CN108005245A - 钢板阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢板阻尼器，用于补强一建物构体。该钢板阻尼器设置于该建物构体的一第一构件及相对该第一构件的一第二构件之间，且包括一第一连接件、一第二连接件、以及一消能件，其中，于该消能件的上端设置一第一端板，于该消能件的下端设置一第二端板，以及于消能件上设置至少一加劲板，其中，所述加劲板与该第一端板、及该第二端板于该消能件之上定义出多个区块，所述区块中，其一最大长边与一短边的比值大于1.5。

Description

钢板阻尼器

技术领域

本发明有关于一种钢板阻尼器，尤指一种设置于建筑的构件之间的钢板阻尼器。

背景技术

地震灾害总是带给人们巨大的生命财产的损失，因此提高建筑物制震特性一直是结构工程发展重要的课题之一，尤其是位于地震带，由于地震频传，造成许多建筑物损害，危及人类生命财产安全，故不仅须补强既有建筑的强度，强化新建结构的耐震能力更是极为重要的减灾方法。

近年来，各种建物的隔震、制震、以及耐震技术不断发展，一般而言，为了确保建筑结构体的强度以抵抗地震或风力的水平外力，通常需要有制震消能装置，其原理主要是借着这些制震消能装置参与消能，以期在强大外力之下可减低结构变形而避免结构破坏。

目前常见的制震系统主要可分为金属降伏制震系统以及黏弹性制震系统。其中，金属降伏制震系统多以钢板材料构成，并通过钢板降伏后的非弹性变形来消散地震能量；而黏弹性制震系统通过特殊的高分子材料的变形特性以吸收结构因地震引起的振动能量。

而含钢板阻尼器的构架(SPD-MRF)为金属降伏制震构架的一种，其利用额外配置的钢板阻尼器于传统抗弯构架之中，以增加劲度、强度、韧性与消能能力的系统，此外，钢板阻尼器也是一种剪力降伏型耐震间柱。然而，现有的钢板阻尼器通常包括弹性段以及消能段，其中弹性段一般使用一般钢材、而消能段使用低降伏强度钢材(LYP steel)，然而，低降伏强度钢材的价格昂贵，且施工不易。因此，目前亟需一种可快速施工、成本低、并能大幅提升建筑物耐震能力的制震系统。

发明内容

为了上述的目的，本发明提供了一种钢板阻尼器，用于补强一建物构体，且该钢板阻尼器设置于该建物构体的第一构件及相对于该第一构件的第二构件之间，该钢板阻尼器包括：一第一连接件，连接该建物构体的一第一构件；一第二连接件，连接该建物构体的一第二构件；一消能件，设置于该第一连接件以及该第二连接件之间；一第一端板，设置于该消能件的一端，并垂直于该消能件，且该第一端板连接于该第一连接件与该消能件之间；一第二端板，设置于该消能件的另一端，并垂直于该消能件，且该第二端板连接于该第二连接件与该消能件之间；以及至少一加劲板，连接于该消能件的至少一表面上并垂直该消能件，其中，所述加劲板与该第一端板、及该第二端板于该消能件上定义出多个区块。

于一较佳实施态样中，于所述区块中，一最大长边与一短边的比值大于1.5。

于一较佳实施态样中，该第一连接件以及该第二连接件的劲度(stiffness)及强度大于该消能件的劲度及强度。因此，于本发明所提供的钢板阻尼器中，该第一连接件以及该第二连接件作为整体阻尼结构中的弹性段，而位于中间的该消能件作为非弹性段，故于地震作用下消能件能以反复剪力降伏变形消释能量，消能件设置适当加劲板可延缓挫屈的发生。

于本发明的一较佳实施态样中，该第一连接件、该第二连接件、以及该消能件各自具有一腹板以及至少一翼板，其位于所述腹板的至少一侧并垂直于该腹板，而该第一连接件、该第二连接件、及该消能件的翼板分别为其边界构材，该第一连接件、该第二连接件、该消能件、所述翼板、以及所述加劲板皆是由钢材所构成。因此，该第一连接件、该第二连接件、以及该消能件可各自选自H型钢、箱型钢、L型钢、I型钢、或U型钢，其中又以H型钢为较佳。

于一实施态样中，所述加劲板的设置方式并无特别的限制，只要其与第一端板、及第二端板所定义出的多个区块中，其一最大长边与一短边的比值大于1.5即可。其中，所述区块中的该最大长边指该消能件上所有被定义出的区块中具有最大边长的区块的长边，而其短边指该区域中平行的两个长边之间的最小直线距离。

所述加劲板可设置于该消能件的同一表面上，或者可于该消能件的两相反表面上设置，而所述加劲板的数量也无特别的限制。举例而言，可于该消能件的一表面上设置一至多个彼此平行排列的第一加劲板，以及一至多个与前述纵向加劲板垂直的第二加劲板；或者可于该消能件的一表面上设置多个彼此平行排列的第一加劲板，并于该消能件的另一表面上设置一或多个与前述第一加劲板垂直的第二加劲板。或者，加劲板可以斜向设置于该消能件之上，或交叉设置于该消能件上，可依需求而设计，并无特别的限制。

所述第一加劲板垂直连接于该第一端板以及该第二端板，而所述第二加劲板垂直于上述的第一加劲板。

承上，于一较佳实施态样中，所述第一加劲板与所述第二加劲板彼此垂直，且分别形成于该消能件的同一表面或相反表面。

于一较佳实施态样中，该区块实质上为一矩形，且该矩形的长宽比大于1.5。

于一较佳实施态样中，该第一连接件以及该第二连接件以焊接方法分别连接至该第一构件以及该第二构件。而该消能件也以焊接方法接合至该第一连接件以及该第二连接件，该第一端板及该第二端板同样以焊接方法连接至该消能件的上下两侧。此外，所述加劲板也以焊接方法接合于该消能件上。

于本发明之钢板阻尼器中，各个元件间以及与该建物构体的一第一构件及第二构件的接合方法并无特别的限制，可利用现有的栓接方法或焊接方法以接合各个元件，然其中以焊接方法为较佳，其操作简单快速，且可降低制备成本。

于另一较佳实施态样中，本发明的钢板阻尼器更包括一第一加强板，其设置于该第一连接件的两侧，并连接该第一构件；以及，该钢板阻尼器还包括一第二加强板，其设置于该第二连接件的两侧，并连接该第二构件。该第一加强板以及该第二加强板增加该第一连接件及该第二连接件与该第一构件及该第二构件之间的连接强度，使得该建物构体受地震作用下，可稳固地将地震能量传递至该消能件区域以进行消能，并确保该第一连接件及第二连接件不发生弯曲或剪力降伏。

于一较佳实施态样中，本发明的钢板阻尼器的该第一连接件及该第二连接件可具有相同的深度，而该消能件的深度可与该第一连接件及该第二连接件的深度不同，可为较长或较短，并无特别的限制，只要该第一连接件及该第二连接件的劲度及强度大于该消能件的劲度及强度即可。

此外，本发明所提供的钢板阻尼器设置于该建物构体的该第一构件以及相对于该第一构件的该第二构件之间，而相对的该第一构件与该第二构件可为该建物构体的上梁及下梁，在此情况下，该钢板阻尼器为直立设置。然而，相对的该第一构件与该第二构件也可为该建物构体的柱与柱之间，在此情况下，该钢板阻尼器为横向设置于两柱之间。

本发明所提供的钢板阻尼器，可使用一般常用的钢材即可制备该钢板阻尼器，不须使用低降伏强度的特殊钢材，可大幅降低制备成本，此外，本发明所提供的钢板阻尼器与结构体的上梁及下梁较佳通过焊接方法互相接合，且该钢板阻尼器结构的第一连接件、消能件、第二连接件之间，以及边界板及加劲板较佳也通过焊接方法接合至消能件上，故本发明的钢板阻尼器的组装方法简单，可减少制备的时间成本。

附图说明

图1是本发明实施例1中钢板阻尼器的正面示意图。

图2是本发明实施例1中钢板阻尼器的侧面示意图。

图3是本发明实施例2中钢板阻尼器的正面示意图。

图4是本发明实施例2中钢板阻尼器的侧面示意图。

图5是本发明实施例3中钢板阻尼器的正面示意图。

图6是本发明实施例4中钢板阻尼器的正面示意图。

图7是本发明实施例5中钢板阻尼器的正面示意图。

图8是本发明实施例5中第一连接件的剖面图。

图9是本发明实施例5中另一实施态样的第一连接件的剖面图。

图10是本发明实施例6中钢板阻尼器的正面示意图。

图11是本发明测试例1中加载历时的示意图。

图12是本发明测试例1中测试结果的示意图。

附图标记说明

1000、2000、3000、4000、5000、6000 钢板阻尼器

1 第一连接件

2 第二连接件

3 消能件

11、21、31 腹板

12、22、32 翼板

13、23 贴板

14、24 加强板

4、4’ 区块

5 加劲板

51 第一加劲板

52 第二加劲板

53 斜向加劲板

6 第一端板

7 第二端板

81 第一加强板

82 第二加强板

91 第一构件

92 第二构件

D1、D1’ 最大长边

D2、D2’ 短边

L1、L2 深度

具体实施方式

在下文中，将提供实施例以详细说明本发明的实施态样。本发明的优点以及功效将通过本发明所公开的内容而更为显著。在此说明所附的图式为简化过且作为例示用。图式中所示的元件数量、形状及尺寸可依据实际情况而进行修改，且每一构件的配置可能更为复杂。本发明中也可进行其他方面的实践或应用，且不偏离本发明所定义的精神及范畴的条件下，可进行各种变化以及调整。

实施例1

本实施例所提供的钢板阻尼器1000如图1及图2所示，其中，图1为该钢板阻尼器1000的正面示意图，而图2为该钢板阻尼器1000的侧面示意图。如图所示，该钢板阻尼器1000包括一第一连接件1；一第二连接件2；一消能件3；两个加劲板5；一第一端板6；以及一第二端板7。其中，该第一连接件1、该第二连接件2、以及该消能件3依序各自具有一腹板11、21、31以及于该腹板两侧的两翼板12、22、32的H形钢所构成。且该第一连接件1通过焊接方法与一建物构体的第一构件(上梁)91连接，该第二连接件2通过焊接方法与该建物构体的第二构件(下梁)92连接，而该消能件3通过焊接方法接合于该第一连接件1与该第二连接件2之间。或者，该第一连接件1及该第二连接件2也可以通过栓锁的方式分别与建物构体的第一构件(上梁)91及第二构件(下梁)92连接，在此不作限制。

以及，所述加劲板5为纵向的第一加劲板51，其形成于该消能件3的腹板31的同一表面，且所述加劲板5的上端连接至该第一端板6，其下端则连接至该第二端板7，而如图所示，所述加劲板5、第一端板6、第二端板7、以及该消能件3的翼板32于该消能件3上定义出三个呈矩形的区块4，而其中，所述三个区块4中，其最大长边D1(矩形区块4的长边)与一短边D2(矩形区块4的短边)的比值大于1.5。

另外，该钢板阻尼器1000还包括两个第一加强板81，其设置于该第一连接件1的两侧，并连接该第一构件91；以及两个第二加强板82，其设置于该第二连接件2的两侧，并连接该第二构件92。第一加强板81以及第二加强板82可强化第一连接件1与第一构件91之间以及第二连接件2与第二构件92之间的连接强度。

另外，于本实施例的钢板阻尼器中，除了其该消能件3由SN400B钢材所构成，其余元件皆使用SN490B钢材所构成，而其尺寸设计如表1所示。

实施例2

本实施例所提供的钢板阻尼器2000如图3及图4所示，其中，图3是该钢板阻尼器2000的正面示意图，而图4是该钢板阻尼器2000的侧面示意图。如图所示，本实施例的钢板阻尼器2000大致上与实施例1所提供的钢板阻尼器1000相同，其不同在于所述加劲板5的数量为3，包括两个纵向的第一加劲板51、以及一个横向的第二加劲板52，且两个第一加劲板51与第二加劲板52形成于该消能件3的不同表面上。也因此，如图所示，所述加劲板5与第一端板6、第二端板7、以及消能件3的翼板32于该消能件3上定义出六个呈矩形的区块4，而其中，所述六个区块4中，其最大长边D1(矩形区块4的长边)与一短边D2(矩形区块4的短边)的比值大于1.5。

表1

实施例3

本实施例所提供的钢板阻尼器3000如图5所示，该钢板阻尼器3000大致上与实施例1所提供的钢板阻尼器1000相同，其不同在于加劲板的排列方式以及数量。如图5所示，所述加劲板5的数量为八，且为斜向排列，而所述斜向加劲板53彼此平行，并设置于该消能件3的腹板31的同一表面上。因此，如图所示，所述斜向加劲板5于该消能件3上定义出九个区块，而所述九个区块中，具有最大长边的区块为区块4’，而其最大长边D1’与其短边D2’的比值大于1.5。

实施例4

本实施例所提供的钢板阻尼器4000如图6所示，其包括一第一连接件1、一第二连接件2、一消能件3、一加劲板5、一第一端板6、以及一第二端板7。于本实施例中，消能件3的深度L2小于第一连接件1及第二连接件2的深度L1，而该第一连接件1及该第二连接件2的劲度及强度大于该消能件3的劲度及强度。其中，该第一连接件1、该第二连接件2、以及该消能件3依序各自具有一腹板11、21、31以及于该腹板两侧的两翼板12、22、32的H形钢所构成。且该第一连接件1通过焊接方法或栓锁方式与一建物构体的第一构件(上梁)91连接，该第二连接件2通过焊接方法或栓锁方式与该建物构体的第二构件(下梁)92连接，而该消能件3通过焊接方法接合于该第一连接件1与该第二连接件2之间。此外，设置于消能件上的加劲板的数量为3，包括两个第一加劲板(纵向)51以及一个第二加劲板(横向)52，且第一加劲板51与第二加劲板52形成于该消能件3上的不同表面上。而如图所示，所述加劲板5、第一端板6、第二端板7、及消能件3的翼板32于消能件3上定义出六个呈矩形的区块4，且其最大长边与一短边的比值大于1.5。

实施例5

本实施例所提供的钢板阻尼器5000如图7所示，如图所示，该钢板阻尼器5000包括一第一连接件1、一第二连接件2、一消能件3、三个加劲板5、一第一端板6、以及一第二端板7。而其中，该钢板阻尼器5000的第一连接件1、第二连接件2、及消能件3由同一个宽翼H型钢板所构成，并依序各自具有一腹板11、21、31以及于该腹板两侧的两翼板12、22、32。然第一连接件1以及第二连接件2更各自包括两个贴板13、23，设置于该H型钢板的腹板11、21正反表面处使得第一连接件1及第二连接件2的劲度及强度大于该消能件3的劲度及强度。

详细而言，请参照图8所示的第一连接件1的截面图，所述贴板13可贴合至该H型钢板的腹板11的正反表面上，以提升该第一连接件1的强度及劲度，或者也可如图9所示，所述贴板13平行于该H型钢板的腹板而设置，也可提升第一连接件1的强度及劲度。其中，第二连接件2的截面与第一连接件1的截面相同，所述贴板也提供第二连接件2的强度及劲度，使得第一连接件1及第二连接件2的劲度及强度接大于消能件3的劲度及强度。

此外，消能件3上的加劲板5的数量为3，包括两个纵向的第一加劲板51以及一个横向的第二加劲板52，且第一加劲板51与第二加劲板52形成于该消能件3上的不同表面上，所述加劲板5、第一端板6、及第二端板7于消能件3上定义出六个呈矩形的区块4，且其最大长边D1(矩形区块的长边)与一短边D2(矩形区块的短边)的比值大于1.5。

实施例6

本实施例所提供的钢板阻尼器6000如图10所示，该钢板阻尼器6000大致上与实施例5所提供的钢板阻尼器5000相同，其不同在于该第一连接件1以及该第二连接件2各自包括彼此交叉的两个加强板14、24，设置于该H型钢板的腹板11、21的一表面上、或各自设置于腹板11、21的正反两表面上。举例而言，如图10所示的两个加强版14可设置于腹板11的同一表面上，或者两个加强版24可设置于腹板21的不同表面上，可依需求而设置，以提供第一连接件1及第二连接件2的劲度及强度，使得第一连接件1及第二连接件2的劲度及强度大于消能件3的劲度及强度。

测试例1-钢板阻尼器反复载重试验

本测试例以实施例1及实施例2所提供的钢板阻尼器1000、2000作为试体，使用多自由度多功能构件试验系统(Multi-Axial Testing System，MATS)以进行反复载重试验，MATS可施加垂直力、侧向力、与倾倒弯矩共，六个自由度。本试验的加载历时根据[AISC341-102010]关于梁购件的反复载重试验规范，面内方向位移角依序为：0.125％、0.375％、0.50％、0.75％、1.0％、1.5％、2％、3％、4％、及5％。假设楼高为3.6公尺，每个位移角依序进行6、6、6、6、4、2、2、2、2、2次循环，加载历时如图6所示，其余边界条件为MATS上下端无旋转，试体在试验过程中处于无轴力状态，且试体上下端在面外方向无相对位移。

实施例1及实施例2所提供的钢板阻尼器1000、2000两组试验结果如图7所示，其消能件最大剪力变形可达0.11。而经计算，可得知实施例1的钢板阻尼器1000的累积塑性变形(Cumulative Plastic Deformation，CPD)为127，而实施例2的钢板阻尼器2000的CPD为143。证实本发明所提供的加劲板可延缓挫屈，且具备相近的韧性容量。

由本测试例的结果可发现，实施例1及实施例2所提供的钢板阻尼器的消能件区域的剪力变形皆可达0.11弧度，且累积塑性变形可达127以上，代表本发明所设计的钢板阻尼器具有高韧性与高消能容量。故于地震作用下，于钢板阻尼器核心段的消能件能以反复剪力降伏变形消释能量，而设置于消能件上的加劲板可延缓挫曲的发生。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种钢板阻尼器，用于补强一建物构体，该钢板阻尼器设置于该建物构体的一第一构件以及相对于该第一构件的一第二构件之间，且包括：

一第一连接件，连接该建物构体的该第一构件；

一第二连接件，连接该建物构体的该第二构件；

一消能件，设置于该第一连接件以及该第二连接件之间；

一第一端板，设置于该消能件的一端并垂直于该消能件，且该第一端板连接于该第一连接件与该消能件之间；

一第二端板，设置于该消能件的另一端并垂直于该消能件，且该第二端板连接于该第二连接件与该消能件之间；以及

至少一加劲板，连接于该消能件的至少一表面上并垂直于该消能件；

其中，所述加劲板与该第一端板、及该第二端板于该消能件上定义出多个区块。

2.根据权利要求1所述的钢板阻尼器，其中，所述区块中，其一最大长边与一短边的比值大于1.5。

3.根据权利要求1所述的钢板阻尼器，其中，该第一连接件以及该第二连接件的劲度及强度大于该消能件的劲度及强度。

4.根据权利要求1所述的钢板阻尼器，其中，该第一连接件、该第二连接件、以及该消能件各自具有一腹板、以及至少一翼板，所述翼板位于所述腹板的至少一侧并垂直于该腹板。

5.根据权利要求1所述的钢板阻尼器，其中，该第一连接件、该第二连接件、以及该消能件分别选自H型钢、箱型钢、L型钢、I型钢、或U型钢。

6.根据权利要求4所述的钢板阻尼器，其中，该第一连接件、该第二连接件、以及该消能件为H型钢。

7.根据权利要求1所述的钢板阻尼器，其中，所述加劲板包括至少一第一加劲板，所述第一加劲板垂直连接于该第一端板以及该第二端板。

8.根据权利要求6所述的钢板阻尼器，其中，所述加劲板还包括至少一第二加劲板，所述第二加劲板垂直于所述第一加劲板。

9.根据权利要求7所述的钢板阻尼器，其中，所述第一加劲板与所述第二加劲板分别形成于该消能件的同一表面或相反表面。

10.根据权利要求1所述的钢板阻尼器，其中，该区块实质上为一矩形，且该矩形的长宽比大于1.5。

11.根据权利要求1所述的钢板阻尼器，其中，所述加劲板以焊接方法连接至该消能件上。