无屈曲波形结构耗能构件制造技术

无屈曲波形结构耗能构件，结构为：包括中部标准波型段，还包括端部构造波型段；所述中部标准波型段包括若干个由水平段和斜向段组成的标准波型；所述端部构造波型可采用标准波型或亦可采用标准波型的半波形式，即水平段与斜向段的长度均为标准波型的一半，水平段与斜向段的夹角与标准波型相同，构造波型的波长与波高之比不大于6。本实用新型专利技术设计成无屈曲优化波，具有一定的通用性，可广泛应用于钢、铝、铅等金属材料制作而成的钢板剪力墙、剪切型阻尼器、连梁阻尼器或者其他形式的金属减震构件中。

Energy dissipating component with non buckling wave structure

The structure of energy dissipation components without flexion wave structure consists of the central standard wave section and the end tectonic wave section, and the central standard wave section includes several standard wave forms composed of horizontal and oblique sections; the end structural wave type can be used as a standard wave type or a standard wave type half wave form, that is water. The length of the horizontal and oblique sections is half of the standard wave type. The angle between the horizontal section and the oblique section is the same as that of the standard wave. The ratio of the wavelength to the wave height of the structural wave type is not more than 6. The utility model has no buckling optimal wave, and has a certain generality. It can be widely used in steel, aluminum, lead and other metal materials made of steel plate shear walls, shear type dampers, continuous beam dampers, or other forms of metal damping components.

【技术实现步骤摘要】
无屈曲波形结构耗能构件
本技术涉及建筑工程
，具体地说，是涉及一种结构耗能构件，具体设计成无屈曲优化波型的结构耗能构件。
技术介绍
高层建筑具有越来越广阔的市场前景，而在高层建筑中抗侧力结构构件的选择尤为重要。传统的抗侧力结构构件主要有钢支撑、钢筋混凝土剪力墙等，而这些已经不能满足高层建筑对于结构耗能能力的需求。针对这种情况，许多新型的结构耗能构件应运而生。例如普通钢板剪力墙、防屈曲钢板墙和剪切型阻尼器等。对于钢板墙和剪切型阻尼器来说，一般均采用平钢板。但由于平钢板的面外刚度很小，在较小水平力作用下就会发生面外屈曲，导致其刚度小、滞回性能有限。在此基础上，改进采用面外约束板或者加劲肋的方式来提高此类构件的面外刚度，但仍存在经济性降低、加工复杂、生产周期变长、缺陷明显等一系列问题。因此，急需一种面外刚度大、经济性好、加工方便、性能优越的构件。
技术实现思路
基于上述问题，本技术提出了一种结构耗能构件，设计成无屈曲优化波，具有一定的通用性，可广泛应用于钢、铝、铅等金属材料制作而成的钢板剪力墙、剪切型阻尼器、连梁阻尼器或者其他形式的金属减震构件中，充分利用波型的面外刚度大优点，保证构件性能优越，经济性好，加工方便，具有广泛的应用前景。技术方案一一种无屈曲波形结构耗能构件的弹塑性设计方法，其特征在于，通过提出波纹钢板墙弹塑性屈曲的折减系数η，近似地将波纹钢板墙等效为各向异性的平钢板墙，将主要受力方向的弹性模量做η的折减，抗扭方向做根号η的折减，非受力方向则不做折减，得到波纹钢板墙等效为各向异性平钢板墙后的平衡偏微分方程，如式(1.16)所示。其中，Dx为非受力方向面外刚度，Dy为主要受力方向面外刚度，H为抗扭刚度，ω为面外挠度函数，Ny为主要受力方向中面正应力，Nyx为主要受力方向中面剪应力。在弹性抗侧刚度方面，在单位力作用下，设波纹钢板墙的变形由n个单波的变形串联而成，单波的变形包括单波的剪切变形、单波的扭转变形。在单位力作用下，单波的剪切刚度由式(1.22)所示。其中，υ为钢材泊松比，E为弹性模量。而单波的扭转变形则假定单波截面在扭矩或弯矩作用下绕对称点变形，通过能量法可得到单波的扭转刚度如式(1.23)—(1.24)所示。因此，根据n个单波串联的关系，可得到波纹钢板墙的弹性抗侧刚度公式，如式(1.25)所示。在屈服承载力方面，波纹钢板墙的屈服承载力可由式(1.13)所示Qy＝τyatw(1.13)。进一步的，通过以下方式调整各个参数以满足设计要求：一、通过设定通用无屈曲优化波型的整体高厚比，可保证该波型在达到极限承载力之前都不发生整体失稳；(在建筑领域，达到极限承载力时的应用从未有过，本技术是首创。)二、通过设定标准波型和构造波型的细部尺寸，可保证该波型不发生局部失稳。三、通过在端部采用构造波型，特别是采用标准波型的半波形式，可保证标准波型和构造波型的中心线重合，减小端部偏心效应。进一步的，通过设定水平段与斜向段之间的折弯半径，可减小集中应力程度，提高性能。所述波型可以为梯形、正弦曲线以及矩形等。本技术优选采用梯形波型。以上设计获得的波纹形状面外刚度大，因此屈曲承载力高，不易屈曲，可避免采用面外约束板、加劲肋等提高面外刚度手段带来的加工复杂、周期长、经济性差等问题。技术方案二由上述方法技术方案设计获得的一种结构耗能构件，其特征在于，为一种建筑用无屈曲优化波型，包括中部标准波型段和端部构造波型段。所述中部标准波型段包括若干个由水平段和斜向段组成的标准波型。标准波型的水平段长度与斜向段的长度均不小于100mm，水平段与斜向段的夹角(锐角)不小于45度，波高不小于80mm，一个标准波型的波长与波高之比不大于6。所述端部构造波型可采用标准波型或亦可采用标准波型的半波形式，即水平段与斜向段的长度均为标准波型的一半，水平段与斜向段的夹角与标准波型相同，构造波型的波长与波高之比不大于6。所述中部标准波数量与采用的材料板厚有关。标准波数量必须保证通用无屈曲优化波型的整体高厚比不大于200。标准波型中水平段与斜向段间的折弯半径不小于15倍板厚。本技术优点：本技术面外刚度大，可避免采用面外约束板、加劲肋等提高面外刚度手段带来的加工复杂、周期长、经济性差等问题。本技术由于不会发生屈曲，可应用于钢、铝、铅等金属材料制作而成的钢板剪力墙、剪切型阻尼器、连梁阻尼器或者其他形式的金属减震构件中，充分利用波型的面外刚度大优点，保证构件性能优越，经济性好，加工方便，具有广泛的应用前景。附图说明图1为本技术无屈曲波形结构件示意图(通用无屈曲优化波型)。其中：1、端部构造波型段；2、若干个标准波的中部标准波型段；3、水平段；4、斜向段。图1.3波纹钢板墙受力示意图图1.4波纹钢板墙截面示意图图1.5a和图1.5b波纹钢板墙受力模型图1.6a和图1.6b波纹钢板墙受力分析图图1.7Mises应力云图(高度1000mmm)图1.8Mises应力云图(高度2000mmm)图1.9层剪力－层间位移曲线图1.10层剪力－层间位移角曲线图1.11墙高1m层剪力－层间位移角滞回曲线图1.12墙高2m层剪力－层间位移角滞回曲线图1.13a和图1.13b波纹钢板墙等效为各向异性平钢板墙图1.14波型参数图1.15单波的剪切变形图1.16弹性抗侧刚度理论值与有限元值比较图1.1710种波型图1.18波纹钢板受力分析图图1.19边缘构件面外弯矩受力图图1.20最优波型参数图1.21a和图1.21b试件1(t＝4mm)图1.22a和图1.22b试件2(t＝6mm)图1.23a和图1.23b试件3(t＝8mm)图1.24a和图1.24b边缘构件尺寸具体实施方式如图1所示，通用无屈曲波型包括中部标准波型段和端部构造波型段。进一步，中部标准波型段包括若干个由水平段和斜向段组成的标准波型。标准波型的水平段长度与斜向段的长度均不小于100mm，水平段与斜向段的夹角(锐角)不小于45度，波高不小于80mm，一个标准波型的波长与波高之比不大于6。进一步，端部构造波型可采用标准波型或亦可采用标准波型的半波形式，即水平段与斜向段的长度均为标准波型的一半，水平段与斜向段的夹角与标准波型相同，构造波型的波长与波高之比不大于6。进一步，中部标准波数量与采用的材料板厚有关。标准波数量必须保证通用无屈曲优化波型的整体高厚比不大于200。标准波型中水平段与斜向段间的折弯半径不小于15倍板厚。本技术设计出的该通用无屈曲优化波型，主要应用于钢、铝、铅等金属材料制作而成的钢板剪力墙、剪切型阻尼器、连梁阻尼器或者其他形式的金属减震构件中。其中，钢材可采用普通钢材，例如Q235b，或采用低屈服点钢，例如LY225,LY100等。本技术的技术贡献的关键在于实现弹塑性无屈曲。原先最早仅是在桥梁领域上会用到波纹板，后来建筑领域上也慢慢开始用波纹板，但两者均只是利用其弹性刚度，而没有利用其进入塑性以后的耗能性能，而且由于没有进行塑性设计，之前的波型进入塑性以后都会发生面外屈曲，整体失稳和局部失稳都会发生，因此耗能能力弱，无法为结构提供耗散能量的功能，而这一功能越来越重要。而本技术方法设计获得的无屈曲优化波型，保证其即使在进入塑性以后都不会发生失稳，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无屈曲波形结构耗能构件，其特征在于，结构为：包括中部标准波型段，还包括端部构造波型段；所述中部标准波型段包括若干个由水平段和斜向段组成的标准波型；标准波型的水平段长度与斜向段的长度均不小于100mm，水平段与斜向段的夹角为锐角，该锐角不小于45度，波高不小于80mm，一个标准波型的波长与波高之比不大于6；所述端部构造波型可采用标准波型或亦可采用标准波型的半波形式，即水平段与斜向段的长度均为标准波型的一半，水平段与斜向段的夹角与标准波型相同，构造波型的波长与波高之比不大于6；所述标准波数量必须保证通用无屈曲优化波型的整体高厚比不大于200；标准波型中水平段与斜向段间的折弯半径不小于15倍板厚。

【技术特征摘要】
1.一种无屈曲波形结构耗能构件，其特征在于，结构为：包括中部标准波型段，还包括端部构造波型段；所述中部标准波型段包括若干个由水平段和斜向段组成的标准波型；标准波型的水平段长度与斜向段的长度均不小于100mm，水平段与斜向段的夹角为锐角，该锐角不小于45度，波高不小于80mm，一个标准波型的波长与波高之...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，孙飞飞，金华建，宫海，尹文汉，
申请(专利权)人：同济大学，南通蓝科减震科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31