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，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或倒塌，達到減震控制的目的。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)計簡單、加工方便、性能穩(wěn)定的雙向耗能軟鋼消能器，實現(xiàn)面內(nèi)剪切耗能和面外彎曲耗能，消耗地震動能量。技術(shù)方案:為實現(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，在地震作用導致建筑物發(fā)生層間變形時，核心耗能構(gòu)件屈服，能夠耗散地震輸入的能量，實現(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，同時實現(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，頂板通過高強螺栓與梁連接，底板通過摩擦型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。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，也可以用于既有建筑物的抗震加固設(shè)計。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，同時實現(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剛，通過合理布置三塊矩形耗能鋼板，保證地震作用時在設(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。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。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之間通過全透對接焊連接。使用時，頂板I通過高強螺栓與梁連接，底板6通過摩擦型高強螺栓與人字型支撐或中間支柱連接。工作時，當?shù)卣鹱饔肵向輸入時，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，左側(cè)矩形耗能板3、右側(cè)矩形耗能板5相當于中間矩形耗能板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?shù)卣鹱饔肶向輸入時，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，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)計選擇，使得其在應用上更具優(yōu)勢，能夠達到“1+1 > 2”的效果。上述消能器設(shè)計制造流程如下:(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(長度、寬度、厚度)；(2)根據(jù)工程設(shè)定的極限位移設(shè)計出頂板I和底板6的尺寸(長度、寬度、厚度)、高強螺栓的相關(guān)參數(shù)(數(shù)量、直徑、性能等級);(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)采用全熔透對接焊連接核心耗能構(gòu)件和頂板、底板。在整個焊接過程中，不應在中間矩形耗能板4位置進行焊接起弧或落弧等不規(guī)范的加工工藝，以免局部熱應力對屈服段性能產(chǎn)生不利影響。同時應注意防火、防腐處理。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本技術(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和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
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，同時實現(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鋼，通過合理布置三塊矩形耗能鋼板，保證地震作用時在設(shè)定的層間位移變形下屈服耗能，避免結(jié)構(gòu)破壞，起到保護作用。
文檔編號E04B1/98GK103161237SQ201310077398
公開日2013年6月19日 申請日期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 申請人:東南大學