CN208347005U - 双拼工字型耗能装置及其支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双拼工字型耗能装置及其支撑结构，包括两背向间隔设置的耗能板、斜向设置在每一耗能板内的加劲板以及用于固定连接两耗能板的弧形封板，所述耗能板是由上、下翼板和腹板一体成型的U型板，该腹板上开设有若干个斜向椭圆孔，该腹板的两侧端面开设形成与弧形封板弧度一致的弧形端面；该弧形端面与弧形封板的弧面固定于一起，上、下翼板分别与弧形封板的上下端面固定于一起。本实用新型的耗能装置中的耗能板的上、下翼板和腹板为一体成型结构，避免了腹板与翼板焊接连接部位的端部角点处出现焊缝撕裂破坏现象，从而导致耗能装置提前失去与建筑结构协同作用耗散地震能量的能力，确保地震作用中耗能装置能够充分起到耗散能量的作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及建筑工程中的抗震耗能装置，尤其涉及一种双拼工字型耗能装置及其支撑结构。
背景技术
我国处在世界两大地震带之间，属于多地震的国家之一。地震具有突发性强，破坏性大的特点，当前建筑工程中对地震灾害的预防主要有三种方式，即抗震、隔震以及减震。抗震是通过增大建筑结构的材料用量，使结构自身具备足够的能力抵御地震的作用，目前我国主要采用抗震的方法是进行建筑结构抗震设计。隔震是通过在建筑物基础顶部与上部结构之间设置隔震层，使隔震层吸收地震能量，减少传递到上部结构的地震作用。减震是建筑物内部适当的位置设置耗能装置，让耗能装置吸收地震能量，增大结构的阻尼比，在总地震能量不变的情况下，减少结构所受损伤，当前日本等发达国家多采用减震隔震相结合的方法进行建筑结构的防震设计。
结合我国当前倡导的装配式建筑，预制装配框架结构施工高效，广泛的用于公用建筑、民用建筑等。地震中，框架结构在梁柱节点区破坏明显，并且考虑到梁柱均为结构受力构件，一旦失去承载能力，极有可能造成不可挽回的后果。通过设置耗能装置的方式，耗能装置能协助预制结构耗散能量，减少结构所受地震影响，保证构件的承载能力，且相较于结构受力构件，耗能装置因其不承担竖向载荷，损坏后易于更换。
近几年，减震技术逐渐在我国得到使用，但耗能装置多为国外进口产品，产品造价较高，耗能装置的相关配件也十分昂贵，这也很大程度上有限制了其在国内的广泛推广，仅仅在少部分重要工程中有所应用。针对此类情况，国内不少学者针对耗能装置开展了相关的研究，考虑到低屈服点钢材具有较好的变形能力，因此低屈服点钢板成为了制作耗能装置的主要材料，但是低屈服点钢板造价也并不便宜，且加工时主要采用焊接加工，钢板间拼接焊缝对耗能器的性能影响大。
因此，亟待解决上述问题。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的第一目的是提供一种可有效避免焊接应力集中、造价低兼具良好减震效果的双拼工字型耗能装置。
本实用新型的第二目的是提供一种基于双拼工字型耗能装置的人字支撑结构。
本实用新型的第三目的是提供另一种基于双拼工字型耗能装置的人字支撑结构。
本实用新型的第四目的是提供一种基于双拼工字型耗能装置的X型支撑结构。
技术方案：为实现以上目的，本实用新型公开了一种双拼工字型耗能装置，包括两背向相隔一定间隙设置的耗能板、斜向设置在每一耗能板内的加劲板以及用于固定连接两耗能板的弧形封板，所述耗能板是由上、下翼板和腹板一体成型的U型板，该腹板上开设有若干个斜向椭圆孔，该腹板的两侧端面开设形成与弧形封板弧度一致的弧形端面；该弧形端面与弧形封板的弧面固定于一起，上、下翼板分别与弧形封板的上下端面固定于一起。本实用新型的耗能装置采用弧形封板连接固定两耗能板既可以不影响地震荷载的水平力作用下耗能装置上下翼板的层间位移变形，又能加强双腹板两侧端面处的平面外稳定性。
其中，所述加劲板分别与上下翼板固定连接，且与腹板(103)表面相垂直，加劲板的侧边与腹板的间隔为1～3mm；该加劲板的倾斜度与斜向椭圆孔的长轴方向一致。本实用新型腹板处加劲板对腹板平面外屈曲起到约束作用，实现屈曲模态由低阶向高阶转变，确保耗能装置能够在不同级别地震作用下均能起到减震作用，达到控制结构损伤，保护结构的目的。本实用新型加劲板侧边与腹板间隔设置的目的为当耗能装置承受地震荷载转来的水平力时，上下翼板会产生层间位移变形，随之腹板会出现平外鼓曲，此时与腹板间隔设置加劲板可以调整平面外鼓曲量，达到调整耗能装置能力的作用；其中加劲板的倾斜度与椭圆孔的长轴方向一致可保证在水平地震力“一拉一压”的反复作用下不影响耗能装置的变形耗能。
优选的，所述两耗能板的腹板之间的间隙为1～3mm。本实用新型中两腹板间隔设置的目的也是通过调整腹板平面外的鼓曲量达到调整耗能器的耗能能力。
再者，所述两耗能板的斜向椭圆孔相互反对称设置。本实用新型中椭圆孔反对称设置的目的是与地震荷载的水平力作用是“一拉一压”的反复作用下不影响耗能装置的变形耗能，椭圆孔倾斜设置有利于加快椭圆孔间保留腹板部分顺利进入设计预定的屈服状态，到达耗能目的。
进一步，所述斜向椭圆孔的长轴中心线与下翼板的夹角为70°～85°。
优选的，所述耗能板的上、下翼板的内外表面平行度误差小于0.5mm。
再者，所述耗能板由热轧Q235H型钢沿腹板一侧边切割去除多余翼板而成。
本实用新型第一种基于双拼工字型耗能装置的人字支撑结构，包括双拼工字型耗能装置、与上翼板固定连接的钢梁组件和与下翼板固定连接的人字钢撑连接板，所述钢梁组件包括工字型钢梁和位于工字型钢梁腹板两侧的加固槽形钢。
本实用新型第二种基于双拼工字型耗能装置的人字支撑结构，包括双拼工字型耗能装置、与上翼板固定连接的混凝土梁组件和与下翼板固定连接的人字钢撑连接板，所述混凝土梁组件包括混凝土梁、通过预埋件栓钉与混凝土梁相连接的预埋件，该预埋件与上翼板固定连接。
本实用新型一种基于双拼工字型耗能装置的X型支撑结构，其特征在于：包括双拼工字型耗能装置，以及分别与上、下翼板相连接的构成X形的支撑组件，该支撑组件包括与上/下翼板连接的X型支撑连接板、与该X型支撑连接板固定连接的X型支撑型钢。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型的耗能装置中的耗能板的上、下翼板和腹板为一体成型结构，避免了腹板与翼板焊接连接部位的端部角点处出现焊缝撕裂破坏现象，从而导致耗能装置提前失去与建筑结构协同作用耗散地震能量的能力，确保地震作用中耗能装置能够充分起到耗散能量的作用；
(2)本实用新型的耗能装置采用弧形封板连接固定两耗能板既可以不影响地震荷载的水平力作用下耗能装置上下翼板的层间位移变形，又能加强双腹板两侧端面处的平面外稳定性；
(3)本实用新型腹板处加劲板对腹板平面外屈曲起到约束作用，实现屈曲模态由低阶向高阶转变，确保耗能装置能够在不同级别地震作用下均能起到减震作用，达到控制结构损伤，保护结构的目的；
(4)本实用新型加劲板侧边与腹板间隔设置的目的为当耗能装置承受地震荷载转来的水平力时，上下翼板会产生层间位移变形，随之腹板会出现平外鼓曲，此时与腹板间隔设置加劲板可以调整平面外鼓曲量，达到调整耗能装置能力的作用；其中加劲板的倾斜度与椭圆孔的长轴方向一致可保证在水平地震力“一拉一压”的反复作用下不影响耗能装置的变形耗能；
(5)本实用新型中两腹板间隔设置的目的也是通过调整腹板平面外的鼓曲量达到调整耗能器的耗能能力；
(6)本实用新型中耗能板是由热轧Q235H型钢切割而成，相较于公知的软钢耗能装置，能够显著降低耗能装置制作成本，同时通过腹板上合理设计开设斜向椭圆孔，能够在产生较小水平位移时，耗能板即可进入塑性阶段产生塑性变形，实现在不同级别地震作用下耗能装置均能起到理想的减震效果；
(7)本实用新型中椭圆孔反对称设置的目的是与地震荷载的水平力作用是“一拉一压”的反复作用下不影响耗能装置的变形耗能，椭圆孔倾斜设置有利于加快椭圆孔间保留腹板部分顺利进入设计预定的屈服状态，到达耗能目的；
(8)本实用新型的耗能装置结构排布简单合理，便于运输和存储，安装方便快捷，且考虑到耗能器附属于结构，在正常使用状态下仅起增大建筑结构整体刚度的作用，不作为受力构件在结构中起承载作用，易于在震后进行拆卸及更换。
附图说明
图1为本实用新型中耗能板的结构示意图；
图2为本实用新型中双拼工字型耗能装置的结构示意图；
图3为本实用新型中双拼工字型耗能装置的主视图；
图4为本实用新型中双拼工字型耗能装置的左视图；
图5为本实用新型中双拼工字型耗能装置的俯视图；
图6为本实用新型中双拼工字型耗能装置的后视图；
图7为本实用新型一种基于双拼工字型耗能装置的的人字支撑结构的主视图；
图8为本实用新型一种基于双拼工字型耗能装置的的人字支撑结构的侧视图；
图9为本实用新型另一种基于双拼工字型耗能装置的的人字支撑结构的主视图；
图10为本实用新型另一种基于双拼工字型耗能装置的的人字支撑结构的侧视图；
图11为本实用新型一种基于双拼工字型耗能装置的的X型支撑结构的主视图；
图12为本实用新型一种基于双拼工字型耗能装置的的X型支撑结构的侧视图；
图13为本实用新型中人字支撑结构与框架结构的连接示意图；
图14为本实用新型中X型支撑结构与框架结构的连接示意图；
图15为本实用新型中双拼工字型耗能装置的直线型布置示意图；
图16为本实用新型中双拼工字型耗能装置的棋盘式布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
如图1和2所示，本实用新型公开一种双拼工字型耗能装置，包括两背向间隔设置的耗能板1、加劲板2和弧形封板3。加劲板2和弧形封板3也优选Q235钢板。其中耗能板1是由上翼板101、下翼板102和腹板103一体成型的U型板，上翼板101和下翼板102的内外表面平行度误差小于0.5mm；优选的，耗能板1可由热轧Q235H型钢沿腹板一侧边切割去除多余翼板而成，其中可采用超高压水射流切割或线切割技术；也可采用热轧槽钢，铣平上、下翼板内表面，使其平整即内外表面平行度误差小于0.5mm。本实用新型选用热轧Q235H型钢可降低耗能装置的造价，充分利用热轧H型钢的腹板与翼板自然圆弧状过渡连接，避免公知焊接连接的应力集中，并通过合理设计控制耗能装置的屈服荷载，实现了在不同级别的地震作用下，耗能装置均能参与耗散地震能量，达到良好的减震效果，降低地震对结构的损伤，且便于震后修复。
腹板103上可采用超高压水射流切割或线切割技术开设有若干个斜向椭圆孔104，该斜向椭圆孔104的长轴中心线与下翼板102的夹角为70°～85°，其中腹板103在斜向椭圆孔104高度范围内被分割所形成的壁柱区，该壁柱区为耗能装置的塑性变形耗能区。该腹板103的两侧端面开设形成与弧形封板3弧度一致的弧形端面105，该弧形端面105分别与上翼板101和下翼板102的四个交汇角处开设有弧面过渡孔106。
如图3～6所示，本实用新型中加劲板2斜向设置在每一耗能板1内，位于腹板中部壁柱区，该加劲板2的倾斜度与斜向椭圆孔104的长轴方向一致。加劲板2分别与上翼板101和下翼板102相焊接固定，且与腹板103相垂直；该加劲板2的侧边与腹板103的留有1～3mm的间隔。本实用新型腹板处加劲板对腹板面外鼓曲起到约束作用，实现屈曲模态由低阶向高阶转变，确保耗能装置能够在不同级别地震作用下均能起到减震作用，达到控制结构损伤，保护结构的目的。
本实用新型的两耗能板1的腹板背向间隔1～3mm空隙设置，且两耗能板1上的斜向椭圆孔104相互反对称设置，形成正反两向斜向椭圆孔104。本实用新型中斜向椭圆孔倾斜度与层间位移方向相同一侧即为正向，反之则为负向；耗能装置工作时正向型耗能装置起耗能作用，可根据斜向椭圆孔开孔的数量和尺寸以及倾斜角度等参数对截面的削弱进行调整，正向耗能装置能够在设计屈服位移下进入塑性阶段变型耗能，避免常见Q235钢材屈服位移较大的问题。
本实用新型耗能板1的弧形端面105与弧形封板3的弧面焊接固定于一起，上翼板101和下翼板102分别与弧形封板3的上下端面焊接固定于一起，其中弧面过渡孔106处不进行焊接处理，进一步保证在关键部位不出现焊接残余应力，避免提前出现撕裂。本实用新型通过合理设计，两耗能板通过弧形封板组合成一体，弧形封板起到提高耗能装置整体性的作用。
本实用新型耗能板的上、下翼板上布置多个螺栓孔，孔圆心位于翼板宽度方向中垂线处，便于通过螺栓与人字撑连接板以及梁连接板进行连接。如图7和图8所示，本实用新型第一种基于双拼工字型耗能装置的人字支撑结构，包括双拼工字型耗能装置、与上翼板101螺栓固定连接的框架结构中的钢梁组件和与下翼板102螺栓固定连接的人字钢撑连接板4，所述钢梁组件包括工字型钢梁5和位于工字型钢梁5腹板两侧的加固槽形钢6。上翼板101通过螺栓与工字型钢梁5和加固槽形钢6固定连接。
如图9和图10所示，本实用新型第二种基于双拼工字型耗能装置的人字支撑结构，包括双拼工字型耗能装置、与上翼板101固定连接的混凝土梁组件和与下翼板102螺栓固定连接的人字钢撑连接板4，混凝土梁组件包括混凝土梁7、通过预埋件栓钉8与混凝土梁7相连接的预埋件9，该预埋件9与上翼板102螺栓固定连接。
如图11和图12所示，本实用新型一种基于双拼工字型耗能装置的X型支撑结构，包括双拼工字型耗能装置，以及分别与上翼板101和下翼板102相连接的构成X形的支撑组件，该支撑组件包括X型支撑连接板10和X型支撑型钢11，其中X型支撑连接板10与上翼板101/下翼板102螺栓连接，X型支撑型钢11一端与X型支撑连接板10焊接固定，另一端开设螺栓孔形成用于连接框架结构的X型支撑连接区12。
如图13所示，耗能装置-人字支撑结构的布置方式为人字钢撑连接板4与由双角钢对拼构成的人字钢撑13通过焊接连接，人字钢撑13另一端与框架结构中梁柱节点预装型钢连接板14通过焊接连接，耗能装置如图7～10所示连接于框架结构中。如图14所示，耗能装置-X型支撑结构布置方式为X型支撑连接板10与耗能装置的上、下翼板螺栓连接，X型支撑型钢11一端焊接于X型支撑连接板10上，另一端通过X型支撑连接区12与X型支撑-节点预埋型钢15螺栓连接，最终将耗能装置安装于框架结构中。本实用新型的耗能装置附加于框架结构中，通过上、下翼板上的螺栓孔可与人字形支撑结构安装连接，也可以与X型支撑结构安装连接，在正常使用状态下能够增大建筑结构的整体刚度，在地震作用时，结构层间产生水平位移时钢板耗能器进入塑性阶段屈服耗能从而减少建筑结构的地震反应，协助结构耗散地震能量。
如图15和16所示，本实用新型耗能装置安装于框架结构中具有多种布置方式，以耗能装置-人字支撑结构为例,具有直线型布置方式和棋盘式布置方式，不同的布置方式由耗能装置组成的耗能体系具有不同的耗能性能，可以根据具体的抗震设防要求选择。
Claims (10)
1.一种双拼工字型耗能装置，其特征在于：包括两背向间隔设置的耗能板(1)、斜向设置在每一耗能板(1)内的加劲板(2)以及用于固定连接两耗能板(1)的弧形封板(3)，所述耗能板(1)是由上、下翼板(101,102)和腹板(103)一体成型的U型板，该腹板(103)上开设有若干个斜向椭圆孔(104)，该腹板(103)的两侧端面开设形成与弧形封板(3)弧度一致的弧形端面(105)；该弧形端面(105)与弧形封板(3)的弧面固定于一起，上、下翼板(101,102)分别与弧形封板(3)的上下端面固定于一起。
2.根据权利要求1所述的双拼工字型耗能装置，其特征在于：所述加劲板(2)分别与上下翼板(101,102)固定连接，且与腹板(103)表面相垂直；该加劲板(2)的侧边与腹板(103)的间隔为1～3mm；该加劲板(2)的倾斜度与斜向椭圆孔(104)的长轴方向一致。
3.根据权利要求1所述的双拼工字型耗能装置，其特征在于：所述两耗能板(1)的腹板(103)之间的间隙为1～3mm。
4.根据权利要求1所述的双拼工字型耗能装置，其特征在于：所述两耗能板(1)的斜向椭圆孔(104)相互反对称设置。
5.根据权利要求1所述的双拼工字型耗能装置，其特征在于：所述斜向椭圆孔(104)的长轴中心线与下翼板(102)的夹角为70°～85°。
6.根据权利要求1所述的双拼工字型耗能装置，其特征在于：所述上、下翼板(101,102)的内外表面平行度误差小于0.5mm。
7.根据权利要求6所述的双拼工字型耗能装置，其特征在于：所述耗能板(1)是由热轧Q235H型钢沿腹板一侧边切割去除多余翼板而成。
8.一种基于权利要求1至7任一所述的双拼工字型耗能装置的支撑结构，其特征在于：包括双拼工字型耗能装置、与上翼板(101)固定连接的钢梁组件和与下翼板(102)固定连接的人字钢撑连接板(4)，所述钢梁组件包括工字型钢梁(5)和位于工字型钢梁(5)腹板两侧的加固槽形钢(6)。
9.一种基于权利要求1至7任一所述的双拼工字型耗能装置的支撑结构，其特征在于：包括双拼工字型耗能装置、与上翼板(101)固定连接的混凝土梁组件和与下翼板(102)固定连接的人字钢撑连接板(4)，所述混凝土梁组件包括混凝土梁(7)、通过预埋件栓钉(8)与混凝土梁(7)相连接的预埋件(9)，该预埋件(9)与上翼板(102) 固定连接。
10.一种基于权利要求1至7任一所述的双拼工字型耗能装置的支撑结构，其特征在于：包括双拼工字型耗能装置，以及分别与上、下翼板(101,102)相连接的构成X形的支撑组件，该支撑组件包括与上/下翼板(101,102)连接的X型支撑连接板(10)、与该X型支撑连接板(10)固定连接的X型支撑型钢(11)。
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