專利名稱：夾板防屈曲剪切鋼板消能器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種工程結構減震裝置，尤其涉及一種夾板防屈曲剪切鋼板消能器，屬于工程結構的消能減震與振動控制技術。
背景技術：
工程結構消能減震技術是在結構物的某些部位設置消能裝置，通過消能裝置產生滯回變形來耗散或吸收地震輸入結構中的能量，以減少主體結構的地震反應，從而避免結構產生破壞或倒塌，達到減震控制的目的。剪切鋼板消能器是一種常見的消能裝置，薄鋼板在面內受剪時容易發生面外屈曲，承載力不穩定，滯回曲線的“捏縮現象”(如圖4、圖5、圖6所示)嚴重，影響耗能能力。目前解決剪切鋼板消能器面外屈曲的方案主要有兩種:一是直接在鋼板上焊接十字形或交叉型加勁肋，這樣會產生殘余應力和殘余變形，降低鋼板延性，焊接處往往成為薄弱部位；二是在鋼板上開豎縫或開孔，變整體的剪切變形為縫間立柱的彎曲變形，這樣會削弱鋼板截面，破壞拉力場，導致鋼板承載力和剛度的降低；所以，需要研發一種新型的防屈曲方案，既能夠有效限制鋼板的面外屈曲，又能避免上述兩種方案的缺點。
發明內容
發明目的:為了克服現有防屈曲方案存在的不足，本發明提供一種設計簡單、加工方便、穩定可靠的夾板防屈曲剪切鋼板消能器，實現面內剪切滯回變形，消耗地震動能量。技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:夾板防屈曲剪切鋼板消能器，包括核心耗能構件、防屈曲裝置、頂板和底板，所述核心耗能構件為矩形耗能鋼板，所述頂板和底板分別固定連接在矩形耗能鋼板的上下兩端，所述防屈曲裝置包括兩塊夾板、四塊導槽板和加勁肋；所述兩塊夾板分別設置在矩形耗能鋼板的前后兩側、并分別與矩形耗能鋼板的前后兩側面貼合，所述兩塊夾板的上端與頂板固定；所述四塊導槽板固定在底板上、分別限制兩塊夾板下端的左右兩側沿遠離矩形耗能鋼板的前/后方向的移動；所述加勁肋設置在夾板背離矩形耗能鋼板的一側表面。核心耗能構件的尺寸參數需根據工程需要和減震要求具體確定，夾板和加勁肋的尺寸參數需根據受力計算和構造要求具體確定。加勁肋的設置是為了提高夾板面外剛度。優選的，還包括聚四氟乙烯隔離層，所述聚四氟乙烯隔離層設置在兩夾板內側表面上；由于聚四氟乙烯隔離層設置在兩夾板內側表面上，因此夾板就不再直接與矩形耗能鋼板的前后兩側面貼合，而是與聚四氟乙烯隔離層貼合；通過聚四氟乙烯隔離層的設置，能夠減緩核心耗能構件和防屈曲裝置之間的摩擦；聚四氟乙烯隔離層和夾板之間可以采用膠粘接。優選的，所述夾板和加勁肋之間，加勁肋和加勁肋之間通過角焊縫連接；所述頂板和矩形耗能鋼板之間、矩形耗能鋼板和底板之間通過全透對接焊連接；所述夾板和頂板之間、導槽板和底板之間通過角焊縫連接。該處給出的僅為優選的一種焊接連接方式，根據需要，還可以選擇本案給出連接方式的部分，結合其他連接方式進行組合，以達到更為優選的方式。優選的，所述矩形耗能鋼板為低屈服點鋼；其他部分可以選擇普通鋼。優選的，所述頂板上設置有與建筑物連接用的頂板螺栓孔，所述底板上設置有與建筑物連接用的底板螺栓孔。使用時，頂板通過高強螺栓與梁連接，底板通過高強螺栓與人字型支撐或中間支柱連接，一般消能器不宜與建筑物焊接，通過螺栓連接能夠方便震后對消能器進行檢修和更換。本案提供的夾板防屈曲剪切鋼板消能器為非承重構件，不能夠承擔建筑物結構的重量，在消能器安裝后不改變建筑物主體結構豎向受力體系；本方案提供的消能器既可以用于新建筑物的抗震設計，也可以用于既有建筑物的抗震加固設計。有益效果:本發明的夾板防屈曲剪切鋼板消能器，能夠避免直接在核心耗能構件上焊接加勁肋，防止產生薄弱部位、降低鋼板延性；避免對核心耗能構件開縫或開洞，防止造成對截面尺寸、承載力和剛度的削弱；通過設置聚四氟乙烯隔離層，消除了夾板和核心耗能構件之間的摩擦影響；通過設置防屈曲裝置，能夠有效限制核心耗能構件的面外變形，提高承載能力，改善滯回性能；通過合理的參數設計，保證地震作用時在設定的層間位移變形下消能器屈服耗能，避免結構破壞，起到保護作用。
圖1為本發明的正視結構示意圖；圖2為本發明的側視結構示意圖；圖3為本發明的俯視結構示意圖；圖4為地震作用下，無防屈曲耗能鋼板的承載力曲線；圖5為地震作用下，無防屈曲耗能鋼板的單調曲線；圖6為地震作用下，無防屈曲耗能鋼板的滯回曲線。圖7為地震作用下，本發明的承載力曲線；圖8為地震作用下，本發明的單調曲線；圖9為地震作用下，本發明的滯回曲線。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。如圖1、圖2、圖3所示為一種夾板防屈曲剪切鋼板消能器，包括核心耗能構件、防屈曲裝置、頂板5和底板7。所述核心耗能構件為矩形耗能鋼板I，所述頂板5和底板7分別固定連接在矩形耗能鋼板I的上下兩端。所述防屈曲裝置包括兩塊夾板2、四塊導槽板4和加勁肋3 ;所述兩塊夾板2分別設置在矩形耗能鋼板I的前后兩側、并分別在與矩形耗能鋼板I的相對的內側表面上粘貼一層聚四氟乙烯隔離層9，所述兩層聚四氟乙烯隔離層9分別與矩形耗能鋼板I的前后兩側表面貼合，所述兩塊夾板2的上端與頂板5固定；所述四塊導槽板4固定在底板7上、分別限制兩塊夾板2下端的左右兩側沿遠離矩形耗能鋼板I的前/后方向的移動；所述加勁肋3設置在夾板2背離矩形耗能鋼板I的一側表面。具體連接方式為:所述夾板2和加勁肋3之間，加勁肋3和加勁肋3之間通過角焊縫連接；所述頂板5和矩形耗能鋼板I之間、矩形耗能鋼板I和底板7之間通過全透對接焊連接；所述夾板2和頂板5之間、導槽板4和底板7之間通過角焊縫連接。所述矩形耗能鋼板I為低屈服點鋼，所述防屈曲裝置、頂板5和底板7為普通鋼。所述頂板5上設置有與建筑物連接用的頂板螺栓孔6，所述底板7上設置有與建筑物連接用的底板螺栓孔8 ;使用時，頂板5通過高強螺栓與梁連接，底板7通過高強螺栓與人字型支撐或中間支柱連接。當發生地震作用時，結構發生層間位移導致矩形耗能鋼板I發生剪切變形。矩形耗能鋼板I發生剪切變形之后，易于發生面外屈曲，這時防屈曲裝置能夠有效地約束矩形耗能鋼板I的面外變形，矩形耗能鋼板I的受力機制由拉力場機理轉化為面內剪切機理，從而提高消能器的承載力，減輕屈曲的影響，改善滯回性能，提高耗能能力。如圖7、圖8、圖9所示，通過合理的設置，有效地限制了矩形耗能鋼板I的面外屈曲變形，提高了承載能力，消除滯回曲線的“捏縮現象”，使得曲線變得飽滿，滯回性能得到改善，耗能能力得到加強。采用聚四氟乙烯隔離層9，消除了夾板2和矩形耗能鋼板I的摩擦影響。本案既避免直接在矩形耗能鋼板I上焊接加勁肋3，產生殘余應力和殘余變形，又避免在矩形耗能鋼板I上開縫或開洞，造成承載力和剛度的削弱，因此具有良好的應用前景。上述消能器設計制造流程如下:(I)根據工程需要的性能參數(屈服位移，彈性剛度，屈服力等)設計出矩形耗能鋼板I的尺寸(長度、寬度、厚度);(2)根據工程設定的極限位移設計出頂板5和底板7的尺寸(長度、寬度、厚度)、高強螺栓的相關參數(數量、直徑、性能等級);(3)根據受力計算和構造要求設計出夾板2的相關參數(長度、寬度、厚度)；(4)采用膠粘接聚四氟乙烯隔離層9和夾板2 ；(5)采用全熔透對接焊連接矩形耗能鋼板I和頂板5、底板7。(6)采用角焊縫連接夾板2和頂板5 ；(9)采用角焊縫連接導槽板4和底板7，完成夾板防屈曲剪切鋼板消能器的制造；在整個焊接過程中，不應在矩形耗能鋼板I位置進行焊接起弧或落弧等不規范的加工工藝，以免局部熱應力對屈服段性能產生不利影響；同時應注意防火、防腐處理。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.夾板防屈曲剪切鋼板消能器，其特征在于:包括核心耗能構件、防屈曲裝置、頂板(5)和底板(7)，所述核心耗能構件為矩形耗能鋼板(1)，所述頂板(5)和底板(7)分別固定連接在矩形耗能鋼板(I)的上下兩端，所述防屈曲裝置包括兩塊夾板(2)、四塊導槽板(4)和加勁肋(3);所述兩塊夾板(2)分別設置在矩形耗能鋼板(I)的前后兩側、并分別與矩形耗能鋼板(I)的前后兩側面貼合，所述兩塊夾板(2)的上端與頂板(5)固定；所述四塊導槽板(4)固定在底板(7)上、分別限制兩塊夾板(2)下端的左右兩側沿遠離矩形耗能鋼板(I)的前/后方向的移動；所述加勁肋(3)設置在夾板(2)背離矩形耗能鋼板(I)的一側表面。
2.根據權利要求1所述的夾板防屈曲剪切鋼板消能器，其特征在于:還包括聚四氟乙烯隔離層(9)，所述聚四氟乙烯隔離層(9)設置在兩夾板(2)內側表面上。
3.根據權利要求1所述的夾板防屈曲剪切鋼板消能器，其特征在于:所述夾板(2)和加勁肋(3)之間，加勁肋(3)和加勁肋(3)之間通過角焊縫連接；所述頂板(5)和矩形耗能鋼板(I)之間、矩形耗能鋼板(I)和底板(7)之間通過全透對接焊連接；所述夾板(2)和頂板(5 )之間、導槽板(4 )和底板(7 )之間通過角焊縫連接。
4.根據權利要求1所述的夾板防屈曲剪切鋼板消能器，其特征在于:所述矩形耗能鋼板(I)為低屈服點鋼。
5.根據權利要求1所述的夾板防屈曲剪切鋼板消能器，其特征在于:所述頂板(5)上設置有與建筑物連接用的頂板螺栓孔(6)，所述底板(7)上設置有與建筑物連接用的底板螺栓孔(8)。
6.根據權利要求1所述的夾板防屈曲剪切鋼板消能器，其特征在于:所述防屈曲裝置、頂板(5)和底板(7)為普通鋼。
全文摘要
本發明公開了一種夾板防屈曲剪切鋼板消能器，包括核心耗能構件、防屈曲裝置、頂板和底板，所述核心耗能構件為矩形耗能鋼板，所述頂板和底板分別固定連接在矩形耗能鋼板的上下兩端，所述防屈曲裝置包括兩塊夾板、四塊導槽板和加勁肋；所述兩塊夾板分別設置在矩形耗能鋼板的前后兩側，所述兩塊夾板的上端與頂板固定；所述四塊導槽板固定在底板上、分別限制兩塊夾板下端的移動；所述加勁肋設置在夾板背離矩形耗能鋼板的一側表面。本發明提供的夾板防屈曲剪切鋼板消能器，能夠避免對核心耗能構件開縫或開洞、避免直接在核心耗能構件上焊接加勁肋；通過設置防屈曲裝置，能夠有效限制核心耗能構件的面外變形，提高承載能力，改善滯回性能。
文檔編號E04B1/98GK103195184SQ201310122500
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者黃鎮, 劉峰, 李愛群 申請人:東南大學