專利名稱：槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工程結(jié)構(gòu)減震裝置，尤其涉及一種槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器，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(yīng)，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。剪切鋼板消能器是一種常見的消能裝置，薄鋼板在面內(nèi)受剪時容易發(fā)生面外屈曲，承載力不穩(wěn)定，滯回曲線的“捏縮現(xiàn)象”(如圖4、圖5和圖
6所示)嚴(yán)重。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(dǎo)致鋼板承載力和剛度的降低；二是直接在鋼板上焊接十字形或交叉型加勁肋，這樣會產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余變形，降低鋼板延性，焊接處成為薄弱部位。所以，需要研發(fā)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(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有防屈曲方案存在的不足，本發(fā)明提供一種設(shè)計簡單、加工方便、穩(wěn)定可靠的槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器，實現(xiàn)面內(nèi)剪切滯回變形，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:槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器，包括核心耗能構(gòu)件、防屈曲裝置、頂板和底板，所述核心耗能構(gòu)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四塊豎向槽鋼、兩組構(gòu)成交叉結(jié)構(gòu)的斜向槽鋼、四塊導(dǎo)槽板和加勁肋；所述四塊豎向槽鋼兩兩分成一組分別設(shè)置在矩形耗能鋼板的左右兩側(cè)、并與矩形耗能鋼板之間存在避讓距離，同一組的兩塊豎向槽鋼分別位于矩形耗能鋼板的前后兩側(cè)相對位置、且槽口相背，所述四塊豎向槽鋼的上端與頂板固定；所述兩組構(gòu)成交叉結(jié)構(gòu)的斜向槽鋼分別設(shè)置在矩形耗能鋼板前后兩側(cè)、并分別與矩形耗能鋼板的前后兩側(cè)面貼合，斜向槽鋼的兩端部分別與位于矩形耗能鋼板同一側(cè)的兩塊豎向槽鋼固定；所述四塊導(dǎo)槽板固定在底板上、分別限制四塊豎向槽鋼的下端沿遠離矩形耗能鋼板的前/后方向的移動；所述加勁肋布置在豎向槽鋼和斜向槽鋼的集中力處。核心耗能構(gòu)件的尺寸參數(shù)需根據(jù)工程需要和減震要求具體確定，豎向槽鋼、斜向槽鋼、導(dǎo)槽板和加勁肋的尺寸參數(shù)需根據(jù)受力計算和構(gòu)造要求具體確定，豎向槽鋼和核心耗能構(gòu)件之間的避讓距離需根據(jù)工程需要具體確定。優(yōu)選的，還包括聚四氟乙烯隔離層，所述聚四氟乙烯隔離層設(shè)置在斜向槽鋼腹板外側(cè)表面上；由于聚四氟乙烯隔離層設(shè)置在斜向槽鋼腹板外側(cè)表面上，因此構(gòu)成交叉結(jié)構(gòu)的斜向槽鋼就不再直接與矩形耗能鋼板的前后兩側(cè)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(shè)置，能夠減緩核心耗能構(gòu)件和防屈曲裝置之間的摩擦；聚四氟乙烯隔離層和斜向槽鋼之間可以采用膠粘接。優(yōu)選的，所述豎向槽鋼和斜向槽鋼之間，斜向槽鋼和斜向槽鋼之間、加勁肋和豎向槽鋼之間、加勁肋和斜向槽鋼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；所述豎向槽鋼和頂板之間、導(dǎo)槽板和底板之間通過角焊縫連接。該處給出的僅為優(yōu)選的一種焊接連接方式，根據(jù)需要，還可以選擇本案給出連接方式的部分，結(jié)合其他連接方式進行組合，以達到更為優(yōu)選的方式。優(yōu)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(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。本案提供的槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器為非承重構(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；本方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)明提供的槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器，能夠避免對核心耗能構(gòu)件開縫或開洞，防止造成對截面尺寸、承載力和剛度的削弱；避免直接在核心耗能構(gòu)件上焊接加勁肋，防止產(chǎn)生薄弱部位、降低鋼板延性；通過設(shè)置聚四氟乙烯隔離層，消除了槽鋼對核心耗能構(gòu)件的摩擦影響；通過設(shè)置防屈曲裝置，能夠有效限制核心耗能構(gòu)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(shù)設(shè)計，保證地震作用時在設(shè)定的層間位移變形下消能器屈服耗能，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(diào)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(fā)明的承載力曲線；圖8為地震作用下，本發(fā)明的單調(diào)曲線；圖9為地震作用下，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所示為一種槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器，包括核心耗能構(gòu)件、防屈曲裝置、頂板6和底板8。所述核心耗能構(gòu)件為矩形耗能鋼板I所述頂板6和底板8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四塊豎向槽鋼2、兩組構(gòu)成交叉結(jié)構(gòu)的斜向槽鋼3、四塊導(dǎo)槽板4和加勁肋5 ;所述四塊豎向槽鋼2兩兩分成一組分別設(shè)置在矩形耗能鋼板I的左右兩偵U、并與矩形耗能鋼板I之間存在避讓距離，同一組的兩塊豎向槽鋼2分別位于矩形耗能鋼板I的前后兩側(cè)相對位置、且槽口相背，所述四塊豎向槽鋼2的上端與頂板6固定；所述兩組構(gòu)成交叉結(jié)構(gòu)的斜向槽鋼3分別設(shè)置在矩形耗能鋼板I前后兩側(cè)、并分別在與矩形耗能鋼板I的相對的腹板外側(cè)表面上粘貼一層聚四氟乙烯隔離層10，所述兩層聚四氟乙烯隔離層10分別與矩形耗能鋼板I的前后兩側(cè)表面貼合，斜向槽鋼3的兩端部分別與位于矩形耗能鋼板I同一側(cè)的兩塊豎向槽鋼2固定；所述四塊導(dǎo)槽板4固定在底板8上、分別限制四塊豎向槽鋼2的下端沿遠離矩形耗能鋼板I前/后方向的移動；所述加勁肋5布置在豎向槽鋼2和斜向槽鋼3的集中力處。具體連接方式為:所述豎向槽鋼2和斜向槽鋼3之間，斜向槽鋼3和斜向槽鋼3之間、加勁肋5和豎向槽鋼2之間、加勁肋5和斜向槽鋼3之間通過角焊縫連接；所述頂板6和矩形耗能鋼板I之間、矩形耗能鋼板I和底板8之間通過全透對接焊連接；所述豎向槽鋼2和頂板6之間、導(dǎo)槽板4和底板8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6和底板8為普通鋼。如圖所示，本方案中使用了六塊斜向槽鋼3，分成兩組，交叉成X形；加勁肋5的使用數(shù)量為二十個。所述頂板6上設(shè)置有與建筑物連接用的頂板螺栓孔7，所述底板8上設(shè)置有與建筑物連接用的底板螺栓孔9 ;使用時，頂板6通過高強螺栓與梁連接，底板8通過高強螺栓與人字型支撐或中間支柱連接。當(dāng)發(fā)生地震作用時，結(jié)構(gòu)發(fā)生層間位移導(dǎo)致矩形耗能鋼板I發(fā)生剪切變形；矩形耗能鋼板I發(fā)生剪切變形之后，易于發(fā)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(zhuǎn)化為面內(nèi)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。如圖7、圖8、圖9所示，通過合理的設(shè)置，本案能夠有效地限制矩形耗能鋼板I的面外屈曲變形，提高承載能力，消除滯回曲線的“捏縮現(xiàn)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10，消除了槽鋼和矩形耗能鋼板I的摩擦影響。本案既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，又避免直接在矩形耗能鋼板I上焊接加勁肋，產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余變形，因此具有良好的應(yīng)用前景。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)計出矩形耗能鋼板I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6和底板8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)根據(jù)受力計算和構(gòu)造要求設(shè)計出豎向槽鋼2和斜向槽鋼3的相關(guān)參數(shù)(槽鋼型號、長度);(4)采用膠粘接聚四氟乙烯隔離層10和斜向槽鋼3 ；(5)采用全熔透對接焊連接核心耗能鋼板I和頂板6、底板8。(6)采用角焊縫連接構(gòu)成交叉結(jié)構(gòu)的六塊槽鋼；(7)采用角焊縫連接構(gòu)成交叉結(jié)構(gòu)的斜向槽鋼3和豎向槽鋼2 ；
(8)采用角焊縫連接豎向槽鋼2和頂板6 ；(9)采用角焊縫連接導(dǎo)槽板4和底板8，完成槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器的制造；在整個焊接過程中，不應(yīng)在矩形耗能鋼板I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(yīng)力對屈服段性能產(chǎn)生不利影響；同時應(yīng)注意防火、防腐處理。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)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(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器，其特征在于:包括核心耗能構(gòu)件、防屈曲裝置、頂板(6)和底板(8)，所述核心耗能構(gòu)件為矩形耗能鋼板(1)，所述頂板(6)和底板(8)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四塊豎向槽鋼(2)、兩組構(gòu)成交叉結(jié)構(gòu)的斜向槽鋼(3)、四塊導(dǎo)槽板(4)和加勁肋(5);所述四塊豎向槽鋼(2)兩兩分成一組分別設(shè)置在矩形耗能鋼板(I)的左右兩側(cè)、并與矩形耗能鋼板(I)之間存在避讓距離，同一組的兩塊豎向槽鋼(2)分別位于矩形耗能鋼板(I)的前后兩側(cè)相對位置、且槽口相背，所述四塊豎向槽鋼(2)的上端與頂板(6)固定；所述兩組構(gòu)成交叉結(jié)構(gòu)的斜向槽鋼(3)分別設(shè)置在矩形耗能鋼板(I)前后兩側(cè)、并分別與矩形耗能鋼板(I)的前后兩側(cè)面貼合，斜向槽鋼(3)的兩端部分別與位于矩形耗能鋼板(I)同一側(cè)的兩塊豎向槽鋼(2)固定；所述四塊導(dǎo)槽板(4)固定在底板(8)上、分別限制四塊豎向槽鋼(2)的下端沿遠離矩形耗能鋼板(I)的前/后方向的移動；所述加勁肋(5)布置在豎向槽鋼(2)和斜向槽鋼(3)的集中力處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽鋼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(10)，所述聚四氟乙烯隔離層(10)設(shè)置在斜向槽鋼(3)腹板外側(cè)表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器，其特征在于:所述豎向槽鋼(2)和斜向槽鋼(3)之間，斜向槽鋼(3)和斜向槽鋼(3)之間、加勁肋(5)和豎向槽鋼(2)之間、加勁肋(5)和斜向槽鋼(3)之間通過角焊縫連接；所述頂板(6)和矩形耗能鋼板(I)之間、矩形耗能鋼板(I)和底板(8)之間通過全透對接焊連接；所述豎向槽鋼(2)和頂板(6)之間、導(dǎo)槽板(4 )和底板(8 )之間通過角焊縫連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽鋼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(jù)權(quán)利要求1所述的槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器，其特征在于:所述頂板(6)上設(shè)置有與建筑物連接用的頂板螺栓孔(7)，所述底板(8)上設(shè)置有與建筑物連接用的底板螺栓孔(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器，其特征在于:所述防屈曲裝置、頂板(6)和底板(8)為普通鋼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器，包括核心耗能構(gòu)件、防屈曲裝置、頂板和底板，所述核心耗能構(gòu)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四塊豎向槽鋼、兩組構(gòu)成交叉結(jié)構(gòu)的斜向槽鋼、四塊導(dǎo)槽板和加勁肋。本發(fā)明提供的槽鋼防屈曲剪切鋼板消能器，能夠避免對核心耗能構(gòu)件開縫或開洞、避免直接在核心耗能構(gòu)件上焊接加勁肋；通過設(shè)置聚四氟乙烯隔離層，消除了槽鋼對核心耗能構(gòu)件的摩擦影響；通過設(shè)置防屈曲裝置，能夠有效限制核心耗能構(gòu)件的面外變形，提高承載能力，改善滯回性能。
文檔編號E04B1/98GK103161239SQ20131012131
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者黃鎮(zhèn), 劉峰, 李愛群 申請人:東南大學(xué)