CN113931337A - 波纹钢板消能器 - Google Patents

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王海巍
张福寿
张凯强
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Shanghai Steel Building Damper Technology Co ltd
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Abstract

本发明公布了波纹钢板消能器，包括有消能柱、波纹钢板和槽钢，所述消能柱为两根，两根消能柱平行设置，所述槽钢和所述波纹钢板均安装在两根消能柱之间，所述波纹钢板安装在上下设置的两个槽钢之间，所述消能柱的两端各连接一个带有转动摩擦的支座。消能柱的两端连接有带有转动摩擦的支座，一方面，增加了消能柱与支座连接的接触面，有效避免应力集中，并提高消能器的侧向刚度；另一方面，在构件产生较小往返侧向位移时，消能柱端部产生转动，进行转动摩擦耗能，使得消能器在小位移下即可进入耗能，在构件产生较大位移时与波纹钢板协同耗能，提高耗能效率。为主体结构提供附加阻尼。

Description

波纹钢板消能器
技术领域
本发明涉及结构减震装置，特别涉及波纹钢板消能器。
背景技术
我国是个地震灾害频发的国家，每年平均因地震造成的经济损失平均可达数百亿元。随着经济水平以及工程技术的不断提高，我国对建筑结构抗震安全性的要求也随之提高。减震技术作为一种新型的有效抗震措施，在近十年来也因此更多地投入到实际工程项目应用中。
目前常用的耗能装置有粘滞消能器、摩擦型消能器、防屈曲约束支撑、金属剪切型消能器、耗能型钢板剪力墙、波纹钢板墙。传统的波纹钢板消能器约束边柱与主体梁或者连接墩往往是采用固结，在连接端部容易因为端部弯矩较大出现疲劳损伤。而将边柱与主体梁连接改为铰接则会使得消能器的整体抗侧刚度偏弱，耗能效果较低，且铰接容易产生应力集中导致局部构件受损。同时，一般选用的约束边柱截面较小，不承受或者仅承受较小的竖向荷载，在加固项目中不能更好地分担主体柱子的竖向荷载。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波纹钢板消能器，该消能器避开了传统的波纹钢板消能器约束边柱端部易损坏的缺欠，同时在较小侧向位移下既可进入耗能状态，并能承受侧向和竖向荷载。
为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案如下：
波纹钢板消能器，包括有消能柱、波纹钢板和槽钢，所述消能柱为两根，两根消能柱平行设置，所述槽钢和所述波纹钢板均安装在两根消能柱之间，所述波纹钢板安装在上下平行设置的两个槽钢之间，所述消能柱的两端各连接一个带有转动摩擦的支座。
进一步地，所述带有转动摩擦的支座包括支座角钢、支座加劲板、支座耳板、高强螺栓、螺栓垫片和摩擦片，所述支座耳板与所述消能柱端部连接，所述支座角钢对称布置于支座耳板两侧，所述支座加劲板安装在所述支座角钢两侧，所述摩擦片贴于所述支座角钢内侧，所述摩擦片位于所述支座角钢与所述支座耳板之间，所述螺栓垫片位于所述支座角钢外侧，通过所述高强螺栓将所述螺栓垫片、所述支座角钢、所述摩擦片、所述支座耳板串接起来。
进一步地，在两根所述消能柱之间设置有2-5片波纹钢板,上下相邻的两片波纹钢板之间留有空隙。
进一步地，所述波纹钢板选用低屈服点钢材。
进一步地，所述消能柱的横截面是H字型、口字型或者曰字型中的一种，所述消能柱内设有加劲板，所述加劲板在消能柱沿高度方向的布置位置为槽钢的腹板型心高度和波纹板型心所在高度位置。
进一步地，一种优选方式是：所述波纹钢板和所述槽钢的左右两侧分别焊接在所述消能柱内侧。
更进一步地，另一种优选方式是：所述波纹钢板和槽钢的左右两侧各焊接一片矩形板，所述波纹钢板和槽钢分别通过螺栓和矩形板与消能柱连接。
本发明所具有的优点和有益效果是：
本发明消能柱的两端连接有带有转动摩擦的支座，相比于消能柱直接采用销轴与支座连接，一方面，增加了消能柱与支座连接的接触面，有效避免应力集中，并提高消能器的侧向刚度；另一方面，在构件产生较小往返侧向位移时，消能柱端部产生转动，进行转动摩擦耗能，使得消能器在小位移下即可进入耗能，在构件产生较大位移时与波纹钢板协同耗能，提高耗能效率。为主体结构提供附加阻尼。
本发明中的消能柱既可以有效地约束波纹钢板，同时可承受较大竖向以及侧向荷载，为主体结构提供竖向和侧向刚度。
本发明两根消能柱之间通过连接波纹钢板，使得消能柱转动时带动波纹钢板产生剪切变形耗能。同时，波纹钢板通过折叠可起到自身成肋的效果，面外防屈曲性能强，无需多余的防屈曲约束装置，使得消能器构件更为轻盈，便于运输和安装。
本发明融合了摩擦阻尼器在较小位移下即可实现耗能的特点、波纹板面外稳定性强的特点以及消能柱承载以及传递荷载的能力强的特点，使得本发明可实现转动摩擦与波纹钢板双阶耗能，耗能性能高，同时承受竖向以及侧向荷载，构件轻盈、制作工艺简洁。
附图说明
下面结合附图和对本发明做进一步的说明：
图1为本发明波纹钢板消能器的立体结构示意图；
图2为图1中A-A剖面图；
图3为图1中B-B剖面图；
图4为本发明波纹钢板消能器的主视图。
图中：1为支座角钢、2为支座加劲板、3为支座耳板、4为高强螺栓、5为螺栓垫片、6为摩擦片、7为消能柱、8为波纹钢板、9为槽钢，10为加劲板。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明进行进一步详细说明，本发明的保护范围不受具体的实施案例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本发明技术方案及所能产生的功效的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何修饰、大小或比例关系的改变，都将落入本发明的权利要求范围内。
实施例1：
如图1所示，本实施例波纹钢板消能器，包括有消能柱7、波纹钢板8和槽钢9，消能柱7为两根，两根消能柱7平行设置，槽钢9和波纹钢板8均平行安装在两根消能柱7之间，波纹钢板8和槽钢9的左右两端分别焊接在消能柱7内侧的翼缘外表面上。
如图3所示，根据消能柱7的高度情况，在两根消能柱7之间设置有2-5片波纹钢板8，上下相邻的两片波纹钢板8之间留有空隙。本实施例中设置有2片波纹钢板8。所述波纹钢板8采用LY160软钢折叠而成。槽钢9的数量是波纹钢板8的数量的2倍，在本实施例中槽钢为四个，上下相邻的两个槽钢的腹板相对设置，波纹钢板8安装在两个槽钢之间，其中位于上方的槽钢的腹板朝下设置，位于下方的槽钢的腹板朝上设置，波纹钢板8的上下端分别与槽钢9的腹板外表面垂直焊接，所述与主体结构连接的消能柱7的横截面是H字型、口字型或者曰字型中的一种，本实施例所述消能柱7的横截面采用H 字型。所述消能柱7腹板的两侧均对称焊接有加劲板10，每侧的加劲板10均焊接在消能柱的两个翼缘板之间。加劲板10在消能柱7沿高度方向的布置位置为每一块槽钢9的腹板型心高度和波纹板8型心所在高度位置。
所述消能柱7的两端各连接一个带有转动摩擦的支座。
如图1和图2所示，所述带有转动摩擦的支座包括支座角钢1、支座加劲板2、支座耳板3、高强螺栓4、螺栓垫片5和摩擦片6，所述支座耳板3与所述消能柱7端部连接。所述支座角钢1为L型角钢，每个支座处各两个，对称布置于支座耳板3两侧，所述支座加劲板2为三角形钢板，安装在所述支座角钢1两侧，与支座角钢1左右两端接触面焊接。所述摩擦片6贴于所述支座角钢1内侧，位于所述支座角钢1与所述支座耳板3之间，所述螺栓垫片5位于所述支座角钢1外侧，通过所述高强螺栓4将所述螺栓垫片5、所述支座角钢1、所述摩擦片6、所述支座耳板3串接起来，形成带有转动摩擦的支座，高强螺栓4拧紧以提供预紧力。其中，摩擦片6截面为圆形，圆心处开有圆孔，螺栓垫片5是由两个半径不同的金属圆环贴合而成，可将预紧力更均匀低传递到角钢腹板上。
如图4所示，所述支座耳板3的截面是由优弧与矩形组成，优弧圆心处开有圆孔，支座耳板3选用厚度较大的钢板，以提高支座局部面外稳定性。
所述波纹钢板8、摩擦片6和支座耳板3为主要耗能构件，波纹钢板8通过自身塑性变形进行耗能，波纹钢板8选用低屈服点钢材，支座耳板3通过与摩擦片6之间的转动摩擦进行耗能。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于：在波纹钢板8和槽钢9的左右两端各焊接一片矩形板，所述波纹钢板8和槽钢9分别通过螺栓和矩形板与消能柱7连接。采用螺栓连接可便于装配和震后对波纹钢板耗能构件的更换。其余同实施例1。
以上所述是本发明的优选实施方式，本发明所属技术领域的技术人员可以对以上所描述的具体实施例做各种的修改或补充，这些修改或补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.波纹钢板消能器，其特征在于：包括有消能柱（7）、波纹钢板（8）和槽钢（9），所述消能柱（7）为两根，两根消能柱（7）平行设置，所述槽钢（9）和所述波纹钢板（8）均安装在两根消能柱（7）之间，所述波纹钢板（8）安装在上下平行设置的两个槽钢之间，所述消能柱（7）的两端各连接一个带有转动摩擦的支座。
2.根据权利要求1所述的波纹钢板消能器，其特征在于：所述带有转动摩擦的支座包括支座角钢（1）、支座加劲板（2）、支座耳板（3）、高强螺栓（4）、螺栓垫片（5）和摩擦片（6），所述支座耳板（3）与所述消能柱（7）端部连接，所述支座角钢（1）对称布置于支座耳板（3）两侧，所述支座加劲板（2）安装在所述支座角钢（1）两侧，所述摩擦片（6）贴于所述支座角钢（1）内侧，所述摩擦片（6）位于所述支座角钢（1）与所述支座耳板（3）之间，所述螺栓垫片（5）位于所述支座角钢（1）外侧，通过所述高强螺栓（4）将所述螺栓垫片（5）、所述支座角钢（1）、所述摩擦片（6）、所述支座耳板（3）串接起来。
3.根据权利要求1所述的波纹钢板消能器，其特征在于：在两根所述消能柱（7）之间设置有2-5片波纹钢板（8）,上下相邻的两片波纹钢板（8）之间留有空隙。
4.根据权利要求1或2或3所述的波纹钢板消能器，其特征在于：所述波纹钢板（8）选用低屈服点钢材。
5.根据权利要求1所述的波纹钢板消能器，其特征在于：所述消能柱（7）的横截面是H字型、口字型或者曰字型中的一种，所述消能柱（7）内设有加劲板（10），所述加劲板（10）在消能柱（7）沿高度方向的布置位置为槽钢（9）的腹板型心高度和波纹板（8）型心所在高度位置。
6.根据权利要求1所述的波纹钢板消能器，其特征在于：所述波纹钢板（8）和所述槽钢（9）的左右两侧分别焊接在所述消能柱（7）内侧。
7.根据权利要求1所述的波纹钢板消能器，其特征在于：所述波纹钢板（8）和槽钢（9）的左右两侧各焊接一片矩形板；所述波纹钢板（8）和槽钢（9）分别通过螺栓和矩形板与消能柱（7）连接。
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