一种芯部耗能结构以及轴向钢阻尼器制造技术

本发明专利技术涉及一种芯部耗能结构以及轴向钢阻尼器。轴向钢阻尼器包括芯部耗能结构和外围约束构件；芯部耗能结构至少包含一块奥氏体组织钢板和一块铁素体组织钢板，且铁素体组织钢板必须且只能与奥氏体组织钢板相邻并通过焊接方式相连接。奥氏体组织钢板的微观组织主要为亚稳态奥氏体，在周期性交替拉伸

【技术实现步骤摘要】
一种芯部耗能结构以及轴向钢阻尼器


[0001]本专利技术属于建筑工程结构
，涉及一种芯部耗能结构以及轴向钢阻尼器。

技术介绍

[0002]高烈度地震以及外部长持时震动均会对高层建筑物和构筑物造成巨大危害。利用消能减震装置和技术可以有效地吸收外部震动能量，使建筑物和构筑物损伤降低到最低程度。防屈曲耗能支撑是一种常见的轴向消能减震元件，因其具有传力途径直接、经济性良好等特征而被广泛应用于土木工程结构中。在小震下，防屈曲耗能支撑能够给梁柱结构提供附加刚度和减小结构变形；在较大震动下，防屈曲耗能支撑在受拉和受压时均能够达到屈服，表现出良好的滞回耗能能力。
[0003]目前，防屈曲耗能支撑主要以LY225低屈服点钢和Q235结构钢等钢材作为耗能芯材(上述钢种均为低碳铁素体钢)。由上述钢种制作的防屈曲耗能支撑在多遇地震(
‘
小震
’
)或设防烈度地震(
‘
中震
’
)情况下，往往只能起到提供一定刚度的作用而无法开始实质性的屈服变形来耗散地震能量。更为关键的是，受制于钢种的较低延性和低周疲劳变形能力，上述钢种由循环变形引起的累积塑性变形和累积塑性耗能功效有限。因此，罕遇地震(
‘
大震
’
)情况下，由上述钢种制作的防屈曲耗能支撑在较少周次拉伸
‑
压缩循环载荷作用后就会发生疲劳断裂；并且，在罕遇地震或超罕遇地震下，防屈曲耗能支撑无法实现与建筑主体结构同冗余度失效(即：防屈曲耗能支撑早于建筑物主体结构破坏失效，从而使建筑物主体结构无法获得防屈曲耗能支撑的进一步防护作用)。综上，采用低碳铁素体钢材制造的防屈曲耗能支撑无法在不同烈度地震下均能发挥减震防护的作用。
[0004]一定成分范围内的低层错能Fe
‑
Mn
‑
Si系奥氏体合金具有优异低周疲劳性能和焊接性能，潜在被用作弹塑性阻尼钢去制作防屈曲耗能支撑；相应地，这类防屈曲耗能支撑可以具有优异的累积塑性变形能力(即：在防屈曲耗能支撑疲劳破坏前，芯板能承受大的累积拉伸和压缩位移)。低层错能Fe
‑
Mn
‑
Si系合金具有优异低周疲劳特性的根本原因是循环变形过程中材料内部发生位错平面滑移和可逆ε马氏体相变。然而，相对于LY225低屈服点钢和Q235结构钢来说，上述Fe
‑
Mn
‑
Si系合金的屈服强度高，这使得防屈曲耗能支撑的屈服力和屈服位移较大、延性仍然可能较低(这里，“延性”用防屈曲耗能支撑或轴向耗能元件的极限允许位移与屈服位移之比来描述)。相应地，耗能支撑在小震和中震下很难发挥消能减震作用，并且在大震下耗能支撑通过连接节点附加给建筑物主体结构的作用力会很大。因此，采用低层错能Fe
‑
Mn
‑
Si系合金钢制成的防屈曲耗能支撑对建筑物主体结构的保护作用有限。另外，在单一循环变形周次内Fe
‑
Mn
‑
Si系合金的加工硬化程度比较高，这同样会削弱防屈曲耗能支撑的耗能功效。以上原因限制低层错能Fe
‑
Mn
‑
Si系合金在实际工程中作为消能减震材料被广泛应用。

技术实现思路

[0005]基于上述技术现状，迫切需要开发出一种屈服位移小、延性和累积塑性变形能力
优异、并且具有能与建筑主体结构同冗余度失效的轴向钢阻尼器。因此，本专利技术提供一种芯部耗能结构以及轴向钢阻尼器。本专利技术提供的轴向钢阻尼器在不同烈度地震下均能发挥消能减震作用和对建筑物抗震防护，可以替代现有防屈曲耗能支撑来实现建筑物抗震防护性能的显著提升。
[0006]相比较现有防屈曲耗能支撑，本专利技术的轴向钢阻尼器和芯部耗能结构具有优异的延性和累积塑性变形能力，可以实现与建筑主体结构同冗余度失效；相比较潜在的低层错能Fe
‑
Mn
‑
Si系奥氏体合金钢制成的防屈曲耗能支撑，本专利技术的轴向钢阻尼器和芯部耗能结构具有屈服位移小、延性优异、成本低的特征。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术首先提供一种芯部耗能结构，用于轴向钢阻尼器，在轴向钢阻尼器受到周期性交替拉伸
‑
压缩塑性变形时起到吸收外部震动能量的作用，
[0009]所述芯部耗能结构至少包含一块奥氏体组织钢板和一块铁素体组织钢板，所述铁素体组织钢板必须而且只能与所述奥氏体组织钢板相邻并通过焊接方式相连接，并且奥氏体组织钢板和铁素体组织钢板之间的连接焊缝平行于钢阻尼器和芯部耗能结构的轴向；
[0010]所述奥氏体组织钢板的微观组织由亚稳态奥氏体和体积分数不超过10％的热诱发ε马氏体组成，并且亚稳态奥氏体的平均晶粒尺寸不超过400μm，在拉伸或压缩塑性变形时，所述奥氏体组织钢板的亚稳态奥氏体在应变作用下诱发ε马氏体相变且α
′
马氏体相变受到抑制；在周期性交替拉伸
‑
压缩塑性变形时，所述奥氏体组织钢板内部发生奥氏体和应变诱发ε马氏体之间可逆相变；
[0011]所述铁素体组织钢板的微观组织主要为铁素体，并且铁素体的平均晶粒尺寸不超过200μm；
[0012]所述奥氏体组织钢板的屈服强度不小于220MPa、断裂延伸率不小于40％，所述铁素体组织钢板的屈服强度小于180MPa、断裂延伸率不小于30％；
[0013]所述奥氏体组织钢板的厚度是所述铁素体组织钢板的厚度的0.4倍以上；
[0014]芯部耗能结构中，所有铁素体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和与所有奥氏体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和的比值不小于0.6。
[0015]芯部耗能结构中，当所述铁素体组织钢板不同时在其两侧和奥氏体组织钢板相邻连接时，所述铁素体组织钢板和相邻奥氏体组织钢板之间的连接焊缝到所述铁素体组织钢板核心耗能段的任一非焊接侧的距离与所述铁素体组织钢板厚度之比不大于25。
[0016]本专利技术规定：芯部耗能结构中，若所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的横截面几何形状沿长度方向保持不变，则所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的核心耗能段即为所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的全长，此时，所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的核心耗能段的横截面即为所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的横截面；若所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的横截面几何形状沿长度方向呈现两头宽、中间窄的特征，则所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的核心耗能段为所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板中间窄的部分，此时，所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的核心耗能段的横截面即为所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板中间窄的部分的横截面。
[0017]本专利技术限定芯部耗能结构至少包含一块奥氏体组织钢板和一块铁素体组织钢板。奥氏体组织钢板的显微组织为亚稳态奥氏体和体积分数不超过10％的热诱发ε马氏体，其
目的是促进钢板内部在拉伸
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芯部耗能结构，用于轴向钢阻尼器，在轴向钢阻尼器受到周期性交替拉伸
‑
压缩塑性变形时起到吸收外部震动能量的作用，其特征在于，所述芯部耗能结构至少包含一块奥氏体组织钢板和一块铁素体组织钢板，所述铁素体组织钢板必须而且只能与所述奥氏体组织钢板相邻并通过焊接方式相连接，并且奥氏体组织钢板和铁素体组织钢板之间的连接焊缝平行于芯部耗能结构的轴向；所述奥氏体组织钢板的微观组织由亚稳态奥氏体和体积分数不超过10％的热诱发ε马氏体组成，并且亚稳态奥氏体的平均晶粒尺寸不超过400μm，在拉伸或压缩塑性变形时，所述奥氏体组织钢板的亚稳态奥氏体在应变作用下诱发ε马氏体相变且α
′
马氏体相变受到抑制；在周期性交替拉伸
‑
压缩塑性变形时，所述奥氏体组织钢板内部发生奥氏体和应变诱发ε马氏体之间可逆相变；所述铁素体组织钢板的微观组织主要为铁素体，并且铁素体的平均晶粒尺寸不超过200μm；所述奥氏体组织钢板的屈服强度不小于220MPa、断裂延伸率不小于40％，所述铁素体组织钢板的屈服强度小于180MPa、断裂延伸率不小于30％；所述奥氏体组织钢板的厚度是所述铁素体组织钢板的厚度的0.4倍以上；所有铁素体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和与所有奥氏体组织钢板核心耗能段的横截面面积之和的比值不小于0.6。2.根据权利要求1所述的芯部耗能结构，其特征在于，当所述铁素体组织钢板不同时在其两侧和奥氏体组织钢板相邻连接时，所述铁素体组织钢板和相邻奥氏体组织钢板之间的连接焊缝到所述铁素体组织钢板核心耗能段的任一非焊接侧的距离与所述铁素体组织钢板厚度之比不大于25。3.根据权利要求1或2所述的芯部耗能结构，其特征在于，若所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的横截面几何形状沿长度方向保持不变，则所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的核心耗能段即为所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的全长；若所述铁素体组织钢板或奥氏体组织钢板的横截面几何形状沿长度方向呈现两头宽、中间窄的特征，则所述铁素体组织钢板或奥氏体...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旗，丁孙玮，王敏，杨凯，涂田刚，洪彦昆，徐斌，
申请(专利权)人：上海材料研究所，
类型：发明
国别省市：