專利名稱：雙向耗能軟鋼消能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工程結(jié)構(gòu)減震裝置，尤其涉及一種雙向耗能軟鋼消能器，屬于工程結(jié)構(gòu)的消能減震與振動(dòng)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
工程結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)是在結(jié)構(gòu)物的某些部位設(shè)置消能裝置，通過消能裝置產(chǎn)生滯回變形來耗散或吸收地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，以減少主體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或倒塌，達(dá)到減震控制的目的。目前的消能器基本上都是單一耗能原理制成的，存在一定的不足，比如承載力曲線不穩(wěn)定、滯回曲線“捏縮現(xiàn)象明顯”等(如圖4、圖5和圖6所示)；現(xiàn)有的軟鋼消能器，從受力形式上分為:軸向屈服型、彎曲屈服型、剪切屈服型以及扭轉(zhuǎn)屈服型，由于地震作用的方向具有不確定性，因此難以保證這些耗能方向單一的軟鋼消能器在地震時(shí)能夠有效起到作用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、加工方便、性能穩(wěn)定的雙向耗能軟鋼消能器，實(shí)現(xiàn)面內(nèi)剪切耗能和面外彎曲耗能，消耗地震動(dòng)能量。技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:雙向耗能軟鋼消能器，包括核心耗能構(gòu)件，所述核心耗能構(gòu)件包括構(gòu)成工字型結(jié)構(gòu)的三塊矩形耗能鋼板，所述三塊矩形耗能鋼板分別記為左側(cè)矩形耗能板、中間矩形耗能板和右側(cè)矩形耗能板，所述中間矩形耗能板固定在左側(cè)矩形耗能板和右側(cè)矩形耗能板之間。三塊矩形耗能鋼板的尺寸參數(shù)需根據(jù)工程需要和減震要求具體確定。優(yōu)選的，所述三塊矩形耗能鋼板的材質(zhì)為軟鋼板(低屈服點(diǎn)鋼板)。優(yōu)選的，所述左側(cè)矩形耗能板和中間矩形耗能板之間、中間矩形耗能板和右側(cè)矩形耗能板之間通過角焊縫連接。上述消能器，在地震作用導(dǎo)致建筑物發(fā)生層間變形時(shí)，核心耗能構(gòu)件屈服，能夠耗散地震輸入的能量，實(shí)現(xiàn)消能減震的目的。與單一耗能方向、單一耗能原理不同，該消能器基于彎曲屈服和剪切屈服兩種原理的結(jié)合設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)面內(nèi)剪切屈服耗能和面外彎曲屈服耗能；通過合理布置三塊矩形耗能鋼板，能夠在任一方向地震作用時(shí)都能夠消能減震。優(yōu)選的，還包括頂板和底板，所述頂板固定在核心耗能構(gòu)件的上端面，所述底板固定在核心耗能構(gòu)件的下端面。頂板和底板的設(shè)計(jì)是為了方便與建筑物連接。更為優(yōu)選的，所述頂板和核心耗能構(gòu)件之間、核心耗能構(gòu)件和底板之間通過全透對(duì)接焊連接。更為優(yōu)選的，所述頂板上設(shè)置有與建筑物連接用的頂板螺栓孔，所述底板上設(shè)置有與建筑物連接用的底板螺栓孔。使用時(shí)，頂板通過高強(qiáng)螺栓與梁連接，底板通過摩擦型高強(qiáng)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(duì)消能器進(jìn)行檢修和更換。更為優(yōu)選的，所述頂板和底板的材質(zhì)為普通鋼板。本案提供的消能器為非承重構(gòu)件，不能夠承擔(dān)建筑物結(jié)構(gòu)的重量，在消能器安裝后不改變建筑物主體結(jié)構(gòu)豎向受力體系；本案提供的消能器既可以用于新建筑物的抗震設(shè)計(jì)，也可以用于既有建筑物的抗震加固設(shè)計(jì)。有益效果:本發(fā)明提供的雙向耗能軟鋼消能器，基于彎曲屈服和剪切屈服兩種原理的結(jié)合設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)面內(nèi)剪切屈服耗能和面外彎曲屈服耗能；核心部分采用低屈服點(diǎn)剛，通過合理布置三塊矩形耗能鋼板，保證地震作用時(shí)在設(shè)定的層間位移變形下屈服耗能，避免結(jié)構(gòu)破壞，起到保護(hù)作用。


圖1為本發(fā)明的正視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為單一矩形耗能板面內(nèi)剪切屈服承載力曲線；圖5為單一矩形耗能板面外彎曲屈服承載力曲線；圖6為單一矩形耗能板面內(nèi)剪切屈服滯回曲線；圖7為X向地震作用下，本發(fā)明的承載力曲線；圖8為Y向地震作用下，本發(fā)明的承載力曲線；圖9為X向地震作用下，本發(fā)明的滯回曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。如圖1、圖2、圖3所示為一種雙向耗能軟鋼消能器，包括核心耗能構(gòu)件、頂板I和底板6 ;所述核心耗能構(gòu)件包括構(gòu)成工字型結(jié)構(gòu)的三塊矩形耗能鋼板，所述三塊矩形耗能鋼板分別記為左側(cè)矩形耗能板3、中間矩形耗能板4和右側(cè)矩形耗能板5，所述中間軍銜耗能板4固定在左側(cè)矩形耗能板3和右側(cè)矩形耗能板5之間；所述頂板I固定在核心耗能構(gòu)件的上端面，所述底板6固定在核心耗能構(gòu)件的下端面，在頂板I上設(shè)置有與建筑物連接用的頂板螺栓孔2，在底板6上設(shè)置有與建筑物連接用的底板螺栓孔7。所述三塊矩形耗能鋼板的材質(zhì)為軟鋼板，所述頂板I和底板6的材質(zhì)為普通鋼板；所述左側(cè)矩形耗能板3和中間矩形耗能板4之間、中間矩形耗能板4和右側(cè)矩形耗能板5之間通過角焊縫連接；所述頂板I和核心耗能構(gòu)件之間、核心耗能構(gòu)件和底板6之間通過全透對(duì)接焊連接。使用時(shí)，頂板I通過高強(qiáng)螺栓與梁連接，底板6通過摩擦型高強(qiáng)螺栓與人字型支撐或中間支柱連接。工作時(shí)，當(dāng)?shù)卣鹱饔肵向輸入時(shí)，中間矩形耗能板4面內(nèi)剪切屈服耗能，左側(cè)矩形耗能板3、右側(cè)矩形耗能板5面外彎曲屈服耗能。同時(shí)，左側(cè)矩形耗能板3、右側(cè)矩形耗能板5相當(dāng)于中間矩形耗能板4的翼緣，有效地約束其邊緣的雙向彎曲變形，從而提高消能器的承載力，改善滯回性能。當(dāng)?shù)卣鹱饔肶向輸入時(shí)，左側(cè)矩形耗能板3、右側(cè)矩形耗能板5剪切屈服耗能，中間矩形耗能板4面外彎曲屈服耗能，同時(shí)中間矩形耗能板4有效地約束了左側(cè)矩形耗能板3、右側(cè)矩形耗能板5中間的凸曲變形，從而提高消能器的承載力，改善滯回性倉(cāng)泛。如圖7、圖8、圖9所示，上述消能器，采用彎曲、剪切兩種原理設(shè)計(jì)，彼此協(xié)同工作，克服各自不足，在X向、Y向使都可以用來消能減震，即具有兩組不同的性能參數(shù)可供設(shè)計(jì)選擇，使得其在應(yīng)用上更具優(yōu)勢(shì)，能夠達(dá)到“1+1 > 2”的效果。上述消能器設(shè)計(jì)制造流程如下:(I)根據(jù)工程需要的性能參數(shù)(屈服位移，彈性剛度，屈服力等)設(shè)計(jì)出右側(cè)矩形耗能板3、中間矩形耗能板4、左側(cè)矩形耗能板5的尺寸(長(zhǎng)度、寬度、厚度)；(2)根據(jù)工程設(shè)定的極限位移設(shè)計(jì)出頂板I和底板6的尺寸(長(zhǎng)度、寬度、厚度)、高強(qiáng)螺栓的相關(guān)參數(shù)(數(shù)量、直徑、性能等級(jí));(3)采用角焊縫連接三塊矩形耗能鋼板，完成核心耗能構(gòu)件制造；(4)采用全熔透對(duì)接焊連接核心耗能構(gòu)件和頂板、底板。在整個(gè)焊接過程中，不應(yīng)在中間矩形耗能板4位置進(jìn)行焊接起弧或落弧等不規(guī)范的加工工藝，以免局部熱應(yīng)力對(duì)屈服段性能產(chǎn)生不利影響。同時(shí)應(yīng)注意防火、防腐處理。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.雙向耗能軟鋼消能器，其特征在于:包括核心耗能構(gòu)件，所述核心耗能構(gòu)件包括構(gòu)成工字型結(jié)構(gòu)的三塊矩形耗能鋼板，所述三塊矩形耗能鋼板分別記為左側(cè)矩形耗能板(3)、中間矩形耗能板(4)和右側(cè)矩形耗能板(5)，所述中間矩形耗能板(4)固定在左側(cè)矩形耗能板(3 )和右側(cè)矩形耗能板(5 )之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向耗能軟鋼消能器，其特征在于:所述三塊矩形耗能鋼板的材質(zhì)為軟鋼板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向耗能軟鋼消能器，其特征在于:所述左側(cè)矩形耗能板(3)和中間矩形耗能板(4)之間、中間矩形耗能板(4)和右側(cè)矩形耗能板(5)之間通過角焊縫連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向耗能軟鋼消能器，其特征在于:還包括頂板(I)和底板(6),所述頂板(I)固定在核心耗能構(gòu)件的上端面,所述底板(6)固定在核心耗能構(gòu)件的下端面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙向耗能軟鋼消能器，其特征在于:所述頂板(I)和核心耗能構(gòu)件之間、核心耗能構(gòu)件和底板(6)之間通過全透對(duì)接焊連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙向耗能軟鋼消能器，其特征在于:所述頂板(I)上設(shè)置有與建筑物連接用的頂板螺栓孔(2)，所述底板(6)上設(shè)置有與建筑物連接用的底板螺栓孔(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙向耗能軟鋼消能器，其特征在于:所述頂板(I)和底板(6)的材質(zhì)為普通鋼板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙向耗能軟鋼消能器，包括核心耗能構(gòu)件，所述核心耗能構(gòu)件包括構(gòu)成工字型結(jié)構(gòu)的三塊矩形耗能鋼板，所述三塊矩形耗能鋼板分別記為左側(cè)矩形耗能板、中間矩形耗能板和右側(cè)矩形耗能板，所述中間矩形耗能板固定在左側(cè)矩形耗能板和右側(cè)矩形耗能板之間。三塊矩形耗能鋼板的尺寸參數(shù)需根據(jù)工程需要和減震要求具體確定。本發(fā)明提供的雙向耗能軟鋼消能器，基于彎曲屈服和剪切屈服兩種原理的結(jié)合設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)面內(nèi)剪切屈服耗能和面外彎曲屈服耗能；核心部分采用低屈服點(diǎn)鋼，通過合理布置三塊矩形耗能鋼板，保證地震作用時(shí)在設(shè)定的層間位移變形下屈服耗能，避免結(jié)構(gòu)破壞，起到保護(hù)作用。
文檔編號(hào)E04B1/98GK103161237SQ201310077398
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者黃鎮(zhèn), 劉峰, 李愛群 申請(qǐng)人:東南大學(xué)