CN205502282U - 可更换剪切型波纹腹板消能连梁 - Google Patents

可更换剪切型波纹腹板消能连梁 Download PDF

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刘晓刚
郑云
陈煊
赵松涛
李亮
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Abstract

本实用新型公开了一种可更换剪切型波纹腹板消能连梁,包括翼缘板和腹板;所述腹板为波纹状钢板,所述腹板与所述翼缘板固定连接。本实用新型可更换剪切型波纹腹板消能连梁通过将消能构件的腹板设置为波纹状,制成剪切型消能连梁,使其耗能特性更加稳定,变形能力更强。由于波纹腹板不需焊接加劲肋,也避免了焊接热影响导致的潜在腹板撕裂破坏。通过装配式端板连接方式使其易于现场拼装施工,也易于在震后快速更换修复,符合建筑工业化的发展趋势。将该剪切型消能连梁应用于框架结构,可以显著改善框架结构的抗震性能。

Description

可更换剪切型波纹腹板消能连梁
技术领域
[0001] 本实用新型属于工程结构消能减震技术领域,涉及一种应用于钢结构建筑或桥梁 的消能连梁,尤其是一种可更换剪切型波纹腹板消能连梁。
背景技术
[0002] 传统的结构通常只能靠提高结构的强度、刚度和延性以满足其抗震性能要求,这 种方法不仅严重影响结构的经济性,也难以显著改善其抗震性能。消能减震结构通过在合 适的位置布置消能构件,消耗地震输入能量,从而增大结构阻尼,减小结构地震响应,可以 保护主体结构的安全。
[0003] 目前应用于结构中的消能连梁为保证其稳定的滞回耗能特性,防止腹板屈曲,连 梁的腹板通常较厚,或者布置了较多加劲肋。但是,过厚的腹板会影响连梁的变形能力,而 加劲肋的存在也会引起严重的焊接热影响,从而导致腹板在往复变形过程中容易发生撕裂 破坏,这些问题严重影响着消能连梁的受力性能。另外,目前的消能连梁与结构主体构件的 连接方式对于其易更换性考虑不足,这将不利于消能减震结构在遭受震害后的快速修复。 实用新型内容
[0004] 针对以上问题,本专利申请提出了一种新型的装配式的可更换剪切型波纹腹板消 能连梁,具体技术方案为:
[0005] -种可更换剪切型波纹腹板消能连梁,包括翼缘板和腹板;所述腹板为波纹状钢 板,所述腹板与所述翼缘板固定连接,翼缘板与所述波纹状钢板的楞垂直。
[0006] 进一步,还包括连梁端板,所述连梁端板设置在所述翼缘板长度方向的两端,与所 述腹板、翼缘板固定连接;连梁端板上设置有若干螺栓安装孔。
[0007] 进一步,所述波纹状为正弦形、三角形波折形或梯形波折形。
[0008] 进一步,所述腹板的材料为低屈服点软钢材料或高建钢。
[0009] 进一步,所述翼缘板与所述连梁端板之间采用双坡口熔透对接焊缝连接。
[0010] 进一步,所述波纹腹板与所述翼缘板之间采用双面角焊缝连接。
[0011] 进一步,所述波纹腹板与所述连梁端板之间采用双面角焊缝连接。
[0012]进一步,所述波折形的波折角为30°至45°。
[0013]进一步,所述正弦波的波高与半波长之比为0.5-1。
[0014]进一步,所述波纹腹板高度与厚度比S 30。
[0015]本实用新型可更换剪切型波纹腹板消能连梁通过将消能构件的腹板设置为波纹 状,制成剪切型消能连梁,使其耗能特性更加稳定,变形能力更强。由于波纹腹板不需焊接 加劲肋,也避免了焊接热影响导致的潜在腹板撕裂破坏。通过装配式端板连接方式使其易 于现场拼装施工,也易于在震后快速更换修复,符合建筑工业化的发展趋势。将该剪切型消 能连梁应用于框架结构,可以显著改善框架结构的抗震性能。
附图说明
[0016] 图1为本实用新型可更换剪切型波纹腹板消能连梁结构示意图;
[0017] 图2为波纹钢腹板结构示意图;
[0018] 图3为波纹钢腹板消能连梁滞回曲线图;
[0019] 图4为平腹板消能连梁滞回曲线图;
[0020] 图5为消能连梁装配框架结构示意图;
[0021 ]图6为消能连梁装配框架-支撑结构示意图。
[0022] 图中:1、消能连梁;1-1、翼缘板;1-2、波纹腹板;1-3、连梁端板;2、高强螺栓;3、连 接端板;4、框架梁;5、框架柱;6、框架支撑。
具体实施方式
[0023] 下面利用实施例对本实用新型进行更全面的说明。本实用新型可以体现为多种不 同形式,并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。
[0024] 为了易于说明,在这里可以使用诸如"上"、"下""左""右"等空间相对术语,用于说 明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是,除了图中 示出的方位之外,空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如,如果图中的 装置被倒置,被叙述为位于其他元件或特征"下"的元件将定位在其他元件或特征"上"。因 此,示例性术语"下"可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于 其他方位),这里所用的空间相对说明可相应地解释。
[0025] 如图1所示,实施例中的可更换剪切型波纹腹板消能连梁(以下简称消能连梁),包 括翼缘板1-1、波纹腹板1-2和连梁端板1-3;翼缘板1-1与波纹状钢板的楞垂直。使用时,波 纹状钢板的楞与消能连梁所受剪力平行。波纹腹板1-2与上下两片翼缘板1-1采用双面角焊 缝连接,形成可以承受剪切荷载的短连梁;翼缘板1-1与连梁端板1-3之间采用双坡口熔透 对接焊缝连接、波纹腹板1-2与连梁端板1-3之间采用双面角焊缝连接,形成可更换装剪切 型消能连梁构件;连梁端板1-3通过高强螺栓与结构主体构件装配连接。
[0026] 波纹腹板1-2可以采用梯形波折,可由平钢板通过折板机辊乳成型;根据实际外观 需要,波纹构造亦可以采用正弦形、三角形等波折形式。波纹腹板1-2可采用低屈服点软钢 材料,也可采用延性较高、屈服强度比较稳定的高建钢。
[0027] 连梁翼缘板1-1可以采用与腹板相同的软钢材料或高建钢,也可采用强度不低于 波纹腹板1-2的普通钢材;连接端板3可采用普通钢材。
[0028] 图5为消能连梁1装配的典型的钢框架结构,该结构主要由框架梁4、框架柱5和消 能连梁1组成。框架梁4水平焊接在框架柱5上,两侧的框架梁4设置有连接端板3,分别通过 高强螺栓2与消能连梁1的连梁端板1-3固定连接,构成消能结构。该结构不限于钢框架结 构,还可以用于钢-混凝土组合框架结构等。
[0029] 图6为另一种消能连梁1装配的钢框架-支撑结构,该结构主要由框架梁4、框架柱 5、框架支撑6和消能连梁1组成。框架梁4水平焊接在框架柱5上,框架梁4的中部下侧通过高 强螺栓2与消能连梁1的上端固定连接;消能连梁1的下端分别通过两根框架支撑6与两侧的 框架柱5焊接或铰接连接,构成消能结构。
[0030] 当然,还可以用其他串联或者并联的方式将消能连梁1与框架梁4或者框架柱5连 接组成框架结构,增强框架结构的消能能力。本实施例中的消能连梁是一种优秀的消能减 震构件,具有屈曲性能更好、变形能力更大、耗能能力更加稳定、施工安装和修复置换更加 便捷等优势。
[0031] 连梁端板1-3的厚度30mm,端板宽度240mm,高度400mm;连梁翼缘板1-1的厚度 1 〇mm,端板宽度130mm,长度400mm;如图2所示,波纹腹板的波折的区格长度为33.3mm,波折 高度为32.5mm,厚度为8mm。通过试验,可以得到本实施例中的消能连梁的受力变形如图3所 不。
[0032] 将本实施例中的消能连梁中腹板换为平板,通过试验,可以得到平腹板消能连梁 的受力变形如图4所示。可以看出当剪切位移角大于0.08后,该消能连梁发生屈曲,承载能 力退化,耗能能力降低。
[0033] 试验和数值计算表明,本实用新型提出的可更换剪切型波纹腹板消能连梁是对传 统平腹板消能连梁的改进,通过优化腹板波折构造,可以获得更好的腹板屈曲性能,更大的 连梁变形能力,更加稳定的耗能能力。并且,端板-高强螺栓连接方式也便于消能连梁的施 工安装和修复置换。上述可更换剪切型波纹腹板消能连梁可以作为消能构件用于钢框架或 框架-支撑等结构中,将显著改善结构的抗震性能,降低结构的地震响应。并且,通过端板-螺栓的连接方式也便于消能连梁的安装和更换,将有利于结构震后的快速修复。
[0034] 连梁的剪切屈服荷载VP和弯曲屈服荷载仏可以分别由(1)和(2)确定:
[0035] Mp = fyZ (1)
[0036] Vp = 0.6fyAw (2)
[0037] 式中,Z为截面塑性模量,fy为钢材的屈服强度,Aw = dtw为腹板截面面积,d为梁截 面全高,即上下翼缘板,U为腹板厚度。
[0038] 对于剪切破坏型连梁,等效连梁长度系数eVP/MP通常需要满足(3)要求:
[0039](3) t' iJ
Figure CN205502282UD00051
[0040] 式中,e为连梁有效长度,在图1中与翼缘板1-1的长度相同。
[0041] 其翼缘和腹板的宽厚比满足式(4)和(5)限值:
Figure CN205502282UD00052
[0042] (4)
[0043] (5)
[0044] 式中,b为翼缘板外伸宽度,h为腹板净高,tf为翼缘板厚度,ES为钢材弹性模量。
[0045] 腹板高度与腹板厚度比h/tw不宜超过30,防止腹板过早发生屈曲,从而增大消能 连梁的变形能力和耗能能力。
[0046] 为了获得较高的抗剪切性能,腹板波纹的正弦波的波高与半波长之比为0.5-1之 间;对于三角形波折形或梯形波折形,波折与纵向的夹角简称波折角,波折角的角度应控制 在30-45度之间。
[0047] 本实用新型可更换剪切型波纹腹板消能连梁相对传统消能连梁,其主要的优势在 于:
[0048] (1)波纹腹板具有屈曲性能好的独特优势,将波纹腹板应用于剪切型消能连梁,可 以显著改善腹板在往复受力过程中的屈曲特性,使其耗能特性更加稳定,变形能力更强;并 且,由于不需焊接加劲肋,也避免了焊接热影响导致的潜在腹板撕裂破坏。
[0049] (2)装配式端板连接方式使其易于现场拼装施工,也易于在震后快速更换修复,符 合建筑工业化的发展趋势。
[0050] (3)数值分析计算表明,相同几何尺寸的波纹腹板消能连梁的滞回曲线比平腹板 消能连梁饱满很多。
[0051] 因而,由于上述优势,装配式剪切型波纹腹板消能连梁作为一种新型的消能构件, 其在消能减震结构和传统结构的抗震加固改造中存在广阔的应用前景。
[0052] 上述示例只是用于说明本实用新型,除此之外,还有多种不同的实施方式,而这些 实施方式都是本领域技术人员在领悟本实用新型思想后能够想到的,故,在此不再一一列 举。

Claims (10)

1. 一种可更换剪切型波纹腹板消能连梁,包括翼缘板和腹板;其特征在于,所述腹板为 波纹状钢板,所述腹板与所述翼缘板固定连接,翼缘板与所述波纹状钢板的楞垂直。
2. 如权利要求1所述的可更换剪切型波纹腹板消能连梁,其特征在于,还包括连梁端 板,所述连梁端板设置在所述翼缘板长度方向的两端,与所述腹板、翼缘板固定连接;连梁 端板上设置有若干螺栓安装孔。
3. 如权利要求1或2所述的可更换剪切型波纹腹板消能连梁,其特征在于,所述波纹腹 板的波纹为正弦形、三角形波折形或梯形波折形。
4. 如权利要求1所述的可更换剪切型波纹腹板消能连梁,其特征在于,所述腹板的材料 为低屈服点软钢材料或高建钢。
5. 如权利要求1所述的可更换剪切型波纹腹板消能连梁,其特征在于,所述翼缘板与所 述连梁端板之间采用双坡口熔透对接焊缝连接。
6. 如权利要求1所述的可更换剪切型波纹腹板消能连梁,其特征在于,所述波纹腹板与 所述翼缘板之间采用双面角焊缝连接。
7. 如权利要求1所述的可更换剪切型波纹腹板消能连梁,其特征在于,所述波纹腹板与 所述连梁端板之间采用双面角焊缝连接。
8. 如权利要求3所述的可更换剪切型波纹腹板消能连梁,其特征在于,所述波折形的波 折角为30°至45°。
9. 如权利要求3所述的可更换剪切型波纹腹板消能连梁,其特征在于,所述正弦波的波 高与半波长之比为0.5-1。
10. 如权利要求1所述的可更换剪切型波纹腹板消能连梁,其特征在于,所述波纹腹板 高度与厚度比$30。
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