焊接于内嵌钢板左右两侧，加劲肋布置在内嵌钢板的前后两侧，并支承在翼缘上。本发明提供的接触式防屈曲钢板剪力墙，避免了对内嵌钢板开缝或开洞，削弱内嵌钢板的截面尺寸、破坏拉力带，造成承载力和刚度的降低，同时也避免在内嵌钢板上采用焊接工艺，造成内嵌钢板低周疲劳性能的降低。本发明接触式防屈曲钢板剪力墙结构简单、施工方便，耗能性能优良，适用范围广泛，能够在地震作用时消耗地震输入的能量，保护主体结构免遭破坏。

Description

接触式防屈曲钢板剪力墙及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种工程结构减震装置及其制造工艺，尤其涉及接触式防屈曲钢板剪力墙及其制造方法，属于工程结构的消能减震与振动控制技术。

背景技术

钢板剪力墙是一种新型抗侧力体系，主要应用在日本、北美等地震高烈度区，是一种常见的消能装置。钢板剪力墙由内嵌钢板和边缘构件组成。根据内嵌钢板的高厚比，钢板剪力墙可分为厚钢板剪力墙和薄钢板剪力墙。厚钢板剪力墙有较大的初始刚度，一般不会发生弹性屈曲，而薄钢板剪力墙在侧向力较小时就易发生弹性屈曲，通常薄钢板剪力墙比厚钢板剪力墙耗钢量小，因此经济性更优。国内外的研究成果表明，利用薄钢板剪力墙屈曲后强度可以显著降低用钢量，提高经济效益。

目前日本，美国等国家几乎都是从剪切弹性屈曲不先于剪切屈服来设计钢板剪力墙，这种以弹性屈曲荷载作为承载力极限状态，一方面不能充分利用钢板屈曲后强度，造成钢板材料的浪费，降低消能器的经济性能，另一方面近三十年来的试验研究已经表明薄钢板的屈曲并不意味着承载力的丧失，构件失效由薄钢板的极限强度控制。故通过合理的防屈曲设计就可以达到既充分利用钢板的实际强度，又阻止或减缓屈曲的发生。

目前钢板防屈曲的措施主要有三种：焊接加劲肋、板上开竖缝、对拉混凝土盖板。焊接加劲肋，无论是十字加劲还是交叉加劲，焊接加工不可避免的会产生残留应力，残留变形，影响钢板的力学性能。由于钢板较薄，施焊起来容易“烧穿”，大量焊接部位不可避免地存在裂纹、夹杂等缺陷，在往复荷载作用下，裂纹易迅速扩展并很快发生脆性断裂，降低了钢板的延性。其次，加劲肋易发生局部屈曲，降低加劲肋的加劲效率，反复的局部屈曲加速了加劲肋的断裂，最终失去加劲作用。

板上开竖缝，在钢板上开竖缝，变钢板的整体剪切变形为缝间立柱的弯曲变形，从而提高板的延性，但施工工艺较为复杂。由于钢板受到分割，拉力场的路径不通畅，难以形成完整的拉力场，因而提供的承载力有限。其次，竖缝对钢板的刚度和承载力削弱较大，一般无法单独作为结构的主要抗侧力体系工作，其滞回曲线呈现很明显的剪切滑移型特征。同时，在钢板上开竖缝会大量增加制作费用，且使得钢板的分析参数繁多，设计方法更加复杂，另外设计参数骤增，难于掌握且理论预测精度不高。

对拉混凝土盖板，在内嵌钢板上对拉混凝土盖板，由于混凝土的抗拉强度较低，随着层间位移的加大，当应力较大时，混凝土容易开裂，延性大幅降低，丧失对钢板的约束。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接触式防屈曲钢板剪力墙及其制造方法，以解决现有技术中焊接加劲肋、板上开竖缝、对拉混凝土盖板等钢板剪力墙防屈曲方案中的不足，本发明提供一种设计简单、加工方便、安装便捷、性能稳定可靠的接触式防屈曲钢板剪力墙，能够增加结构刚度，消耗地震输入能量，保护主体结构。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下，

接触式防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，包括内嵌钢板1、翼缘2和加劲肋3，翼缘2焊接于内嵌钢板1左右两侧，加劲肋3布置在内嵌钢板1的前后两侧，并支承在翼缘2上。

优选的，所述的接触式防屈曲钢板剪力墙还包括边缘梁4和边缘柱5，内嵌钢板1上下两端与边缘梁4连接，边缘柱5位于翼缘2外侧。

优选的，所述翼缘2和边缘柱5脱开，之间留有适当间距。

优选的，所述的接触式防屈曲钢板剪力墙，还包括隔离层6，隔离层6位于加劲肋3与内嵌钢板1之间。

优选的，所述隔离层6为聚四氟乙烯隔离层等光滑材料。

优选的，所述翼缘2上开设有安装孔7，加劲肋3贯穿翼缘2上的安装孔7，布置在内嵌钢板1的前后两侧。

优选的，所述加劲肋3一端焊接固定在翼缘2上，另一端自由。

优选的，所述内嵌钢板1的材质为低屈服点、高延性钢材。

优选的，所述翼缘2和加劲肋3的材质为普通钢材。

优选的，所述加劲肋3，采用矩形钢管、圆形钢管、角钢或槽钢等型钢。

优选的，所述内嵌钢板1与边缘梁4的连接方式为焊接或螺栓连接。

本发明还提供一种上述接触式防屈曲钢板剪力墙的制造方法，包括如下步骤：

步骤一：焊接内嵌钢板1和翼缘2；

步骤二：将加劲肋3布置在内嵌钢板1的前后两侧，并支承在翼缘2上。

优选的，所述内嵌钢板1的尺寸根据工程需要的性能参数设计算出。

优选的，所述工程需要的性能参数包括屈服位移、弹性刚度、屈服力。

优选的，所述翼缘2的尺寸根据受力计算设计，所述加劲肋3的截面尺寸、数量以及间距根据受力计算和面外刚度要求设计。

优选的，所述步骤二还包括，在加劲肋3与内嵌钢板1之间粘接隔离层6，隔离层6为聚四氟乙烯隔离层等光滑材料。

优选的，所述步骤二还包括，在翼缘2上需要支承加劲肋3的位置开设安装孔7，加劲肋3贯穿翼缘2的安装孔7，布置在内嵌钢板1的前后两侧。

优选的，采用焊接固定加劲肋的一侧，另一侧自由。

优选的，接触式防屈曲钢板剪力墙的制造方法还包括将内嵌钢板与边缘梁连接在一起。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

首先，本发明提供的接触式防屈曲钢板剪力墙，避免了在内嵌钢板上开缝或开洞，造成拉力带的破坏，导致钢板承载力和刚度的削弱；

其次，还避免了直接在内嵌钢板上焊接加劲肋，产生残余应力、残余变形，形成薄弱部位，导致钢板低周疲劳性能的降低；

同时，可以通过改变加劲肋的截面尺寸、数量、间距，能够灵活调整面外刚度，获得最优防屈曲方案，而且加劲肋不参与结构水平受力，避免像混凝土盖板等加劲装置在应力较大时开裂的缺点，能够持续有效地为内嵌钢板提供侧向支撑，提高内嵌钢板的耗能性能。

通过设置隔离层，消除了加劲肋与内嵌钢板摩擦力的影响。

通过内嵌钢板只与边缘梁连接，翼缘与边缘柱留有空隙，保证了钢板的拉力带锚固在两侧翼缘上，避免对边缘柱产生附加弯矩。本发明结构简单、施工方便，耗能性能优良，适用范围广泛，能够在地震作用时消耗地震输入的能量，保护主体结构免遭破坏。

附图说明

图1为本发明的组成构件图；

图2为本发明的正视结构示意图；

图3为本发明的横向剖面示意图；

图4为本发明的竖向剖面示意图；

图5为本发明的安装示意图；

图6为无防屈曲钢板剪力墙的滞回曲线；

图7为本发明的防屈曲钢板剪力墙的滞回曲线。

图中，

1：内嵌钢板；2：翼缘；3：加劲肋；4：边缘梁；5：边缘柱；6：隔离层；7：安装孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的接触式防屈曲钢板剪力墙及其制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1-5所示，为一种接触式防屈曲钢板剪力墙，包括内嵌钢板1、翼缘2和加劲肋3，翼缘2焊接于内嵌钢板1左右两侧，加劲肋3布置在内嵌钢板1的前后两侧，并支承在翼缘2上，约束内嵌钢板1的面外变形。

优选的，所述的接触式防屈曲钢板剪力墙还包括边缘梁4和边缘柱5，内嵌钢板1上下两端与边缘梁4连接，边缘柱5位于翼缘2外侧。

优选的，所述翼缘2和边缘柱5脱开，之间留有适当间距，使得内嵌钢板1的拉力带锚固在两侧翼缘2上，避免对边缘柱5产生附加弯矩。

优选的，所述的接触式防屈曲钢板剪力墙，还包括隔离层6，隔离层6位于加劲肋3与内嵌钢板1之间，以消除加劲肋3和内嵌钢板1摩擦力的影响。

优选的，所述隔离层6为聚四氟乙烯隔离层等光滑材料，聚四氟乙烯等光滑材料的摩擦系数极低，可以有效的减小加劲肋3和内嵌钢板1之间的摩擦力。

优选的，所述翼缘2上开设有安装孔7，加劲肋3贯穿翼缘2上的安装孔7，布置在内嵌钢板1的前后两侧。

优选的，所述加劲肋3一端焊接固定在翼缘2上，另一端自由。

优选的，所述内嵌钢板1的材质为低屈服点、高延性钢材。

优选的，所述翼缘2和加劲肋3的材质为普通钢材。

优选的，所述加劲肋3，采用矩形钢管、圆形钢管、角钢或槽钢等型钢。

优选的，所述内嵌钢板1与边缘梁4的连接方式为焊接或螺栓连接。

本发明还提供一种上述接触式防屈曲钢板剪力墙的制造方法，包括如下步骤：

步骤一：焊接内嵌钢板1和翼缘2；

步骤二：将加劲肋3布置在内嵌钢板1的前后两侧，并支承在翼缘2上。

优选的，所述内嵌钢板1的尺寸(长度、高度、厚度)根据工程需要的性能参数设计算出。

优选的，所述工程需要的性能参数包括屈服位移、弹性刚度、屈服力等。

优选的，所述翼缘2的尺寸(宽度、厚度)根据受力计算设计，所述加劲肋3的截面尺寸、数量以及间距根据受力计算和面外刚度要求设计。

优选的，所述步骤二还包括，在加劲肋3与内嵌钢板1之间粘接隔离层6，隔离层6为聚四氟乙烯隔离层等光滑材料。

优选的，所述步骤二还包括，在翼缘2上需要固定加劲肋3的位置开设安装孔7，加劲肋3贯穿翼缘2的安装孔7，布置在内嵌钢板1的前后两侧。

优选的，采用焊接固定加劲肋的一侧，另一侧自由。

优选的，接触式防屈曲钢板剪力墙的制造方法还包括将内嵌钢板与边缘梁连接在一起，采用焊接或高强螺栓连接内嵌钢板和边缘梁，完成接触式防屈曲钢板剪力墙的制造与安装。

在整个焊接过程中，不应在内嵌钢板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。

当发生地震作用时，结构发生层间位移导致内嵌钢板1发生剪切变形。钢板发生剪切变形之后，易于发生面外屈曲，这时加劲肋3能够有效地约束内嵌钢板1的面外变形，内嵌钢板的受力机制由拉力场机理转化为面内剪切机理，从而提高内嵌钢板的承载力，减轻屈曲的影响，改善滞回性能，提高耗能能力。

通过合理的设计，加劲肋3有效地限制了内嵌钢板1的面外屈曲变形，提高了承载能力，消除滞回曲线中的“捏缩现象”(如图6所示)，使得滞回曲线变得饱满(如图7所示)，滞回性能得到改善，耗能能力得到加强。

本发明的防屈曲方案既避免在钢板上开缝或开洞，造成承载力和刚度的削弱，又避免直接在钢板上焊接加劲肋，产生残余应力和残余变形，同时具有结构简单、施工方便、经济性好的优点，具有良好的应用前景。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.接触式防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，包括内嵌钢板(1)、翼缘(2)和加劲肋(3)，所述翼缘(2)焊接于内嵌钢板(1)左右两侧，所述加劲肋(3)布置在内嵌钢板(1)的前后两侧，并支承在翼缘(2)上；

所述翼缘(2)上开设有安装孔(7)，所述加劲肋(3)贯穿翼缘(2)上的安装孔(7)，布置在内嵌钢板(1)的前后两侧；

所述加劲肋(3)一端焊接固定在翼缘(2)上，另一端自由。

2.根据权利要求1所述的接触式防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，还包括边缘梁(4)和边缘柱(5)，所述内嵌钢板(1)上下两端与边缘梁(4)连接，所述边缘柱(5)分别位于两个翼缘(2)的外侧。

3.根据权利要求2所述的接触式防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，所述翼缘(2)和边缘柱(5)脱开，之间留有间距。

4.根据权利要求1所述的接触式防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，还包括隔离层(6)，所述隔离层(6)位于加劲肋(3)与内嵌钢板(1)之间。

5.根据权利要求4所述的接触式防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，所述隔离层(6)为光滑材料。

6.根据权利要求5所述的接触式防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，所述隔离层(6)为聚四氟乙烯隔离层。

7.如权利要求1所述的接触式防屈曲钢板剪力墙的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：焊接内嵌钢板(1)和翼缘(2)；

步骤二：将加劲肋(3)布置在内嵌钢板(1)的前后两侧，并支承在翼缘(2)上。

8.根据权利要求7所述的接触式防屈曲钢板剪力墙的制造方法，其特征在于，根据工程需要的性能参数计算设计出所述内嵌钢板(1)的尺寸。

9.根据权利要求8所述的接触式防屈曲钢板剪力墙的制造方法，其特征在于，所述工程需要的性能参数包括屈服位移、弹性刚度、屈服力。

10.根据权利要求7所述的接触式防屈曲钢板剪力墙的制造方法，其特征在于，根据受力计算设计出所述翼缘(2)的尺寸，根据受力计算和面外刚度要求设计出所述加劲肋(3)的截面尺寸、数量以及间距。

11.根据权利要求7所述的接触式防屈曲钢板剪力墙的制造方法，其特征在于，所述步骤二还包括，在加劲肋(3)与内嵌钢板(1)之间粘接隔离层(6)，所述隔离层(6)为聚四氟乙烯隔离层。

12.根据权利要求7所述的接触式防屈曲钢板剪力墙的制造方法，其特征在于，所述步骤二具体包括，在翼缘(2)上需要支承加劲肋(3)的位置开设安装孔(7)，所述加劲肋(3)贯穿翼缘(2)的安装孔(7)，布置在内嵌钢板(1)的前后两侧。