CN115492272A - 一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙 - Google Patents

Abstract

本发明涉及房建工程结构抗震领域，特别涉及一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，包括框架梁，上下相邻的框架梁之间设置波形板，所述波形板的顶侧连接阻尼套管件，若干所述阻尼件一端抵接于所述套管的内壁，另一端抵接于所述波形板的波峰或波谷，若干所述阻尼件在所述波形板两侧相对设置。实现波形板和阻尼件组合的双重耗能，同时，由于波形板的波纹特征，相对设置在波形板两侧的阻尼件长度不同，一长一短的阻尼件组合，在波形板两侧对应不同抗弯强度，实现两种不同屈服点的阻尼可调，同时，波形板自身的较大面外刚度可以为钢框架提供一定的抗倒塌能力，使该阻尼墙能够满足不同等级地震下的有效耗能并保持稳定，满足现有抗震设计目标。

Description

一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙

技术领域

本发明涉及房建工程结构抗震领域，特别涉及一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙。

背景技术

随着我国城镇化水平不断提高，建筑施工装备和技术高速发展，便于实现建筑产业化的钢框架结构体系被广泛地应用于交通工程、高大跨的地标性公共建筑领域。在水平力作用下，框架柱拉伸和压缩将使结构出现侧移，出现在结构体系的上部各层变形较大，愈到结构体系的底部层间变形愈小的现象。现行延性抗震设计主要通过适当控制结构的刚度和延性来提高结构的抗震能力，因此抗震墙被传统钢框架结构体系较多采用，然而，这种结构体系可能对结构构件需求的截面过大并可能影响建筑功能，大震还可能造成地震能量无法被有效耗散，造成框架梁、柱节点出现难以修复的破坏。

以软钢阻尼器为代表的消能减震技术已在钢框架结构体系得到广泛应用，并经过多年发展后日趋成熟，同时，波纹钢板以弯折钢板特征构造有效提高了抗侧刚度及面外抗屈曲能力并优于加劲平钢板构造，被认为在抗震剪力墙应用中具有较好经济效益，然而，由于软钢阻尼器通常采用支撑形式连接且消能部位容易产生应力集中，在钢框架结构梁柱节点部位可能在大震下发生断裂、失稳的现象，而加强支撑端部节点又会造成构造复杂、施工困难的问题，例如，中国专利CN211499300U（一种震后可更换的开缝波纹钢板剪力墙，公开日20200915），采用了波纹软钢板支撑和耗能板协同耗能；中国专利CN216616401U（一种波纹钢板耗能剪力墙，公开日20220527）和中国专利申请CN110331799A（低屈服点钢梯形波形板剪力墙，公开日20191015），采用了软钢板制作的波形板，并通过焊接与两侧钢管混凝土柱以及上下工字型钢梁连接，形成闭合框架，实现对地震能量的吸收并保护主要受力构件。

但是，随着对钢框架结构永久性损伤限制要求的提高，按以上传统延性抗震思路所设计的波纹钢板抗震剪力墙，构造单一的软钢阻尼可能在小震时就参与地震耗能甚至屈服，导致剪力墙过早屈服和发生弹塑性变形，在大震下抗侧移刚度降低，加大了钢框架水平侧移，从而无法保证中震和大震作用下的有效耗能能力，容易出现构件变形集中从而带来结构的倒塌破坏，而如果仅依靠大幅度提高波纹钢板抗震剪力墙自身刚度来达到抗震效果，又容易造成其在小震和中震还未充分耗能，框架结构及节点部位就发生了结构损伤的情况，无法适应高烈度地震区或多发地震区域的安全稳定使用。

因此，目前亟需要一种技术方案，以解决现有波纹钢板剪力墙无法满足现有抗震设计目标，无法满足不同等级地震下的有效耗能并保持稳定的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术问题，提供了一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，包括框架梁和框架柱，上下相邻的框架梁之间设置波形板，所述波形板的顶侧连接阻尼套管件，所述阻尼套管件包括套管和若干阻尼件，所述套管与框架梁连接，若干所述阻尼件一端抵接于所述套管的内壁，另一端抵接于所述波形板的波峰或波谷，若干所述阻尼件在所述波形板两侧相对设置。

本发明的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，钢框架侧向力作用下的层间相对水平位移通过阻尼件带动波形板侧移和变形，波形板所承受的剪切作用转换为阻尼件的受弯，有效耗散地震能量和减小地震反应，实现波形板和阻尼件组合的双重耗能，同时，由于波形板的波纹特征，相对设置在波形板两侧的阻尼件长度不同，一长一短的阻尼件组合，在波形板两侧对应不同抗弯强度，实现两种不同屈服点的阻尼可调， 同时，波形板自身的较大面外刚度可以为钢框架提供一定的抗倒塌能力，使该阻尼墙能够满足不同等级地震下的有效耗能并保持稳定，满足现有抗震设计目标。

作为本发明的优选方案，所述波形板的顶边设置翼缘件，所述翼缘件位于所述套管内，所述波形板的底边设置翼缘构件，所述翼缘构件与框架梁连接。翼缘件和翼缘构件的设置使波形板板面刚度提高，同时，翼缘构件作为波形板与下方框架梁的过渡构件，使只有纵向力被传递到相连的框架梁，由此避免波形板的波纹边存在非纵向剪力流可能造成的框架梁和框架柱的刚度退化。

作为本发明的优选方案，所述波形板的顶部和底部分别连接所述阻尼套管件。使波形板顶部和底部均能稳定耗能，提高耗能效率。

作为本发明的优选方案，所述波形板的顶部和底部分别设置翼缘件，所述翼缘件与框架梁之间设置间隙。波形板顶部和底部均通过阻尼件进行阻尼约束连接，且翼缘件与相应框架梁之间存在间隙，使波形板并不参与第一阶段屈服和弹塑性变形，当阻尼件初步退出工作后，对波形板的竖向约束也随之减弱，以至于波形板与相应框架梁之间间隙逐渐减小直至紧密贴合，此时，框架梁对波形板产生端部约束，从而使波形板更多的参与塑性变形和耗能的第二阶段，并结合波形板自身具有的较大面外刚度特性，为阻尼墙提供一定的抗倒塌能力，达到分阶段耗能下的小震不坏、中震可修、大震不倒的现有三水准性能目标，实现对钢框架承载力、弹性和弹塑性变形的控制限制要求。

作为本发明的优选方案，所述波形板包括低屈服点钢波纹板，所述波形板在板面延伸方向的中心线与框架梁轴线重合。阻尼件随波形板的凹凸结构，整体上沿框架梁纵向中心线呈对称分布，使套管与长短组合的阻尼件配合，不会因较短阻尼件屈服后的弹塑性变形而发生扭转变形和丧失平衡，并能实现稳定耗能。

作为本发明的优选方案，所述套管包括槽型管。以方便阻尼件的安装。

作为本发明的优选方案，所述波形板的板面与所述套管之间密封贴合，所述套管内灌装粘滞液体。通过粘滞液体的粘度提供阻尼，使阻尼件在弯曲耗能的同时能够更多的耗散振动能量。

作为本发明的优选方案，所述阻尼件包括过渡段和设置在所述过渡段两端的底座，所述过渡段与所述底座圆滑过渡，所述阻尼件包括软钢结构件。使阻尼件的拉伸和压缩变形均控制在阻尼件的有效长度区域内，以免出现传统板件阻尼件在端部连接以及中部边缘容易出现较大的应力集中及屈曲的情况，使阻尼件在其长度方向截面相同厚度处的各点同时达到弯曲屈服，充分发挥软钢材料的塑性性能。

作为本发明的优选方案，所述阻尼件与所述波形板之间设置垫板。以提高波形板局部与阻尼件端部连接部位的固定端抗弯刚度。

作为本发明的优选方案，所述波形板竖向两侧连接加劲构件，所述加劲构件纵向两端部设置弹簧构件，所述弹簧构件与框架梁转动连接。有效控制波形板的侧向变形模式，避免阻尼墙的面外屈曲，同时，加劲构件通过弹簧构件具有摇摆功能，允许其发生有限转动而不至产生损伤，可以将非纵向剪力流转换成自平衡横向分量，实现在拉力带形成过程中，有效避免传统直接连接于框架柱的波形板边非纵向剪力流造成的框架柱刚度退化的问题。

作为本发明的优选方案，所述加劲构件包括圆管或多边形管。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、钢框架侧向力作用下的层间相对水平位移通过阻尼件带动波形板侧移和变形，波形板所承受的剪切作用转换为阻尼件的受弯，有效耗散地震能量，减小地震反应，实现波形板和阻尼件组合的双重耗能；

2、通过波形板的波纹特征，在波形板两侧形成一长一短的阻尼件组合，两种长度的阻尼件分别对应不同抗弯强度，实现两种不同屈服点的阻尼；

3、波形板自身的较大面外刚度可以为钢框架提供一定的抗倒塌能力；

4、该阻尼墙能够满足不同等级地震下的有效耗能并保持稳定，满足现有抗震设计目标；

本发明其他实施方式的有益效果：

1、波形板顶部和底部均通过阻尼件进行阻尼约束连接时，翼缘件与相应框架梁之间存在间隙，使波形板并不参与第一阶段屈服和弹塑性变形，当阻尼件初步退出工作后，对波形板的竖向约束也随之减弱，以至于波形板与相应框架梁之间间隙逐渐减小直至紧密贴合，此时，框架梁对波形板产生端部约束，为第二阶段消耗尽可能多的地震输入能量，从而使波形板更多的参与塑性变形和耗能的第二阶段，并结合波形板自身具有的较大面外刚度特性，为阻尼墙提供一定的抗倒塌能力，达到分阶段耗能下的小震不坏、中震可修、大震不倒的现有三水准性能目标，实现对钢框架承载力、弹性和弹塑性变形的控制限制要求；

2、通过在波形板左右两侧直边设置具有摇摆功能的加劲构件，减小阻尼墙的面外屈曲，允许其发生有限转动而不至产生损伤，可以将非纵向剪力流转换成自平衡横向分量，实现在拉力带形成过程中，有效避免传统直接连接于框架柱的波形板边非纵向剪力流造成的框架柱刚度退化的问题。

附图说明

图1是实施例1的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙的结构示意图；

图2是图1中A-A剖面的结构示意图；

图3是图1中B-B剖面的结构示意图；

图4是图1中C-C剖面的结构示意图一；

图5是图1中C-C剖面的结构示意图二；

图6是实施例2的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙的结构示意图；

图7是图6中D-D剖面的结构示意图一；

图8是图6中D-D剖面的结构示意图二；

图9是本发明的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙的使用状态图。

图标：

10-框架梁，20-框架柱，2-波形板，3-套管，4-阻尼件，41-过渡段，42-底座，5-翼缘件，6-翼缘构件，7-垫板，8-加劲构件，9-弹簧构件。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-图5所示，一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，包括框架梁10和框架柱20，上下相邻的框架梁10之间设置波形板2，波形板2的波肋方向竖直，波形板2的顶边连接阻尼套管件，所述阻尼套管件包括套管3和若干阻尼件4，若干阻尼件4一端抵接于套管3的内壁，另一端抵接于波形板2的波峰或波谷，并在波形板2两侧相对设置。

本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，以梯形波纹板为例进行说明，波形板2的波峰和波谷段均为平直段，波形板2在板面延伸方向的中心线与框架梁10轴线重合，套管3与框架梁10连接，套管3靠近波形板2的一侧设置为开口，开口沿框架梁10纵向贯通，使波形板2能够伸入套管3内，在套管3内壁与波形板2的板面之间抵接阻尼件4。

进一步的，梯形波纹板的波形板2仅波肋方向的平直段与阻尼件4进行连接。使阻尼件4在波形板2的波纹方向呈间隔布置，保证了只有波形板2的纵向剪力被传递到相连的框架梁10上。

进一步的，阻尼件4随波形板2的凹凸结构，整体上沿框架梁10纵向中心线呈对称分布，并沿阻尼墙墙面方向呈一长一短的间隔排列，使套管3与长短组合的阻尼件4配合，钢框架侧向力作用下的层间相对水平位移通过阻尼件4带动波形板2侧移和变形，波形板2所承受的剪切作用转换为阻尼件4的受弯，实现波形板2和阻尼件4组合的双重耗能，同时，相对设置在波形板2两侧的阻尼件4长度不同，一长一短的阻尼件4组合，根据弯曲强度计算公式可知，较长的阻尼件4在相同垂直外力作用下产生的端部弯矩更大，相比于较短的阻尼件，能够在小震或中震早期达到屈服并发生塑性变形充分，随后再由较短阻尼件4继续耗能，直至逐渐退出工作，完成第一阶段屈服和弹塑性变形，同时，波形板2自身的较大面外刚度可以为钢框架提供一定的抗倒塌能力，使该阻尼墙能够满足不同等级地震下的有效耗能并保持稳定，满足现有抗震设计目标。

优选的，波形板2包括低屈服点钢波纹板，材料屈服强度 Fy=100～165MPa。使波形板2自身具有屈服变形大的特点，能够在地震作用下具有良好的滞回性能，能够与长短组合阻尼件4配合，利用较短阻尼件4屈服后的弹塑性弯曲变形来实现小震耗能，然后由低屈服点钢波纹板屈服后的弹塑性屈曲实现中震和大震耗能，最后由较长阻尼件4始终提供波形板2端部约束并保证其大震不倒塌，多重耗能，有效吸收地震能量，保护梁柱结构和墙体结构在不同地震等级、不同持续时间地震下的稳定性。

具体的，在一些实施例中，波形板2的波形截面可以是梯形、正弦波形、矩形或其他任一波形形式，可根据实际情况进行选择。

具体的，在一些实施例中，框架梁10可以是H型钢梁、工字钢梁，也可根据实际情况进行选择调整。

具体的，在一些实施例中，套管3与框架梁10为螺栓连接，以实现阻尼墙的装配化，方便墙面构件的安装和施工，实现灵活拆卸和方便运输。

具体的，在一些实施例中，套管3与框架梁10为焊接连接。可根据实际情况进行选择。

优选的，所述波形板2的顶部设置翼缘件5，底部设置翼缘构件6，所述翼缘件5位于所述套管3内，所述波形板2的底部设置翼缘构件6，所述翼缘构件6与框架梁10连接。

具体的，在一些实施例中，翼缘件5包括板件、管件、杆件或钢构件，翼缘构件6包括管件、杆件或钢构件，本实施例以工字型钢构件的翼缘构件6为例进行说明，翼缘构件6与波形板2底面焊接或螺接。采用工字型翼缘构件6与波形板2连接以保证其过渡后，只有纵向力被传递到相连的框架梁10上，由此能够避免波形板2的波纹边存在非纵向剪力流可能造成的框架梁10和框架柱20的刚度退化。

具体的，在一些实施例中，波形板2的顶部和底部分别设置翼缘件5，通过翼缘件5对波形板2端面进行加强，同时，翼缘构件6也方便与波形板2底面设置的翼缘件5螺接，以实现阻尼墙的灵活拆卸，当地震中出现损伤后可独立更换和方便检修，并可重复利用阻尼耗能后保持完好无损的部件，从而提高了装配化施工效率。

实施例2

如图6-图8所示，本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，结构与实施例1相同，区别在于：波形板2的顶部和底部分别连接所述阻尼套管件，使波形板2顶部和底部均能稳定耗能，提高耗能效率。

具体的，本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，相较于实施例1仅在波形板2顶部设置阻尼套管件的构造，抗地震能力更强，能够适应于相对于实施例1对地震能量耗散要求更高的情况。

实施例3

如图1-图8所示，本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，与实施例1或实施例2的基础上，翼缘件5与框架梁10之间设置间隙。

本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，通过在波形板2的波纹边缘和框架梁10之间形成间隙，使波形板2在设置套管阻尼件的一端仅通过阻尼件4进行阻尼约束连接，使波形板2并不参与第一阶段屈服和弹塑性变形，当阻尼件4初步退出工作后，对波形板2的竖向约束也随之减弱，以至于波形板2与相应框架梁10之间间隙逐渐减小直至紧密贴合，此时，框架梁10对波形板2产生端部约束，从而使波形板2更多的参与塑性变形和耗能的第二阶段，并结合波形板2自身具有的较大面外刚度特性，为阻尼墙提供一定的抗倒塌能力，达到分阶段耗能下的小震不坏、中震可修、大震不倒的现有三水准性能目标，实现对钢框架承载力、弹性和弹塑性变形的控制限制要求。

实施例4

如图4、图7所示，本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，在实施例3的基础上，套管3包括槽型管。

具体的，在一些实施例中，套管3为纵向一侧为敞开口的矩形管，以方便阻尼件的安装。

具体的，在一些实施例中，套管3可以是顶面呈平面，侧面为弧形的异形管件。

实施例5

如图5、图8所示，本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，在实施例3的基础上，波形板2的板面与所述套管3之间密封贴合，所述套管3内灌装粘滞液体。

本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，套管3为纵向一侧设置切口的矩形管，制备过程中，波形板2能够从切口穿入矩形管内，波形板2板面与套管3之间设置密封件进行密封，在套管3内形成封闭空腔，通过在套管3内填充粘滞液体，通过粘滞液体的粘度提供阻尼，使阻尼件4在弯曲耗能的同时能够更多的耗散振动能量。

实施例6

如图1-图8所示，本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，阻尼件4包括过渡段41和设置在过渡段41两端的底座42，过渡段41与底座42圆滑过渡，阻尼件4包括软钢结构件。

本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，优选阻尼件4包括圆盘形底座42和圆柱形过渡段41，底座42和过渡段41圆滑过渡，阻尼件4的拉伸和压缩变形均控制在阻尼件4的有效长度区域内，充分发挥软钢材料的塑性性能，使阻尼件4在其长度方向截面相同厚度处的各点同时达到弯曲屈服。

具体的，考虑梁柱夹角张开/闭合（开合效应）下可能出现与波形板2端部相连的阻尼件4出现非水平方向的变形或变位状态的情况，将阻尼件4根部由较大直径圆形底座42固定并通过圆滑过渡为中间小直径直段阻尼件4，能够有效避免传统板件阻尼件在端部连接以及中部边缘容易出现较大的应力集中及屈曲的问题，从而实现软钢弯曲受力特性的稳定发挥。

具体的，在一些实施例中，阻尼件4也可采用圆棒状、圆锥状等其他柱形结构件。

优选的，底座42与波形板2之间设置垫板7，以提高波形板2局部与阻尼件4端部连接部位的固定端抗弯刚度。

具体的，在一些实施例中，垫板7与波形板2焊接连接，以提高波形板2局部与阻尼件4端部连接部位的抗弯刚度。

具体的，垫板7为钢板。

实施例7

如图1-图6所示，本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，波形板2竖向两侧连接加劲构件8，加劲构件8纵向两端部设置弹簧构件9，弹簧构件9与框架梁10转动连接。

本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，所述加劲构件8包括圆管或多边形管，与波形板2竖向两侧直边焊接连接，有效控制波形板2的侧向变形模式，避免阻尼墙的面外屈曲，同时，加劲构件8通过弹簧构件9实现摇摆功能，允许其发生有限转动而不至产生损伤，可以将非纵向剪力流转换成自平衡横向分量，实现在拉力带形成过程中，有效避免传统直接连接于框架柱20的波形板边非纵向剪力流造成的框架柱20刚度退化的问题，同时，具有摇摆转动功能的加劲构件8能够与波形板2屈服后的弹塑性屈曲配合，实现中震大震耗能。

具体的，弹簧构件9包括弹簧和转动连接件。

实施例8

如图9所示，本实施例的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，上下相邻的框架梁10之间设置多个波形板2，各波形板2分别连接阻尼套管件，在相邻波形板2之间可根据实际情况空置或设置平面板，以方便在相邻波形板2之间设置门、窗等墙面附属构造，扩大阻尼墙的适用范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，包括框架梁（10）和框架柱（20），其特征在于，上下相邻的框架梁（10）之间设置波形板（2），所述波形板（2）的顶侧连接阻尼套管件，所述阻尼套管件包括套管（3）和若干阻尼件（4），所述套管（3）与框架梁（10）连接，若干所述阻尼件（4）一端抵接于所述套管（3）的内壁，另一端抵接于所述波形板（2）的波峰或波谷，若干所述阻尼件（4）在所述波形板（2）两侧相对设置。

2.如权利要求1所述的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，其特征在于，所述波形板（2）的顶边设置翼缘件（5），所述翼缘件（5）位于所述套管（3）内，所述波形板（2）的底边设置翼缘构件（6），所述翼缘构件（6）与框架梁（10）连接。

3.如权利要求1所述的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，其特征在于，所述波形板（2）的顶部和底部分别连接所述阻尼套管件。

4.如权利要求3所述的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，其特征在于，所述波形板（2）的顶部和底部分别设置翼缘件（5），所述翼缘件（5）与框架梁（10）之间设置间隙。

5.如权利要求2或3所述的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，其特征在于，所述波形板（2）包括低屈服点钢波纹板，所述波形板（2）在板面延伸方向的中心线与框架梁（10）轴线重合。

6.如权利要求2或3所述的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，其特征在于，所述套管（3）包括槽型管。

7.如权利要求2或3所述的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，其特征在于，所述波形板（2）的板面与所述套管（3）之间密封贴合，所述套管（3）内灌装粘滞液体。

8.如权利要求2或3所述的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，其特征在于，所述阻尼件（4）包括过渡段（41）和设置在所述过渡段（41）两端的底座（42），所述过渡段（41）与所述底座（42）圆滑过渡，所述阻尼件（4）包括软钢结构件。

9.如权利要求2或3所述的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，其特征在于，所述阻尼件（4）与所述波形板（2）之间设置垫板（7）。

10.如权利要求2或3所述的一种双重耗能型波形板软钢阻尼墙，其特征在于，所述波形板（2）竖向两侧连接加劲构件（8），所述加劲构件（8）纵向两端部设置弹簧构件（9），所述弹簧构件（9）与框架梁（10）转动连接。

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