一种防屈曲剪切板阻尼器及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种防屈曲剪切板阻尼器及其设计方法，包括波形防屈曲剪切耗能板、上端板和下端板；上下端板与波形防屈曲剪切耗能板通过焊接相互连接；波形防屈曲剪切耗能板由三段直板和两段曲板在横向上间隔分布依次连接组成。本防屈曲剪切板阻尼器中的曲板能够有效减轻面外屈曲，在上下端板发生沿耗能板强轴方向的相对位移情况下，耗能板的三段直板会发生平面内的剪切变形，两段曲板会发生平面外的弯曲变形，弯曲变形是沿着耗能板的强轴方向，将矩形钢板腹板中部大位移下发生的面外变形转变成沿着耗能板强轴的弯曲变形，从而减轻面外屈曲程度，提升耗能能力。本阻尼器具有面外屈曲程度小、延性好、耗能能力强等诸多优越性能，是一种理想的耗能元件。

【技术实现步骤摘要】
一种防屈曲剪切板阻尼器及其设计方法
本专利技术属于建筑工程和结构工程抗震领域，具体涉及一种防屈曲剪切板阻尼器及其设计方法及应用。
技术介绍
地震会引起建筑结构的严重破坏，造成大量房屋破坏或倒塌，使人民生命财产蒙受巨大损失。为了减少地震给人们带来的巨大损失，近年来消能减震技术得到了迅速发展。在结构的节点、支撑、剪力墙、楼层空间、主附结构等部位设置阻尼器装置，通过阻尼器的弯曲、剪切、扭转变形来耗散地震能量，减少结构的地震反应，从而减轻结构的损伤程度，达到消能减震的效果。应用最为普遍的一类阻尼器是金属阻尼器。一般金属剪切型阻尼器通过两种方式进行耗能，一种是通过耗能板剪切屈服耗能，另一种是通过耗能板弯曲屈服耗能。其中剪切钢板阻尼器是利用钢板平面内产生剪切弹塑性变形进行耗能减震，因其具有制作简单、耗能性能良好、初始刚度大、经济性好等优点被研究并应用于房屋和桥梁结构中。但研究发现，剪切钢板阻尼器在往复荷载作用下，随着剪切变形的增大，腹板易发生平面外屈曲，阻尼器的滞回曲线过早出现捏缩，致使其承载力和耗能能力下降并且很快发生破坏退出工作。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，解决剪切钢板阻尼器腹板发生平面外屈曲致使其承载力和耗能能力下降问题，设计了一种防屈曲剪切板阻尼器，该阻尼器不仅具有优良的耗能性能，还能够有效降低剪切钢板的平面外屈曲现象，提高该阻尼器的耗能减震效果；同时使用高强螺栓与应用结构连接，易于安装与拆卸，可实现震后可更换功能。为达到上述效果，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种防屈曲剪切板阻尼器的设计方法包括：根据阻尼器实际布置位置和内力情况，确定弹性屈服荷载Py；根据实际布置位置尺寸设定阻尼器高厚比h/t；根据弹性屈服荷载Py得到阻尼器截面面积A：其中，fy为材料屈服应力，b为阻尼器长度，t为阻尼器板材厚度，α为放大系数；根据虚功原理，计算阻尼器矩形截面的弹性刚度K：得到阻尼器矩形截面钢板的弹性屈服位移Δy：其中，分别为单位荷载P作用下的弯曲和剪切变形；E为弹性模量，ν为泊松比，k为截面切应力分布不均匀修正系数；将弹性屈服位移Δy乘以折减系数β得到弹性屈服位移：Δy发＝βΔy检验Δy是否满足抗震层间侧移要求，若不满足则重新选择高厚比h/t，重新计算截面面积，直至满足要求。本专利技术进而提供了一种防屈曲剪切板阻尼器，包括波形防屈曲剪切耗能板、上端板和下端板，上端板和下端板平行布置，在上端板和下端板之间垂直连接有波形防屈曲剪切耗能板；所述波形防屈曲剪切耗能板是由直板冷加工处理形成，由三段直板和两段曲板与上下端板平行方向间隔分布依次连接构成；三段直板分别布置在两端部和中部，两段曲板为半圆弧段，布置在中部直板段两侧，且圆弧开口方向相反。作为优选，所述直板位于波形防屈曲剪切耗能板两端部和中部，曲板位于直板之间，为半圆弧段，两半圆弧段曲率半径大小一致。作为优选，位于中部的直板段宽度为两端部直板段宽度的一半。作为优选，直板段长度与曲板直径尺寸比例为：直a：曲b：直c：曲b：直a＝1:1:0.5:1:1。作为优选，位于波形防屈曲剪切耗能板两端部和中部的直板和相邻于直板之间的半圆弧段曲板关于中部直板段的形心中心对称布置，且全截面剪力合力通过此形心。作为优选，所述波形防屈曲剪切耗能板由一整块完整的直钢板经过冷加工而成，直板与曲板连接处以圆弧过渡。作为优选，所述波形防屈曲剪切耗能板与上端板和下端板采用焊接连接；上端板和下端板通过高强螺栓与应用结构相连。作为优选，上端板和下端板采用Q345钢材；波形防屈曲剪切耗能板采用LY225或Q235钢材。本专利技术的防屈曲剪切板阻尼器能够在剪力墙连梁和安置人字支撑于框架结构中应用。本专利技术防屈曲剪切板阻尼器可应用于框架结构中，上端板与框架梁相连，下端板与人字支撑相连，人字支撑下部与框架柱相连。防屈曲剪切板阻尼器的上端板和下端板均开有螺栓孔，可通过高强螺栓与应用结构相连。防屈曲剪切板阻尼器还可应用于剪力墙连梁中，安置于剪力墙连梁中部。连梁中预埋钢板与阻尼器上端板和下端板通过高强螺栓相连。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：本防屈曲剪切板阻尼器中直板主要通过发生沿强轴方向的剪切变形发挥耗能作用，曲板主要通过发生平面外的弯曲变形耗能，曲板能够有效减轻面外屈曲，在上下端板发生沿耗能板强轴方向的相对位移情况下，耗能板的三段直板会发生平面内的剪切变形，两段曲板会发生平面外的弯曲变形，弯曲变形是沿着耗能板的强轴方向，将矩形钢板腹板中部大位移下发生的面外变形转变成沿着耗能板强轴的弯曲变形，从而减轻面外屈曲程度，提升耗能能力。本阻尼器具有面外屈曲程度小、延性好、耗能能力强等诸多优越性能，是一种理想的耗能元件。该结构具有以下优点：1、该结构可以有效解决剪切钢板阻尼器在往复荷载作用下，腹板易发生平面外屈曲的问题。2、当阻尼器工作时，可以有效解决剪切钢板阻尼器延性不足，承载力下降突然且迅速的问题。3、可以有效解决剪切钢板阻尼器的滞回曲线过早出现捏缩，耗能能力下降大并且很快发生破坏退出工作的问题。4、可根据防屈曲剪切板阻尼器所应用的结构实际构件尺寸和结构层间位移角限值调整波形防屈曲剪切耗能板尺寸大小，使得其能够在不同的结构中达到理想目标。5、防屈曲剪切板阻尼器能够实现地震集中损伤，震后快速更换，恢复建筑结构预定功能。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为波形防屈曲剪切耗能板几何参数确定图；图3为矩形钢板阻尼器直观图；图4(a)、(b)、(c)分别为矩形钢板阻尼器几何参数、剪力、弯矩简化分析模型；图5(a)、(b)为本专利技术应用实例图；图6为滞回曲线对比图；图7为骨架曲线对比图；图8为等效粘滞阻尼比对比图；图9为累积总耗能对比图；图10为本专利技术加载至36.60mm平面外变形正视图；图11为矩形钢板阻尼器加载至27.64mm平面外变形正视图；图12为本专利技术加载至27.64mm平面外变形正视图。图中：1-波形防屈曲剪切耗能板；2-直板；3-曲板；4-上端板；5-下端板；6-螺栓孔；7-波形防屈曲剪切耗能板。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。如图1所示，为本专利技术实施例提供的一种防屈曲剪切板阻尼器，包括波形防屈曲剪切耗能板1、上端板4和下端板5。上端板和下端板平行布置，在上端板4和下端板5之间设置有波形防屈曲剪切耗能板1，波形防屈曲剪切耗能板是由直板冷加工处理形成将波形防屈曲剪切耗能板1的顶端焊接于上端板4，底端焊接于下端板5。波形防屈曲剪切耗能板1由三段直板2和两段曲板3在横向上间隔分布依次连接组成。可由一整块完整的直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防屈曲剪切板阻尼器的设计方法，其特征在于，包括：/n根据阻尼器实际布置位置和内力情况，确定弹性屈服荷载P

【技术特征摘要】
1.一种防屈曲剪切板阻尼器的设计方法，其特征在于，包括：
根据阻尼器实际布置位置和内力情况，确定弹性屈服荷载Py；根据实际布置位置尺寸设定阻尼器高厚比h/t；
根据弹性屈服荷载Py得到阻尼器截面面积A：



其中，fy为材料屈服应力，b为阻尼器长度，t为阻尼器板材厚度，α为放大系数；
根据虚功原理，计算阻尼器矩形截面的弹性刚度K：



得到阻尼器矩形截面钢板的弹性屈服位移Δy：



其中，分别为单位荷载P作用下的弯曲和剪切变形；E为弹性模量，ν为泊松比，k为截面切应力分布不均匀修正系数；
将弹性屈服位移Δy乘以折减系数β得到弹性屈服位移：
Δy发＝βΔy
检验Δy是否满足抗震层间侧移要求，若不满足则重新选择高厚比h/t，重新计算截面面积，直至满足要求。


2.一种权利要求1所述方法设计的防屈曲剪切板阻尼器，其特征在于，包括波形防屈曲剪切耗能板、上端板和下端板，上端板和下端板平行布置，在上端板和下端板之间垂直连接有波形防屈曲剪切耗能板；波形防屈曲剪切耗能板由三段直板和两段曲板与上下端板平行方向间隔分布依次连接构成；三段直板分别布置在两端部和中部；两段曲板为半圆弧段，布置在中部直板段两侧，且圆弧开口方向相反。


3.根据权利要求2所述的一种防屈曲剪...

【专利技术属性】
技术研发人员：门进杰，张智勇，王家琛，兰涛，齐松鑫，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61