可更換剪切型波紋腹板消能連梁的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可更換剪切型波紋腹板消能連梁，包括翼緣板和腹板；所述腹板為波紋狀鋼板，所述腹板與所述翼緣板固定連接。本實用新型可更換剪切型波紋腹板消能連梁通過將消能構件的腹板設置為波紋狀，制成剪切型消能連梁，使其耗能特性更加穩定，變形能力更強。由于波紋腹板不需焊接加勁肋，也避免了焊接熱影響導致的潛在腹板撕裂破壞。通過裝配式端板連接方式使其易于現場拼裝施工，也易于在震后快速更換修復，符合建筑工業化的發展趨勢。將該剪切型消能連梁應用于框架結構，可以顯著改善框架結構的抗震性能。
【專利說明】
可更換剪切型波紋腹板消能連梁
技術領域
[0001] 本實用新型屬于工程結構消能減震技術領域，涉及一種應用于鋼結構建筑或橋梁 的消能連梁，尤其是一種可更換剪切型波紋腹板消能連梁。
【背景技術】
[0002] 傳統的結構通常只能靠提高結構的強度、剛度和延性以滿足其抗震性能要求，這 種方法不僅嚴重影響結構的經濟性，也難以顯著改善其抗震性能。消能減震結構通過在合 適的位置布置消能構件，消耗地震輸入能量，從而增大結構阻尼，減小結構地震響應，可以 保護主體結構的安全。
[0003] 目前應用于結構中的消能連梁為保證其穩定的滯回耗能特性，防止腹板屈曲，連 梁的腹板通常較厚，或者布置了較多加勁肋。但是，過厚的腹板會影響連梁的變形能力，而 加勁肋的存在也會引起嚴重的焊接熱影響，從而導致腹板在往復變形過程中容易發生撕裂 破壞，這些問題嚴重影響著消能連梁的受力性能。另外，目前的消能連梁與結構主體構件的 連接方式對于其易更換性考慮不足，這將不利于消能減震結構在遭受震害后的快速修復。 【實用新型內容】
[0004] 針對以上問題，本專利申請提出了一種新型的裝配式的可更換剪切型波紋腹板消 能連梁，具體技術方案為：
[0005] -種可更換剪切型波紋腹板消能連梁，包括翼緣板和腹板;所述腹板為波紋狀鋼 板，所述腹板與所述翼緣板固定連接，翼緣板與所述波紋狀鋼板的楞垂直。
[0006] 進一步，還包括連梁端板，所述連梁端板設置在所述翼緣板長度方向的兩端，與所 述腹板、翼緣板固定連接;連梁端板上設置有若干螺栓安裝孔。
[0007] 進一步，所述波紋狀為正弦形、三角形波折形或梯形波折形。
[0008] 進一步，所述腹板的材料為低屈服點軟鋼材料或高建鋼。
[0009] 進一步，所述翼緣板與所述連梁端板之間采用雙坡口熔透對接焊縫連接。
[0010] 進一步，所述波紋腹板與所述翼緣板之間采用雙面角焊縫連接。
[0011] 進一步，所述波紋腹板與所述連梁端板之間采用雙面角焊縫連接。
[0012]進一步，所述波折形的波折角為30°至45°。
[0013]進一步，所述正弦波的波高與半波長之比為0.5-1。
[0014]進一步，所述波紋腹板高度與厚度比S 30。
[0015]本實用新型可更換剪切型波紋腹板消能連梁通過將消能構件的腹板設置為波紋 狀，制成剪切型消能連梁，使其耗能特性更加穩定，變形能力更強。由于波紋腹板不需焊接 加勁肋，也避免了焊接熱影響導致的潛在腹板撕裂破壞。通過裝配式端板連接方式使其易 于現場拼裝施工，也易于在震后快速更換修復，符合建筑工業化的發展趨勢。將該剪切型消 能連梁應用于框架結構，可以顯著改善框架結構的抗震性能。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型可更換剪切型波紋腹板消能連梁結構示意圖；
[0017] 圖2為波紋鋼腹板結構示意圖；
[0018] 圖3為波紋鋼腹板消能連梁滯回曲線圖；
[0019] 圖4為平腹板消能連梁滯回曲線圖；
[0020] 圖5為消能連梁裝配框架結構示意圖；
[0021 ]圖6為消能連梁裝配框架-支撐結構示意圖。
[0022] 圖中：1、消能連梁；1-1、翼緣板；1-2、波紋腹板；1-3、連梁端板;2、高強螺栓;3、連 接端板;4、框架梁;5、框架柱;6、框架支撐。
【具體實施方式】
[0023] 下面利用實施例對本實用新型進行更全面的說明。本實用新型可以體現為多種不 同形式，并不應理解為局限于這里敘述的示例性實施例。
[0024] 為了易于說明，在這里可以使用諸如"上"、"下""左""右"等空間相對術語，用于說 明圖中示出的一個元件或特征相對于另一個元件或特征的關系。應該理解的是，除了圖中 示出的方位之外，空間術語意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的 裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征"下"的元件將定位在其他元件或特征"上"。因 此，示例性術語"下"可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉90度或位于 其他方位），這里所用的空間相對說明可相應地解釋。
[0025] 如圖1所示，實施例中的可更換剪切型波紋腹板消能連梁（以下簡稱消能連梁），包 括翼緣板1-1、波紋腹板1-2和連梁端板1-3;翼緣板1-1與波紋狀鋼板的楞垂直。使用時，波 紋狀鋼板的楞與消能連梁所受剪力平行。波紋腹板1-2與上下兩片翼緣板1-1采用雙面角焊 縫連接，形成可以承受剪切荷載的短連梁;翼緣板1-1與連梁端板1-3之間采用雙坡口熔透 對接焊縫連接、波紋腹板1-2與連梁端板1-3之間采用雙面角焊縫連接，形成可更換裝剪切 型消能連梁構件;連梁端板1-3通過高強螺栓與結構主體構件裝配連接。
[0026] 波紋腹板1-2可以采用梯形波折，可由平鋼板通過折板機輥乳成型;根據實際外觀 需要，波紋構造亦可以采用正弦形、三角形等波折形式。波紋腹板1-2可采用低屈服點軟鋼 材料，也可采用延性較高、屈服強度比較穩定的高建鋼。
[0027] 連梁翼緣板1-1可以采用與腹板相同的軟鋼材料或高建鋼，也可采用強度不低于 波紋腹板1-2的普通鋼材;連接端板3可采用普通鋼材。
[0028] 圖5為消能連梁1裝配的典型的鋼框架結構，該結構主要由框架梁4、框架柱5和消 能連梁1組成。框架梁4水平焊接在框架柱5上，兩側的框架梁4設置有連接端板3，分別通過 高強螺栓2與消能連梁1的連梁端板1-3固定連接，構成消能結構。該結構不限于鋼框架結 構，還可以用于鋼-混凝土組合框架結構等。
[0029] 圖6為另一種消能連梁1裝配的鋼框架-支撐結構，該結構主要由框架梁4、框架柱 5、框架支撐6和消能連梁1組成。框架梁4水平焊接在框架柱5上，框架梁4的中部下側通過高 強螺栓2與消能連梁1的上端固定連接;消能連梁1的下端分別通過兩根框架支撐6與兩側的 框架柱5焊接或鉸接連接，構成消能結構。
[0030] 當然，還可以用其他串聯或者并聯的方式將消能連梁1與框架梁4或者框架柱5連 接組成框架結構，增強框架結構的消能能力。本實施例中的消能連梁是一種優秀的消能減 震構件，具有屈曲性能更好、變形能力更大、耗能能力更加穩定、施工安裝和修復置換更加 便捷等優勢。
[0031] 連梁端板1-3的厚度30mm，端板寬度240mm，高度400mm;連梁翼緣板1-1的厚度 1 〇mm，端板寬度130mm，長度400mm;如圖2所示，波紋腹板的波折的區格長度為33.3mm，波折 高度為32.5mm，厚度為8mm。通過試驗，可以得到本實施例中的消能連梁的受力變形如圖3所 不。
[0032] 將本實施例中的消能連梁中腹板換為平板，通過試驗，可以得到平腹板消能連梁 的受力變形如圖4所示。可以看出當剪切位移角大于0.08后，該消能連梁發生屈曲，承載能 力退化，耗能能力降低。
[0033] 試驗和數值計算表明，本實用新型提出的可更換剪切型波紋腹板消能連梁是對傳 統平腹板消能連梁的改進，通過優化腹板波折構造，可以獲得更好的腹板屈曲性能，更大的 連梁變形能力，更加穩定的耗能能力。并且，端板-高強螺栓連接方式也便于消能連梁的施 工安裝和修復置換。上述可更換剪切型波紋腹板消能連梁可以作為消能構件用于鋼框架或 框架-支撐等結構中，將顯著改善結構的抗震性能，降低結構的地震響應。并且，通過端板-螺栓的連接方式也便于消能連梁的安裝和更換，將有利于結構震后的快速修復。
[0034] 連梁的剪切屈服荷載VP和彎曲屈服荷載仏可以分別由（1)和(2)確定：
[0035] Mp = fyZ (1)
[0036] Vp = 0.6fyAw (2)
[0037] 式中，Z為截面塑性模量，fy為鋼材的屈服強度，Aw = dtw為腹板截面面積，d為梁截 面全高，即上下翼緣板，U為腹板厚度。
[0038] 對于剪切破壞型連梁，等效連梁長度系數eVP/MP通常需要滿足(3)要求：
[0039](3) t' iJ
[0040] 式中，e為連梁有效長度，在圖1中與翼緣板1-1的長度相同。
[0041] 其翼緣和腹板的寬厚比滿足式(4)和(5)限值：
[0042] (4)
[0043] (5)
[0044] 式中，b為翼緣板外伸寬度，h為腹板凈高，tf為翼緣板厚度，ES為鋼材彈性模量。
[0045] 腹板高度與腹板厚度比h/tw不宜超過30,防止腹板過早發生屈曲，從而增大消能 連梁的變形能力和耗能能力。
[0046] 為了獲得較高的抗剪切性能，腹板波紋的正弦波的波高與半波長之比為0.5-1之 間;對于三角形波折形或梯形波折形，波折與縱向的夾角簡稱波折角，波折角的角度應控制 在30-45度之間。
[0047] 本實用新型可更換剪切型波紋腹板消能連梁相對傳統消能連梁，其主要的優勢在 于：
[0048] (1)波紋腹板具有屈曲性能好的獨特優勢，將波紋腹板應用于剪切型消能連梁，可 以顯著改善腹板在往復受力過程中的屈曲特性，使其耗能特性更加穩定，變形能力更強;并 且，由于不需焊接加勁肋，也避免了焊接熱影響導致的潛在腹板撕裂破壞。
[0049] (2)裝配式端板連接方式使其易于現場拼裝施工，也易于在震后快速更換修復，符 合建筑工業化的發展趨勢。
[0050] (3)數值分析計算表明，相同幾何尺寸的波紋腹板消能連梁的滯回曲線比平腹板 消能連梁飽滿很多。
[0051] 因而，由于上述優勢，裝配式剪切型波紋腹板消能連梁作為一種新型的消能構件， 其在消能減震結構和傳統結構的抗震加固改造中存在廣闊的應用前景。
[0052] 上述示例只是用于說明本實用新型，除此之外，還有多種不同的實施方式，而這些 實施方式都是本領域技術人員在領悟本實用新型思想后能夠想到的，故，在此不再一一列 舉。
【主權項】
1. 一種可更換剪切型波紋腹板消能連梁，包括翼緣板和腹板;其特征在于，所述腹板為 波紋狀鋼板，所述腹板與所述翼緣板固定連接，翼緣板與所述波紋狀鋼板的楞垂直。2. 如權利要求1所述的可更換剪切型波紋腹板消能連梁，其特征在于，還包括連梁端 板，所述連梁端板設置在所述翼緣板長度方向的兩端，與所述腹板、翼緣板固定連接;連梁 端板上設置有若干螺栓安裝孔。3. 如權利要求1或2所述的可更換剪切型波紋腹板消能連梁，其特征在于，所述波紋腹 板的波紋為正弦形、三角形波折形或梯形波折形。4. 如權利要求1所述的可更換剪切型波紋腹板消能連梁，其特征在于，所述腹板的材料 為低屈服點軟鋼材料或高建鋼。5. 如權利要求1所述的可更換剪切型波紋腹板消能連梁，其特征在于，所述翼緣板與所 述連梁端板之間采用雙坡口熔透對接焊縫連接。6. 如權利要求1所述的可更換剪切型波紋腹板消能連梁，其特征在于，所述波紋腹板與 所述翼緣板之間采用雙面角焊縫連接。7. 如權利要求1所述的可更換剪切型波紋腹板消能連梁，其特征在于，所述波紋腹板與 所述連梁端板之間采用雙面角焊縫連接。8. 如權利要求3所述的可更換剪切型波紋腹板消能連梁，其特征在于，所述波折形的波 折角為30°至45°。9. 如權利要求3所述的可更換剪切型波紋腹板消能連梁，其特征在于，所述正弦波的波 高與半波長之比為0.5-1。10. 如權利要求1所述的可更換剪切型波紋腹板消能連梁，其特征在于，所述波紋腹板 高度與厚度比$30。
【文檔編號】E04B1/98GK205502282SQ201620238964
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月25日
【發明人】劉曉剛, 鄭云, 陳煊, 趙松濤, 李亮
【申請人】中冶建筑研究總院有限公司