普通鋼板水平抗震耗能裝置的製作方法

2023-04-30 18:35:11

專利名稱：普通鋼板水平抗震耗能裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及建築結構防災減災技術領域，屬於結構振動被動控制學科，具體涉及一 種利用普通鋼板研製而成的水平抗震耗能裝置。
(二)
背景技術：
地震作為自然災害之一，給人類的生存和發展造成了極大的威脅，並造成了難以估計的 損失。我國位於環太平洋火山地震帶西部，是世界上地震災害最嚴重的國家之一。做好抗震 減災工作具有重要意義。到目前為止，抵禦地震的最有效的方法是工程抗震方法，即現在世 界各國結構抗震設計規範普遍採用的"三水準，兩階段"設計方法。由於此以"抗"為主要 途徑的傳統方法，需通過增大結構截面和配筋來抵抗地震，其結果是截面越大，地震作用也 越大，所需截面及配筋也越大，形成一種惡性循環，不僅難以保證安全，也大大提高了建築 造價。20世紀70年代，學者們尋求了一種以"減"為途徑來抵禦地震災害的方法，即在建築 結構上設置控制裝置，此方法具有經濟、實用和傳力明確等特點。耗能減震技術是其中的主 要途徑之一。本實用新型採用普通鋼板，通過在建築結構中特定的設置方式，達到耗能減震 的目的，屬於金屬屈服阻尼器的一種新型形式。
(三) 發明內容
本實用新型的目的在於提供一種金屬屈服阻尼器，能夠增加整體建築結構的阻尼，從而 可以減小建築結構在地震作用下的反應，減輕震害，同時具有安裝位置靈活、裝置易於生產、 經濟、耗能效果好、施工方便等特點的普通鋼板水平抗震耗能裝置。
本實用新型的目的是這樣實現的它包括至少一種型號的普通鋼板和鋼板與建築結構構
件的連接部件兩大部分，普通鋼板優先選取低屈服點鋼材，中間耗能段截面特性的改變通過 三種設置方式實現，即變鋼號型、變厚度型和中部削弱型，建築構件中設置有以便於鋼板可 靠連接的預埋件，普通鋼板通過鋼板與建築結構構件的連接部件安裝在建築構件內，鋼板與 建築結構構件的連接部件與預埋件相連。 本實用新型還包括這樣一些技術特徵
1、 所述的鋼板豎向設置在建築結構構件中，建築結構的層高即為此裝置的總高度；
2、 所述的在鋼板中間耗能段截面特性改變處，即焊縫處有加強設置，加強設置為在側向 設置的加勁鋼條；
3、 所述的鋼板中間耗能段的高度通過公式/^GA!得到，其中F為地震作用的水平力，A為中間耗能板上下兩端的水平側移，^為中間耗能板的截面面積，G為中間耗能板鋼 材的剪切模量；
4、所述的鋼板中間耗能段削弱型為在鋼板中間耗能段設置削弱孔洞，削弱型的削弱程度 即為削弱孔洞的面積，其面積應為中間耗能段鋼板總面積的10% 20%。
本實用新型的實現方法為首先分析並確定建築結構的抗震薄弱部位，預先設置預埋件
用於固定本實用新型的裝置，最後將耗能裝置與相鄰的上下兩端的梁構件進行固定，並保證 固定良好。本實用新型裝置的研製，主要利用截面特性的改變造成差異，使得鋼板在地震作 用下的中間區段削弱因而會首先屈服，以消耗大部分地面運動傳遞給建築結構的能量，減輕 震害。其中，耗能裝置需要根據建築結構的具體尺寸進行生產製作，並豎向設置在建築物當 中，設置位置比較靈活。截面特性的改變主要通過採用不同鋼號、採用兩種厚度、中部區段 截面削弱等方式來實現。在鋼板截面特性改變處，需在焊縫處進行加強。
本實用新型為利用普通鋼板研製而成的一種水平抗震耗能裝置。即在建築構件之間豎向 設置一定厚度、 一定製作方式的鋼板，其在建築結構發生塑性變形之前首先發生屈服，以此 來消耗地面運動傳遞給建築結構的能量，減輕地震災害。 一定製作方式是指通過整個豎向鋼 板在截面特性上有所改變。
a)選定建築結構的抗震薄弱部位。
(2) 根據薄弱部位的結構幾何尺寸，設計並製作本實用新型裝置。
(3) 將本實用新型裝置與建築結構可靠連接。 金屬阻尼器是結構被動耗能減震體系中最有效、最可靠、最經濟的耗能元件。其主要耗
能機制是通過金屬材料的非彈性變形和低周疲勞特性來實現的，即結構振動使耗能元件被動 地往復相對變形或產生往復的相對速度，從而耗散結構振動能量、減輕結構的動力反應。經 過已有的大量試驗證明，鋼材具有良好的滯回性能。故利用普通鋼材製作水平耗能裝置，可 以減小結構反應，減輕震害。
本實用新型屬於建築結構防災減災領域的應用技術，適用於建築結構的耗能減震設計工 作，從而可以建造具有良好抗震性能的建築物，抵禦自然災害。本實用新型是一種金屬屈服 阻尼器，能夠增加整體建築結構的阻尼，從而可以減小建築結構在地震作用下的反應，減輕 震害，同時具有安裝位置靈活、裝置易於生產、經濟、耗能效果好、施工方便等特點。
本實用新型的有益效果在於本實用新型可以使得建築結構能夠較好的抵禦水平動荷載，
如地震作用等，能夠較好的提高結構自身的抗震能力，消耗由地震作用傳遞給建築結構的大
部分能量。結合圖3，本實用新型的裝置具有良好的耗能效果。因為依據耗能原理，裝置的滯
回曲線越飽滿，說明耗能效果越好。

圖l為本實用新型裝置採用不同鋼號、採用兩種厚度兩種形式裝置的結構示意圖。
圖2為本實用新型裝置採用中部區段截面削弱形式裝置的結構示意圖。
圖3為本實用新型裝置試驗的滯回曲線。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明
結合圖1和圖2，可知本實用新型裝置的外觀及相關構造要求。
1、 本實用新型按以下步驟實施
(1) 確定本裝置的安裝位置。根據結構特點，分析確定建築結構中抗震薄弱位置。
(2) 根據具體情況，選擇合適的裝置形式。可以根據裝置的預期工作效果及其製作的經 濟性、生產的難易程度和取材等特點綜合考慮。
(3) 根據設計條件，設計本實用新型裝置並進行製作。裝置示意圖可參見圖l或圖2。
(4) 將本實用新型裝置與建築結構進行可靠連接。連接位置，即螺孔位置，可參見圖1 或圖2中的端部連接部位。
2、 具體操作如下
(1) 確定建築結構的抗震薄弱部位或需要加強的部位。確定後，需掌握欲安裝的空間的 幾何尺寸及相鄰構件的幾何尺寸。
(2) 選擇合適的裝置形式。
(3) 根據確定的設計條件，如地震作用水平力、耗能段上下兩端的水平側移、中間耗能
板的截面面積(即耗能板的寬度與鋼板厚度的乘積，以下同)等條件進行裝置的設計。設計 內容主要包括，裝置的鋼板型號、鋼板厚度、削弱程度、連接螺栓設計等。連接螺栓設計可
以參照現行的《鋼結構設計規範》(GB 50017-2003)。
(4) 裝置的安裝。通過螺栓和設置角鋼，將本裝置與預埋件進行固定。 本實施例實用新型的技術方案是
(1)建築結構中抗震薄弱部位的幾何尺寸，是進行此裝置設計的尺寸依據。建築結構的 層高即為此裝置的總高度。本實用新型的裝置的中間耗能段的高度需由計算確定。裝置的設 計，需要由地震作用水平力、耗能段上下兩端的水平側移、中間耗能板的截面面積等條件來 完成。
本實用新型中建築結構中抗震薄弱部位的幾何尺寸，是進行此裝置設計的尺寸依據。建 築結構的層高即為此裝置的總高度。本實用新型的裝置的中間耗能段高度由計算確定。計算公式為/^GA^i。其中，F為地震作用的水平力，A為中間耗能板上下兩端的水平側移，兩數
值均由《建築抗震設計規範》(GB50011-2001)確定；力為中間耗能板的截面面積；G為中間耗 能板鋼材的剪切模量。通過上面的計算即可確定中間耗能板的高度力。
此裝置的關鍵是設計中間耗能段的高度。上下兩部分固定段需剛度較大，能有效傳遞地 震作用的水平力，尺寸由層高減去中間耗能段高度，然後平分即可。
(2) 本實用新型的裝置的中間耗能段通過三種方式實現，即採用不同鋼號、釆用兩種厚 度、中部區段截面削弱。具體介紹如下(3)、 (4)和(5)。
(3) 採用不同鋼號型。本實用新型的裝置，示意圖參見圖l，其中本實用新型的裝置設 置在建築結構的梁1、柱3、梁2和柱4之間。A、 B、 C為三塊鋼板，其中A、 C鋼板採用Q345 號，B鋼板採用Q235號。另外，A、 C兩塊鋼板的高度相同；B鋼板的高度為本實用新型裝置 總高度力的1/4 1/3。鋼板厚度A、 B、 C相同，需由具體情況設計而定。D為側向加勁鋼條， 即在鋼板中間耗能段截面特性改變處即焊縫處的加強設置，與A、 C鋼板的厚度相同。
(4) 採用兩種厚度型。此形式裝置，示意圖仍可參見圖1。 A、 B、 C為三塊鋼板。鋼板 厚度A、 C相同，鋼板B採用的厚度比A、 C小2 5mm，具體由設計而定。鋼板均採用Q235號。 另外，A、 C兩塊鋼板的高度相同；B鋼板的高度為本實用新型裝置總高度力的1/4 1/3。 D為 側向加勁鋼條，與A、 B、 C鋼板各自對應的厚度相同。
(5) 中部區段截面削弱型。此形式裝置，示意圖參加圖2，其中本實用新型的裝置設置 在梁l、柱3、梁2和柱4之間。A、 B、 C鋼板採用Q235號鋼材，並由同種厚度製作而成。 厚度需由具體情況設計而定。而B區域鋼板需製作成削弱型，豎向高度約為本實用新型裝置 總高度力的1/4~1/3。 D為側向加勁鋼條，與A、 C鋼板的厚度相同。
(6) 本實用新型的裝置兩端與建築構件是通過端部用角鋼和螺栓與建築構件中的預埋 件進行可靠連接的。
權利要求1、一種普通鋼板水平抗震耗能裝置，其特徵在於它包括至少一種型號的普通鋼板和鋼板與建築結構構件的連接部件兩大部分，普通鋼板優先選取低屈服點鋼材，中間耗能段截面特性的改變通過三種設置方式實現，即變鋼號型、變厚度型和中部削弱型，建築構件中設置有以便於鋼板可靠連接的預埋件，普通鋼板通過鋼板與建築結構構件的連接部件安裝在建築構件內，鋼板與建築結構構件的連接部件與預埋件相連。
2、 根據權利要求1所述的普通鋼板水平抗震耗能裝置，其特徵在於所述的鋼板豎向設置在建 築結構構件中，建築結構的層高即為此裝置的總高度。
3、 根據權利要求2所述的普通鋼板水平抗震耗能裝置，其特徵在於所述的在鋼板中間耗能段 截面特性改變處，即焊縫處有加強設置，加強設置為在側向設置的加勁鋼條。
4、 根據權利要求3所述的普通鋼板水平抗震耗能裝置，其特徵在於所述的鋼板中間耗能段削 弱型為在鋼板中間耗能段設置削弱孔洞，削弱型的削弱程度即為削弱孔洞的面積，其面積 應為中間耗能段鋼板總面積的10% 20%。
專利摘要本實用新型提供了一種普通鋼板水平抗震耗能裝置。它包括至少一種型號的普通鋼板和鋼板與建築結構構件的連接部件兩大部分，普通鋼板優先選取低屈服點鋼材，中間耗能段截面特性的改變通過三種設置方式實現，即變鋼號型、變厚度型和中部削弱型，建築構件中設置有以便於鋼板可靠連接的預埋件。本實用新型是一種金屬屈服阻尼器，能夠增加整體建築結構的阻尼，從而可以減小建築結構在地震作用下的反應，減輕震害，同時具有安裝位置靈活、裝置易於生產、經濟、耗能效果好、施工方便等特點。
文檔編號E04B1/98GK201296984SQ200820091330
公開日2009年8月26日 申請日期2008年11月13日 優先權日2008年11月13日
發明者張大山, 李慶鋼, 秦德峰, 董毓利, 陳宏亮 申請人:董毓利;張大山;陳宏亮;李慶鋼;秦德峰