专利名称：普通钢板水平抗震耗能装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑结构防灾减灾技术领域，属于结构振动被动控制学科，具体涉及一种利 用普通钢板研制而成的水平抗震耗能装置。(二) 背景技术地震作为自然灾害之一，给人类的生存和发展造成了极大的威胁，并造成了难以估计的 损失。我国位于环太平洋火山地震带西部，是世界上地震灾害最严重的国家之一。做好抗震 减灾工作具有重要意义。到目前为止，抵御地震的最有效的方法是工程抗震方法，即现在世 界各国结构抗震设计规范普遍采用的"三水准，两阶段"设计方法。由于此以"抗"为主要 途径的传统方法，需通过增大结构截面和配筋来抵抗地震，其结果是截面越大，地震作用也 越大，所需截面及配筋也越大，形成一种恶性循环，不仅难以保证安全，也大大提高了建筑 造价。20世纪70年代，学者们寻求了一种以"减"为途径来抵御地震灾害的方法，即在建筑 结构匕设置控制装置，此方法具有经济、实用和传力明确等特点。耗能减震技术是其中的主 要途径之一。本发明采用普通钢板，通过在建筑结构中特定的设置方式，达到耗能减震的目 的，属于金属屈服阻尼器的一种新型形式。(三) 发明内容本发明的目的在于提供一种金属屈服阻尼器，能够增加整体建筑结构的阻尼，从而可以 减小建筑结构在地震作用下的反应，减轻震害，同时具有安装位置灵活、装置易于生产、经 济、耗能效果好、施工方便等特点的普通钢板水平抗震耗能装置。本发明的目的是这样实现的它包括至少一种型号的普通钢板和钢板与建筑结构构件的 连接部件两大部分，普通钢板优先选取低屈服点钢材，中间耗能段截面特性的改变通过三种 设置方式实现，即变钢号型、变厚度型和中部削弱型，建筑构件中设置有以便于钢板可靠连 接的预埋件，普通钢板通过钢板与建筑结构构件的连接部件安装在建筑构件内，钢板与建筑 结构构件的连接部件与预埋件相连。本发明还包括这样一些技术特征1、 所述的钢板竖向设置在建筑结构构件中，建筑结构的层高即为此装置的总高度；2、 所述的在钢板中间耗能段截面特性改变处，即焊缝处有加强设置，加强设置为在侧向 设置的加劲钢条；3、 所述的钢板中间耗能段的高度通过公式<formula>formula see original document page 3</formula>得到，其中F为地震作用的水平力，A为中间耗能板上下两端的水平侧移，^为中间耗能板的截面面积，G为中间耗能板钢 材的剪切模量；4、所述的钢板中间耗能段削弱型为在钢板中间耗能段设置削弱孔洞，削弱型的削弱程度 即为削弱孔洞的面积，其面积应为中间耗能段钢板总面积的10%~20%。本发明的实现方法为首先分析并确定建筑结构的抗震薄弱部位，预先设置预埋件用于 固定本发明的装置，最后将耗能装置与相邻的上下两端的梁构件进行固定，并保证固定良好。 本发明装置的研制，主要利用截面特性的改变造成差异，使得钢板在地震作用下的中间区段 削弱因而会首先屈服，以消耗大部分地面运动传递给建筑结构的能量，减轻震害。其中，耗 能装置需要根据建筑结构的具体尺寸进行生产制作，并竖向设置在建筑物当中，设置位置比 较灵活。截面特性的改变主要通过采用不同钢号、采用两种厚度、中部区段截面削弱等方式 来实现。在钢板截面特性改变处，需在焊缝处进行加强。本发明为利用普通钢板研制而成的一种水平抗震耗能装置。即在建筑构件之间竖向设置 一定厚度、 一定制作方式的钢板，其在建筑结构发生塑性变形之前首先发生屈服，以此来消 耗地面运动传递给建筑结构的能量，减轻地震灾害。 一定制作方式是指通过整个竖向钢板在 截面特性上有所改变。(1) 选定建筑结构的抗震薄弱部位。(2) 根据薄弱部位的结构几何尺寸，设计并制作本发明装置。(3) 将本发明装置与建筑结构可靠连接。 金属阻尼器是结构被动耗能减震体系中最有效、最可靠、最经济的耗能元件。其主要耗能机制是通过金属材料的非弹性变形和低周疲劳特性来实现的，即结构振动使耗能元件被动 地往复相对变形或产生往复的相对速度，从而耗散结构振动能量、减轻结构的动力反应。经 过已有的大量试验证明，钢材具有良好的滞回性能。故利用普通钢材制作水平耗能装置，可 以减小结构反应，减轻震害。本发明属于建筑结构防灾减灾领域的应用技术，适用于建筑结构的耗能减震设计工作， 从而可以建造具有良好抗震性能的建筑物，抵御自然灾害。本发明是一种金属屈服阻尼器， 能够增加整体建筑结构的阻尼，从而可以减小建筑结构在地震作用下的反应，减轻震害，同 时具有安装位置灵活、装置易于生产、经济、耗能效果好、施工方便等特点。本发明的有益效果在于本发明可以使得建筑结构能够较好的抵御水平动荷载，如地震 作用等，能够较好的提高结构自身的抗震能力，消耗由地震作用传递给建筑结构的大部分能 量。结合图3，本发明的装置具有良好的耗能效果。因为依据耗能原理，装置的滞回曲线越饱 满，说明耗能效果越好。 (四)
图l为本发明装置采用不同钢号、采用两种厚度两种形式装置的结构示意图。图2为本发明装置采用中部区段截面削弱形式装置的结构示意图。图3为本发明装置试验的滞回曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明结合图1和图2，可知本发明装置的外观及相关构造要求。1、 本发明按以下步骤实施(1) 确定本装置的安装位置。根据结构特点，分析确定建筑结构中抗震薄弱位置。(2) 根据具体情况，选择合适的装置形式。可以根据装置的预期工作效果及其制作的经 济性、生产的难易程度和取材等特点综合考虑。(3) 根据设计条件，设计本发明装置并进行制作。装置示意图可参见图1或图2。(4) 将本发明装置与建筑结构进行可靠连接。连接位置，即螺孔位置，可参见图1或图 2中的端部连接部位。2、 具体操作如下(1) 确定建筑结构的抗震薄弱部位或需要加强的部位。确定后，需掌握欲安装的空间的 几何尺寸及相邻构件的几何尺寸。(2) 选择合适的装置形式。(3) 根据确定的设计条件，如地震作用水平力、耗能段上下两端的水平侧移、中间耗能板的截面面积(即耗能板的宽度与钢板厚度的乘积，以下同)等条件进行装置的设计。设计 内容主要包括，装置的钢板型号、钢板厚度、削弱程度、连接螺栓设计等。连接螺栓设计可以参照现行的《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)。(4) 装置的安装。通过螺栓和设置角钢，将本装置与预埋件进行固定。 本实施例发明的技术方案是(1)建筑结构中抗震薄弱部位的几何尺寸，是进行此装置设计的尺寸依据。建筑结构的层高即为此装置的总高度。本发明的装置的中间耗能段的高度需由计算确定。装置的设计，需要由地震作用水平力、耗能段上下两端的水平侧移、中间耗能板的截面面积等条件来完成。 本发明中建筑结构中抗震薄弱部位的几何尺寸，是进行此装置设计的尺寸依据。建筑结构的层高即为此装置的总高度。本发明的装置的中间耗能段高度由计算确定。计算公式为 /7 = GA^。其中，F为地震作用的水平力，A为中间耗能板上下两端的水平侧移，两数值均由
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)确定；Z为中间耗能板的截面面积；G为中间耗能板钢材的剪切模量。通过上面的计算即可确定中间耗能板的高度力。此装置的关键是设计中间耗能段的高度。上下两部分固定段需刚度较大，能有效传递地 震作用的水平力，尺寸由层高减去中间耗能段高度，然后平分即可。(2) 本发明的装置的中间耗能段通过三种方式实现，即采用不同钢号、采用两种厚度、 中部区段截面削弱。具体介绍如下(3)、 (4)和(5)。(3) 采用不同钢号型。本发明的装置，示意图参见图l，其中本发明的装置设置在建筑 结构的梁l、柱3、梁2和柱4之间。A、 B、 C为三块钢板，其中A、 C钢板采用Q345号，B 钢板采用Q235号。另外，A、 C两块钢板的高度相同；B钢板的高度为本发明装置总高度力的 1AT1/3。钢板厚度A、 B、 C相同，需由具体情况设计而定。D为侧向加劲钢条，即在钢板中 间耗能段截面特性改变处即焊缝处的加强设置，与A、 C钢板的厚度相同。(4) 采用两种厚度型。此形式装置，示意图仍可参见图1。 A、 B、 C为三块钢板。钢板 厚度A、 C相同，钢板B采用的厚度比A、 C小2 5mm,具体由设计而定。钢板均采用Q235号。 另外，A、 C两块钢板的高度相同；B钢板的高度为本发明装置总高度力的1/4~1/3。 D为侧向 加劲钢条，与A、 B、 C钢板各自对应的厚度相同。(5) 中部区段截面削弱型。此形式装置，示意图参加图2，其中本发明的装置设置在梁 1、柱3、梁2和柱4之间。A、 B、 C钢板采用Q235号钢材，并由同种厚度制作而成。厚度需 由具体情况设计而定。而B区域钢板需制作成削弱型，竖向高度约为本发明装置总高度力的 1/4 1/3。 D为侧向加劲钢条，与A、 C钢板的厚度相同。(6) 本发明的装置两端与建筑构件是通过端部用角钢和螺栓与建筑构件中的预埋件进 行可靠连接的。
权利要求
1、一种普通钢板水平抗震耗能装置，其特征在于它包括至少一种型号的普通钢板和钢板与建筑结构构件的连接部件两大部分，普通钢板优先选取低屈服点钢材，中间耗能段截面特性的改变通过三种设置方式实现，即变钢号型、变厚度型和中部削弱型，建筑构件中设置有以便于钢板可靠连接的预埋件，普通钢板通过钢板与建筑结构构件的连接部件安装在建筑构件内，钢板与建筑结构构件的连接部件与预埋件相连。
2、 根据权利要求1所述的普通钢板水平抗震耗能装置，其特征在于所述的钢板竖向设置在建 筑结构构件中，建筑结构的层高即为此装置的总高度。
3、 根据权利要求2所述的普通钢板水平抗震耗能装置，其特征在于所述的在钢板中间耗能段 截面特性改变处，即焊缝处有加强设置，加强设置为在侧向设置的加劲钢条。
4、 根据权利要求3所述的普通钢板水平抗震耗能装置，其特征在于所述的钢板中间耗能段的 高度通过公式<formula>formula see original document page 2</formula>得到，其中F为地震作用的水平力，A为中间耗能板上下两端的水平侧移，^为中间耗能板的截面面积，G为中间耗能板钢材的剪切模量。
5、 根据权利要求4所述的普通钢板水平抗震耗能装置，其特征在于所述的钢板中间耗能段削 弱型为在钢板中间耗能段设置削弱孔洞，削弱型的削弱程度即为削弱孔洞的面积，其面积 应为中间耗能段钢板总面积的10%~20%。
全文摘要
本发明提供了一种普通钢板水平抗震耗能装置。它包括至少一种型号的普通钢板和钢板与建筑结构构件的连接部件两大部分，普通钢板优先选取低屈服点钢材，中间耗能段截面特性的改变通过三种设置方式实现，即变钢号型、变厚度型和中部削弱型，建筑构件中设置有以便于钢板可靠连接的预埋件。本发明是一种金属屈服阻尼器，能够增加整体建筑结构的阻尼，从而可以减小建筑结构在地震作用下的反应，减轻震害，同时具有安装位置灵活、装置易于生产、经济、耗能效果好、施工方便等特点。
文档编号E04B1/98GK101397818SQ20081013752
公开日2009年4月1日 申请日期2008年11月13日 优先权日2008年11月13日
发明者张大山, 李庆钢, 秦德峰, 董毓利, 陈宏亮 申请人:哈尔滨工业大学