CN112761278B - 一种带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑结构技术领域，公开了一种带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙，包括钢板混凝土、钢管混凝土和混合阻尼器；钢板混凝土固定于钢管混凝土的外侧，以形成一段段墙肢；混合阻尼器包括E型钢板、π型钢板和软钢阻尼件；π型钢板的至少一部分插入E型钢板中，以使E型钢板和π形钢板之间形成交叉部，软钢阻尼件穿过交叉部，并与交叉部连接，软钢阻尼件的两端与E型钢板固定连接，E型钢板和π型钢板的外侧壁分别与相对应的钢板混凝土固定连接，以将一段段墙肢连接成剪力墙，相邻两段墙肢之间设置有若干组混合阻尼器。其有益效果在于：混合阻尼器可直接与钢板焊接，无需预埋钢板、设置锚固钢筋，降低了节点施工难度。

Description

一种带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙
技术领域
本发明涉及建筑结构技术领域，具体涉及一种带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙。
背景技术
近年来，高层和超高层建筑层出不穷。而在高层建筑中，主要利用剪力墙作为抗侧构件来抵抗地震、强风的水平作用。但是由于建筑使用功能需要，在一些层间高度较小的结构层中如转换层、错层等，会形成高度较小、延性差的矮墙，这类矮墙在地震作用下，破坏模式主要为低剪跨比下的剪切破坏，属于脆性破坏，不利于抗震。
在此背景下，一种开缝耗能剪力墙应运而生。
开缝耗能剪力墙是通过在墙体中设置数道竖向开缝，从而使整个墙体分割成若干墙肢，导致剪力墙的破坏模式转化为高剪跨比下的弯曲破坏，极大提高了剪力墙的延性。另外在结构中设置耗能装置，也进一步提高了耗能能力。现有的开缝耗能剪力墙，大多需要现场浇筑，钢筋绑扎，与墙体的连接需要预埋较多钢板和锚固钢筋等，存在施工繁琐，节点连接困难等问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、合理，无需预埋钢板、钢筋，施工简单的带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙，包括钢板混凝土、钢管混凝土和混合阻尼器；所述钢板混凝土固定于钢管混凝土的外侧，以形成一段段墙肢；所述混合阻尼器包括E型钢板、π型钢板和软钢阻尼件；所述π型钢板的至少一部分插入E型钢板中，以使E型钢板和π形钢板之间形成交叉部，所述软钢阻尼件穿过交叉部，并与交叉部连接，所述软钢阻尼件的两端与E型钢板固定连接，所述E型钢板和π型钢板的外侧壁分别与相对应的钢板混凝土固定连接，以将一段段墙肢连接成剪力墙，相邻两段墙肢之间设置有若干组混合阻尼器。
进一步地，所述E型钢板包括第一侧板、顶板、底板和卡接板；所述顶板与第一侧板的顶端连接，所述底板与第一侧板的底端连接，所述卡接板与第一侧板的中部连接，所述卡接板开有条形孔，所述条形孔的延长线垂直于第一侧板，所述π形钢板的至少一部分与卡接板形成交叉部，所述软钢阻尼件穿过卡接板的条形孔和π形钢板，所述软钢阻尼件的两端分别与顶板和底板固定连接。
进一步地，所述π型钢板包括第二侧板、第一支板和第二支板；所述第一支板和第二支板均与第二侧板的一侧面连接，所述第一支板和第二支板之间具有间隔，所述第一支板和第二支板均开有沿条形孔长度方向分布的通孔，通孔之间的间隔与条形孔相对应，所述第一支板和第二支板上的通孔上下相对，所述卡接板穿入第一支板和第二支板的间隔中，以形成交叉部，所述软钢阻尼件穿入通孔和条形孔中，并通过螺母与第一支板和第二支板连接。
进一步地，所述软钢阻尼件包括依次连接的第一软钢阻尼段、螺纹段和第二软钢阻尼段；所述螺纹段穿过交叉部，并通过螺母与交叉部连接，所述第一软钢阻尼段的顶端和第二软钢阻尼段的底端均与E型钢板连接。
进一步地，所述第一软钢阻尼段包括软钢棒，软钢棒的截面直径从两端向中间逐渐减小，软钢棒的一端面与E型钢板连接，另一端面与螺纹段连接。
进一步地，所述第二软钢阻尼段与第一软钢阻尼段相同。
进一步地，所述混合阻尼器还包括摩擦板；所述摩擦板位于交叉部中，所述π型钢板的至少一部分和E型钢板均与摩擦板接触。
进一步地，所述钢管混凝土包括外包钢管和高强混凝土；所述钢板混凝土包括外包钢板和普通混凝土，所述外包钢板固定于外包钢管的一侧或两侧，所述外包钢板内填充普通混凝土，所述外包钢管内填充高强混凝土，相邻两段外包钢板之间通过混合阻尼器连接。
进一步地，相邻两段墙肢之间的混合阻尼器之间具有间隔。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
1、本发明中的剪力墙用钢管、钢板混凝土组合结构代替传统钢筋混凝土结构，利用钢板和钢管对混凝土的约束作用，极大增强了剪力墙的承载能力、刚度和延性，弥补了因开缝所导致的刚度和强度削减；钢管混凝土、钢板混凝土组合结构还可以在工厂预制，无需现场浇筑、钢筋绑扎，可进一步向装配式方向发展。混合阻尼器可直接与钢板焊接，无需预埋钢板、设置锚固钢筋，降低了节点施工难度；同时混合阻尼器内置于墙缝中，节约空间，提高了空间使用效率；另外外包钢板可以兼做模板使用，简化施工，节约成本。
2、本发明中的混合阻尼器耗能机理简单、明确，先由屈服力较小的软钢阻尼件变形耗能。随着地震的作用的增大，软钢阻尼件6屈服、变形、破坏，从而使E型钢板4和π形钢板5可以发生相对水平位移错动，故此时产生摩擦作用，进一步摩擦耗能，形成两道防线，集中耗能，实现多道抗震防线、层级耗能功能，大大提高了墙体抗震性能，提高墙体的安全性，提高了结构整体的延性和耗能减震效果，避免主体结构过早进入变形耗能阶段而发生破坏。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙的结构示意图；
图2示出了图1的俯视图；
图3示出了根据本发明中的混合阻尼器的结构示意图；
图4示出了图3的主视图；
图5示出了根据本发明中E型钢板的结构示意图；
图6示出了根据本发明中π型钢板的结构示意图；
图7示出了根据本发明中软钢阻尼件的结构示意图；
图中，1为钢板混凝土；101为外包钢板；102为普通混凝土；2为钢管混凝土；201为外包钢管；202为高强混凝土；3为混合阻尼器；4为E型钢板；401为第一侧板；402为顶板；403为底板；404为卡接板；405为条形孔；5为π形钢板；501为第二侧板；502为第一支板；503为第二支板；504为通孔；6为软钢阻尼件；601为螺纹段；602为软钢棒；7为螺母；8为摩擦板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例：
如图1-图4所示的带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙，包括钢板混凝土1、钢管混凝土2和混合阻尼器3；所述钢板混凝土1固定于钢管混凝土2的外侧，以形成一段段墙肢；所述混合阻尼器3包括E型钢板4、π型钢板5和软钢阻尼件6；所述π型钢板5的至少一部分插入E型钢板4中，以使E型钢板4和π形钢板5之间形成交叉部，所述软钢阻尼件6穿过交叉部，并与交叉部连接，所述软钢阻尼件6的两端与E型钢板4固定连接，所述E型钢板4和π型钢板5的外侧壁分别与相对应的钢板混凝土1固定连接，以将一段段墙肢连接成剪力墙。实际中，根据需要钢板混凝土1可固定于钢管混凝土2的一侧或两侧，形成一段段墙肢。本实施例中采用钢管、钢板混凝土组成剪力墙，弥补了因竖向开缝所导致的刚度和承载力削减；混合阻尼器3可直接与两侧钢板焊接，无需预埋钢板、钢筋，大大简化了节点施工工序。
相邻两段墙肢之间设置有若干组混合阻尼器3，相邻两段墙肢之间的混合阻尼器3之间具有间隔。相邻阻尼器3之间留有间隔，阻尼器工作时不会互相影响。
如图5所示，所述E型钢板4包括第一侧板401、顶板402、底板403和卡接板404；所述顶板402与第一侧板401的顶端连接，所述底板403与第一侧板401的底端连接，所述卡接板404与第一侧板401的中部连接，所述卡接板404开有条形孔405，所述条形孔405的延长线垂直于第一侧板401，所述π形钢板5的第一支板502和第二支板503与卡接板404形成交叉部，所述软钢阻尼件6穿过卡接板404的条形孔405和π形钢板5，所述软钢阻尼件6的两端分别与顶板402和底板403焊接或通过螺栓连接。
如图6所示，所述π型钢板5包括第二侧板501、第一支板502和第二支板503；所述第一支板502和第二支板503均与第二侧板501的一侧面连接，所述第一支板502和第二支板503之间具有间隔，所述第一支板502和第二支板503均开有沿条形孔405长度方向分布的通孔504，通孔504之间的间隔与条形孔405相对应，所述第一支板502和第二支板503上的通孔504上下相对，所述卡接板404穿入第一支板502和第二支板503的间隔中，条形孔405与对应的通孔504相对，所述软钢阻尼件的螺纹段601穿入通孔504和条形孔405中，通过螺母将螺纹段601分别与第一支板502和第二支板503锁紧。混合阻尼器3还包括摩擦板8；所述摩擦板8填充于第一支板502与卡接板404之间以及第二支板503与卡接板404之间。通过设置摩擦板8，可使第一支板502与卡接板404、第二支板503与卡接板404相互接触，形成摩擦接触面，与软钢阻尼件相结合，组成混合阻尼器(金属形变+摩擦耗能)提高剪力墙的抗震效果。
如图7所示，所述软钢阻尼件6包括依次连接的第一软钢阻尼段、螺纹段601和第二软钢阻尼段；所述螺纹段601穿过卡接板404的条形孔405和第一支板502、第二支板503的通孔504，再通过螺母7锁紧，使其与第一支板502和第二支板503固定为一体，所述第一软钢阻尼段的顶端和第二软钢阻尼段的底端均与E型钢板5的顶板402和底板403连接。
所述第一软钢阻尼段包括软钢棒602，软钢棒602的截面直径从两端向中间逐渐减小，软钢棒602的一端面与E型钢板4连接，另一端面与螺纹段601连接。第二软钢阻尼段与第一软钢阻尼段相同。将软钢阻尼段设置成沙漏状是为了使软钢棒602在中间形成薄弱段，进而发生地震时，易于屈服耗能。
当发生水平地震作用时，先由屈服力较小的软钢阻尼件6变形耗能。随着地震的作用的增大，软钢阻尼件6屈服、变形、破坏，从而使E型钢板4和π形钢板5可以发生相对水平位移错动，故此时产生摩擦作用，进一步摩擦耗能。随后再是剪力墙主体的钢板部分、钢管部分破坏，本实施例中的带混合阻尼器的开缝耗能剪力墙实现了多道防线、层级耗能的抗震设防目标，大大提高了墙体抗震性能，提高墙体的安全性。
所述钢管混凝土2包括外包钢管201和高强混凝土202；所述钢板混凝土1包括外包钢板101和普通混凝土102，所述外包钢板101固定于外包钢管201的一侧或两侧，所述外包钢板101内填充普通混凝土102，所述外包钢管201内填充高强混凝土202，相邻两段外包钢板101之间通过混合阻尼器连接以形成剪力墙。钢管混凝土、钢板混凝土组合结构还可以在工厂预制，无需现场浇筑、钢筋绑扎，可进一步向装配式方向发展。相邻墙肢(相邻钢板混凝土)之间具有竖向通缝分割，改变了剪力墙的受力机制和破坏模式，提高了剪力墙的延性；采用钢管、钢板混凝土组合剪力墙结构，弥补了因竖向开缝所导致的刚度和承载力削减；混合阻尼器直接与两侧钢板连接，大大简化了节点施工工序。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙，其特征在于：包括钢板混凝土、钢管混凝土和混合阻尼器；所述钢板混凝土固定于钢管混凝土的外侧，以形成一段段墙肢；所述混合阻尼器包括E型钢板、π型钢板和软钢阻尼件；所述π型钢板的至少一部分插入E型钢板中，以使E型钢板和π形钢板之间形成交叉部，所述软钢阻尼件穿过交叉部，并与交叉部连接，所述软钢阻尼件的两端与E型钢板固定连接，所述E型钢板和π型钢板的外侧壁分别与相对应的钢板混凝土固定连接，以将一段段墙肢连接成剪力墙；
所述E型钢板包括第一侧板、顶板、底板和卡接板；所述顶板与第一侧板的顶端连接，所述底板与第一侧板的底端连接，所述卡接板与第一侧板的中部连接，所述卡接板开有条形孔，所述条形孔的延长线垂直于第一侧板，所述π形钢板的至少一部分与卡接板形成交叉部，所述软钢阻尼件穿过卡接板的条形孔和π形钢板，所述软钢阻尼件的两端分别与顶板和底板固定连接。
2.根据权利要求1所述的带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙，其特征在于：所述π型钢板包括第二侧板、第一支板和第二支板；所述第一支板和第二支板均与第二侧板的一侧面连接，所述第一支板和第二支板之间具有间隔，所述第一支板和第二支板均开有沿条形孔长度方向分布的通孔，通孔之间的间隔与条形孔相对应，所述第一支板和第二支板上的通孔上下相对，所述卡接板穿入第一支板和第二支板的间隔中，以形成交叉部，所述软钢阻尼件穿入通孔和条形孔中，并通过螺母与第一支板和第二支板连接。
3.根据权利要求1所述的带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙，其特征在于：所述软钢阻尼件包括依次连接的第一软钢阻尼段、螺纹段和第二软钢阻尼段；所述螺纹段穿过交叉部，并通过螺母与交叉部连接，所述第一软钢阻尼段的顶端和第二软钢阻尼段的底端均与E型钢板连接。
4.根据权利要求3所述的带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙，其特征在于：所述第一软钢阻尼段包括软钢棒，软钢棒的截面直径从两端向中间逐渐减小，软钢棒的一端面与E型钢板连接，另一端面与螺纹段连接。
5.根据权利要求4所述的带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙，其特征在于：所述第二软钢阻尼段与第一软钢阻尼段相同。
6.根据权利要求1所述的带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙，其特征在于：所述混合阻尼器还包括摩擦板；所述摩擦板位于交叉部中，所述π型钢板的至少一部分和E型钢板均与摩擦板接触。
7.根据权利要求1所述的带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙，其特征在于：所述钢管混凝土包括外包钢管和高强混凝土；所述钢板混凝土包括外包钢板和普通混凝土，所述外包钢板固定于外包钢管的一侧或两侧，所述外包钢板内填充普通混凝土，所述外包钢管内填充高强混凝土，相邻两段外包钢板之间通过混合阻尼器连接。
8.根据权利要求1所述的带混合阻尼器的开缝耗能钢管剪力墙，其特征在于：相邻两段墙肢之间设置有若干组混合阻尼器，相邻两段墙肢之间的混合阻尼器之间具有间隔。
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