带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点及其设计方法技术

本发明专利技术公开了带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点及其设计方法。所述支撑与柱的连接节点包括框架柱、节点板、支撑、支撑端板、连接板、圆端形金属阻尼器、加劲肋和高强螺栓，节点板与框架柱焊接；支撑端板内侧与支撑焊接，且支撑端板在外侧焊接有两所述连接板，且两所述连接板分别位于节点板的两侧；在两所述连接板与节点板之间均分别设置有所述圆端形金属阻尼器。本发明专利技术构造形式简单，设计方便，能避免支撑受压屈曲，且便于震后损坏更换，具有良好的经济效益。良好的经济效益。良好的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点及其设计方法


[0001]本专利技术属于土木工程中的结构工程领域，具体涉及一种带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点及其设计方法。

技术介绍

[0002]相对于依靠结构或构件本身抵抗地震作用，消能减震逐渐成为抵抗地震作用的重要措施之一。将消能减震阻尼器安装于支撑与柱的连接节点，使其具有消能减震属性的措施是改善结构抗震性能的重要措施之一。相比于防屈曲支撑减震结构，同样是避免支撑受压屈曲，将阻尼器安装到支撑与柱的连接节点比防屈曲支撑能够带来更好的便利性和经济性。
[0003]金属阻尼器自身具有一定刚度，可依靠其弹塑性变形进行耗能。它具有价格低廉，安装方便，受温度影响小等优点，因此，适用于各种外形及各种结构的建筑，对加固改造既有建筑和新建建筑均有良好的经济性和有效性。目前金属阻尼器用于支撑与柱的连接节点的设计和安装较为复杂，如利用具有剪切屈服机制的I型钢阻尼器作为支撑与柱的连接节点来改善中心支撑框架的性能(Ghamari Ali,Kim Young
‑
Ju,Bae Jaehoon.Utilizing an I
‑
shaped shear link as a damper to improve the behaviour of a concentrically braced frame[J].Journal of Constructional Steel Research,2021,186.)，其利用I型钢阻尼器的剪切屈服耗能，抗剪的单块钢板较为薄弱，在抗剪切计算上存在一定误差，在安装使用上需要通过焊接、螺栓连接等方法，不方便替换。本专利技术提出一种设计和安装较为简便的金属阻尼器用于支撑与柱的节点连接形式及其设计方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决当前工程需要，提出一种带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点及其设计方法，针对圆端形金属阻尼器用于支撑与柱的节点连接时的受力特点，本专利技术提出该节点的构造形式与设计方法，具有较强工程应用价值。
[0005]为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的一种带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点，包括框架柱、节点板、支撑、支撑端板、连接板和圆端形金属阻尼器，
[0006]节点板与框架柱焊接；
[0007]支撑端板内侧与支撑的端部焊接，且支撑端板的外侧焊接有两所述连接板，且两所述连接板分别位于节点板的两侧；
[0008]在两所述连接板与节点板之间均分别设置有所述圆端形金属阻尼器。
[0009]进一步地，连接板与圆端形金属阻尼器之间、圆端形金属阻尼器与节点板之间均通过高强螺栓固定连接。
[0010]进一步地，还包括加劲肋，加劲肋分别与支撑的侧面和支撑端板的内侧焊接。
[0011]进一步地，每个圆端形金属阻尼器均包括两个相对设置的平直板和用于承担耗能作用的两半圆端板，两半圆端板分别设置在平直板的两端，且两平直板分别与连接板与节
点板通过高强螺栓固定连接。
[0012]优选地，圆端形金属阻尼器构造形式为：给定阻尼器的几何参数，包括钢板厚度t，钢板宽度b，圆弧半径r，平直段长度d，如图2所示。单个圆端形金属阻尼器由四部分组成，包括：两个半圆端板AEC和BFD，两个平直板AB和CD，整个阻尼器通过两个半圆端板和两个平直板焊接成环形型。平直段AB和CD在上述节点中分别与节点板和连接板通过高强螺栓连接，是阻尼器中的非耗能连接部分；半圆弧段AEC和BFD承担耗能作用，是阻尼器的主要工作部分。
[0013]进一步地，圆端形金属阻尼器采用低屈服钢材或者Q235钢材制成，螺栓孔采用标准孔、大圆孔或槽孔，半圆端板采用平直板冷弯加工制成。
[0014]一种带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点的设计方法，包括以下步骤：
[0015]根据圆端形金属阻尼器的受力变形并结合力法，得到圆端形金属阻尼器的弹性刚度K
d
、屈服荷载F
y
和屈服位移d
y
的表达式。圆端形金属阻尼器的恢复力模型通过以下参数确定：屈服荷载F
y
，最大荷载F
u
，屈服位移d
y
，最大位移d
u
，弹性刚度K
d
，第二刚度K
dp
，第二刚度系数α和延性系数μ；
[0016]确定圆端形金属阻尼器用于支撑与柱的节点连接设计时需满足的条件为F
y
≤0.9N
u
，N
u
为支撑构件的受压稳定承载力或受拉屈服承载力；
[0017]确定带阻尼器的支撑的构件性能，采用带阻尼器的支撑构件的弹性刚度K
db
、第二刚度K
dbp
、屈服位移D
y
和最大位移D
u
来描述所述构件性能，表达式为：
[0018][0019][0020]式中，K
b
、K
d
和K
dp
分别为支撑轴向弹性刚度，阻尼器弹性刚度和阻尼器第二刚度，F
y
和F
u
分别表示阻尼器屈服荷载和最大荷载；
[0021]确定阻尼器耗能能力以及对结构产生的附加阻尼比ξ
d
；
[0022]确定圆端形金属阻尼器与连接板和节点板的螺栓连接形式，其中，螺栓群轴心受力，通过结构内力分析得到支撑轴力N，则阻尼器与节点板间螺栓受剪力为N，阻尼器与连接板间螺栓受剪力为0.5N。
[0023]进一步地，圆端形金属阻尼器的弹性刚度K
d
、屈服荷载F
y
和屈服位移d
y
的表达式分别为：
[0024][0025]式中，E为材料的弹性模量，b为阻尼器的钢板宽度，r为阻尼器半圆端板的圆弧半径，t为阻尼器的钢板厚度；
[0026][0027]式中，β为屈服荷载与弹性极限荷载之比，f
d
为阻尼器钢材抗拉强度设计值；
[0028][0029]进一步地，选取不同的阻尼器几何参数进行计算，分析各个几何参数的对阻尼器力学性能的影响(其中E取2.06
×
105MPa，f
d
取215MPa，β取3.3)计算结果如下表所示。
[0030]编号b(mm)t(mm)r(mm)K(kN/mm)Fy(kN)δy(mm)1100165011.9460.545.072250165029.86151.365.073400165047.77242.185.0741008501.4915.1410.145100305078.73212.852.7061001620186.61151.360.817100161001.4930.2720.28
[0031]根据设计需要，选取不同的阻尼器几何参数，对一般使用U型金属阻尼器的消能减震结构而言，建议圆端形金属阻尼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点，其特征在于，包括框架柱(1)、节点板(3)、支撑(8)、支撑端板(6)、连接板(2)和圆端形金属阻尼器(5)；节点板(3)与框架柱(1)焊接；支撑端板(6)内侧与支撑(8)焊接，且支撑端板(6)的外侧焊接有两所述连接板(2)，且两所述连接板(2)分别位于节点板(3)的两侧；在两所述连接板(2)与节点板(3)之间均分别设置有所述圆端形金属阻尼器(5)。2.根据权利要求1所述的一种带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点，其特征在于，连接板(2)与圆端形金属阻尼器(5)之间、圆端形金属阻尼器(5)与节点板(3)之间均通过高强螺栓(4)固定连接。3.根据权利要求1所述的一种带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点，其特征在于，还包括加劲肋(7)，加劲肋(7)分别与支撑(8)的侧面和支撑端板(6)的内侧焊接。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的一种带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点，其特征在于，每个圆端形金属阻尼器(5)均包括两个相对设置的平直板和用于承担耗能作用的两半圆端板，两半圆端板分别设置在平直板的两端，且两平直板与连接板(2)与节点板(3)通过高强螺栓(4)固定连接。5.根据权利要求4所述的一种带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点，其特征在于，圆端形金属阻尼器(5)采用低屈服钢材或者Q235钢材制成，螺栓孔采用标准孔、大圆孔或槽孔，半圆端板采用平直板冷弯加工制成。6.一种权利要求1
‑
5任一所述的一种带圆端形金属阻尼器的支撑与柱的连接节点的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：根据圆端形金属阻尼器(5)的受力变形并结合力法，得到圆端形金属阻尼器(5)的弹性刚度K
d
、屈服荷载F
y
和屈服位移d
y
的表达式。圆端形金属阻尼器(5)的恢复力模型通过以下参数确定：屈服荷载F
y
，最大荷载F
u
，屈服位移d
y
，最大位移d
u
，弹性刚度K
d
，第二刚度K
dp
，第二刚度系数α和延性系数μ；确定圆端形金属阻尼器用于支撑与柱的节点连接设计时需满足的条件为F
y
≤0.9N
u
，N
u
为支撑构件的受压稳定承载力或受拉屈服承载力；确定带阻尼器的支撑的构件性能，采用带阻尼器支撑构件的弹性刚度K
db
、第二刚度K

【专利技术属性】
技术研发人员：马宏伟，黄梓铭，许嘉鑫，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：