CN111119364A - 一种性能可控的波纹型式可更换消能装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑工程消能减震技术领域，提供了一种性能可控的波纹型式可更换消能装置，主要由波纹钢板和两块连接板组成；波纹钢板为一体结构，其两端分别与连接板焊接，构成“工”字型结构。波纹钢板的波纹可有效避免面外屈曲，提高面外刚度，进而显著降低面内承载力及刚度的退化，滞回曲线饱满，提高耗能能力；通过改变波纹线方向与连接板的夹角，即可以调整波纹钢板的承载力及刚度，实现对平钢板的增强或削弱，进而可精准匹配不同项目对阻尼器的实际需求。与现有技术相比，本发明的制作工艺简单、钢板性能稳定、安装方便，具有高耗能能力、承载力及刚度可控、震后可更换从而快速恢复结构使用功能等优点，可用于提高结构的震后功能可恢复性。

Description

一种性能可控的波纹型式可更换消能装置

技术领域

本发明属于建筑工程消能减震技术领域，具体涉及一种性能可控的波纹型式可更换消能装置。

背景技术

传统的抗震设计理念以保护生命为首要目标，通过延性设计避免结构在地震作用下发生脆性破坏甚至倒塌，从而降低人员伤亡。为实现这一抗震目标，设计规范允许结构主要抗侧力构件发生塑性变形以耗散地震输入能量，使结构构件产生损伤和残余变形，震后结构难以修复进而失去使用功能。最近发生的几次地震再次表明，只以生命安全为抗震设计目标是远远不够的，结构震后的功能可恢复性同等重要。为了实现工程结构的震后功能可快速恢复性，有多种实现方法，例如，通过在结构中引入消能装置耗散地震能量，减小主体结构构件的损伤；通过可更换构件震后迅速恢复结构的功能。

作为消能装置的一种，金属型消能器通过钢板的塑性变形耗散能量，以其构造简单、滞回性能稳定、经济性好等优点得到广泛应用。一旦钢板发生局部屈曲，则其在往复荷载作用下的滞回曲线会发生明显的捏缩效应，不利于耗散地震能量，为了防止钢板在工作状态下发生面外屈曲，常规的做法是在钢板上焊接加劲肋或在钢板外侧布置约束板，但焊接行为会影响钢板性能的稳定性及其抗低周疲劳性能，而在钢板外侧布置约束板一方面增加了制造难度，另外一方面增加了消能器的重量，不利于震后的快速修复及更换。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出了一种性能可控的波纹型式可更换消能装置，该消能装置将钢板的几何截面由矩形变为波纹型式，对钢板提供面外约束，能够显著提高钢板的面外刚度及屈曲强度，同时充分利用钢材的塑性变形来提高其耗散地震能量的能力。

本发明的技术方案：

一种性能可控的波纹型式可更换消能装置，主要由波纹钢板1和两块连接板2组成；波纹钢板1为一体结构，其两端分别与连接板2焊接，构成“工”字型结构；波纹钢板1通过连接板2与周围结构构件连接，方便震后的快速修复及更换。

所述的波纹钢板1焊接于所述两块连接板2的中间位置，波纹钢板1的波纹关于连接板2的中线呈反对称分布。

所述的波纹钢板1的波纹形状为梯形、三角形、三角函数、半圆形等任意形状，波纹线方向与连接板夹角为任意角度。所述波纹钢板的波纹线方向与连接板2的夹角可为0度、45度、90度等任意角度。改变波纹线方向与连接板的夹角，即可以调整波纹钢板的承载力及刚度，可精准匹配不同项目对阻尼器的实际需求。

所述的连接板2的几何尺寸与波纹钢板1的几何尺寸相对应，连接板2上开有螺栓孔，并配套相应的螺栓及螺母组件。

本发明的性能可控的波纹型式可更换消能装置通过高强螺栓固定在两结构梁4的结构柱3之间，或固定在一结构梁4的结构柱3之间，或固定在结构梁4上。

本发明的性能可控的波纹型式可更换消能装置制作方便、快捷，焊接成整体之后通过连接板2与周围构件采用螺栓连接，方便现场安装，并且震后通过拧紧、拆卸螺栓即可实现快速修复、更换的目的。

本发明的有益效果：

(1)本发明的波纹型式可更换消能装置构造简单、制作方便，可在工厂中预制，有利于实现结构的装配化施工，运到现场进行拼装。并且消能装置与结构构件通过螺栓连接，方便震后更换，有效降低了震后修复的费用及时间，提高了建筑结构的震后功能快速恢复的能力。

(2)本发明的波纹型式可更换消能装置的波纹可为钢板提供面外约束，有效避免面外屈曲，提高面外刚度，进而显著降低面内承载力及刚度的退化，滞回曲线饱满，提高耗能能力。另外，本发明的波纹型式可更换消能装置采用轧制方式制作而成，避免在外侧焊接钢板时的焊接热效应对钢板性能产生的不利影响。

(3)本发明的波纹型式可更换消能装置与相同尺寸的平钢板相比，通过改变波纹线方向与连接板的夹角，可以调整消能装置的承载力及刚度，实现对平钢板的增强或削弱，可精准匹配不同项目对阻尼器的实际需求。

(4)在相同承载力的前提下，通过调整本发明的波纹型式可更换消能装置的尺寸、波纹线方向与连接板的夹角，可以得到具有不同刚度的消能装置，从而可实现承载力与刚度的相互独立，进一步可精准匹配不同项目对阻尼器的实际需求。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图，(a)为偏心支撑体系，(b)为钢支撑框架体系，(c)为连柱钢框架体系。

图2为本发明的一种性能可控的波纹型式可更换消能装置的连接示意图。

图3为本发明的一种性能可控的波纹型式可更换消能装置的波纹示意图，(a)梯形波纹，(b)三角形波纹，(c)半圆形波纹。

图4为本发明的一种性能可控的波纹型式可更换消能装置的构造示意图，(a)波纹方向与连接板夹角为0度，(b)波纹方向与连接板夹角为45度，(c)波纹方向与连接板夹角为90度。

图中：1波纹钢板；2连接板；3结构柱；4结构梁；5高强螺栓。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1：如图1所示，本发明是一种性能可控的波纹型式可更换消能装置，主要由波纹钢板1和连接板2组成，该消能装置可放置于不同结构体系的不同位置，例如偏心支撑体系的耗能梁段、钢支撑框架体系的耗能支撑以及连柱钢框架体系的钢柱与钢柱之间等。波纹钢板1在工厂轧制而成，波纹钢板1和两块连接板2焊接连接，波纹钢板1在多遇地震下保持弹性，在设防地震和罕遇地震作用下屈服耗能。

进一步的，如图2所示，波纹钢板1与连接板2焊接成整体之后，与周围结构构件通过高强螺栓5连接，方便震后的修复及更换。

进一步的，如图3所示，所述波纹钢板1的截面为梯形波纹、三角形波纹、半圆形波纹等截面形式，波纹钢板1的波纹起点为斜边中点。

进一步的，如图4所示，所述波纹钢板1的波纹方向与连接板2的夹角可为0度、45度、90度等任意角度。

所述的性能可控的波纹型式可更换消能装置可实现工厂预制、现场拼装。

本发明通过一体成型的波纹钢板耗散地震能量，提高面外刚度，避免面外屈曲，降低面内刚度及承载力的退化程度，使得面内力-位移滞回曲线饱满。同时通过螺栓连接实现震后快速修复的目标。本发明概念清晰，施工方便，造价合理，将广泛应用于高烈度地震区的重要建筑结构中。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的阻尼器形式并不局限于此。应当指出，对于熟悉本领域的技术人员显然可以容易地对这些实施例做出修改和变化。因此，本发明不限于这里的实施例，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，不经创造性的设计出与该技术方案相似的阻尼器形式及实施例，都应该在本发明的保护范围之内，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (5)

1.一种性能可控的波纹型式可更换消能装置，其特征在于，该性能可控的波纹型式可更换消能装置主要由波纹钢板(1)和两块连接板(2)组成；波纹钢板(1)为一体结构，其两端分别与连接板(2)焊接，构成“工”字型结构；波纹钢板(1)通过连接板(2)与周围结构构件连接，方便震后的快速修复及更换。

2.根据权利要求1所述的性能可控的波纹型式可更换消能装置，其特征在于，所述的波纹钢板(1)焊接于所述两块连接板(2)的中间位置，波纹钢板(1)的波纹关于连接板(2)的中线呈反对称分布。

3.根据权利要求1或2所述的性能可控的波纹型式可更换消能装置，其特征在于，所述的波纹钢板(1)的波纹形状为梯形、三角形、三角函数或半圆形，波纹线方向与波纹钢板(1)的夹角为任意角度。

4.根据权利要求1或2所述的性能可控的波纹型式可更换消能装置，其特征在于，所述的连接板(2)的几何尺寸与波纹钢板(1)的几何尺寸相对应，连接板(2)上开有螺栓孔，并配套相应的螺栓及螺母组件。

5.根据权利要求3所述的性能可控的波纹型式可更换消能装置，其特征在于，所述的连接板(2)的几何尺寸与波纹钢板(1)的几何尺寸相对应，连接板(2)上开有螺栓孔，并配套相应的螺栓及螺母组件。

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