一种大变形减震消能器设计及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种大变形减震消能器设计及其制作方法，属于建筑结构的消能减震领域。所述大变形减震消能器包括两端的半圆弧耗能段、上、下各两个平直耗能段以及中间连接板，中间连接板的尺寸大于平直耗能段，平直耗能段与中间连接板之间通过光滑过渡处理以防止应力集中。设计时，首先根据结构需求确定消能器的初始刚度和屈服位移等力学性能指标，从而确定消能器耗能段的几何尺寸；其次根据消能器所受的峰值荷载确定中间连接板所需的高强螺栓；然后确定所述消能器的平面展开图,采用钢板整体切割成型；最后在接口处采用全熔透对接焊缝。该大变形减震消能器安装于建筑结构相对变形较大处以减轻建筑物在地震作用或者强风荷载作用下的振动响应。

Design and manufacture method of a large deformation damping energy dissipator

The invention discloses a large deformation shock absorber design and a manufacturing method thereof, belonging to the field of energy dissipation and shock absorption of building structures. The large deformation energy dissipator includes two straight energy dissipation sections at both ends, the upper and lower energy dissipation sections and the middle connecting plates. The size of the middle connecting plates is larger than the straight energy dissipation section. In the design, the initial stiffness, yield displacement and other mechanical properties of the damper are determined according to the structural requirements, so as to determine the geometric size of the energy dissipation section; secondly, the high-strength bolts required for the intermediate connecting plate are determined according to the peak load of the damper; and then the plane expansion diagram of the damper is determined, and the steel plate is adopted. Integral cutting and forming; finally, the full penetration butt weld is applied at the interface. The large deformation damper is installed in the place where the relative deformation of the building structure is relatively large to reduce the vibration response of the building under earthquake or strong wind load.

【技术实现步骤摘要】
一种大变形减震消能器设计及其制作方法
本专利技术属于建筑结构的消能减震领域，特别涉及一种大变形减震消能器。
技术介绍
消能减震技术就是通过在结构指定部位增设消能器，在地震作用或者强风荷载作用下耗散输入结构的能量，从而减轻结构的振动响应，避免结构本身产生损伤。金属消能器是通过金属材料屈服后产生的塑性滞回变形耗散能量，并且因其力学性能稳定，制作、维护成本较低，在消能减震领域得到了广泛应用。地震作为群灾之首，地震发生时余震一般伴随着主震一起出现，而且主震刚过，频繁的余震往往紧随其后，所以需要保证金属消能器在经历主震之后还能持续变形耗能，因此改善金属消能器的延性和抗疲劳性能变得至关重要。而且目前大多数金属消能器的大变形能力不足，在隔震层等需要大变形的工程应用中明显不适用。因此需要开发一种大变形消能器变得意义重大，它具有极强的变形能力、且在大变形的情况下承载力保持稳定，同时还具有优良的延性和抗疲劳性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种大变形减震消能器，以改善金属消能器的延性和抗疲劳性能，并且具有极强的变形能力，且在大变形的情况下可以提供稳定的承载力。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：提出一种大变形减震消能器，所述大变形减震消能器包括两端的半圆弧耗能段、上、下各两个平直耗能段以及中间连接板，所述中间连接板的尺寸大于平直耗能段，所述平直耗能段与中间连接板之间通过光滑过渡处理以防止应力集中，而且所述大变形减震消能器结构形式对称，构造简单，力学模型明确，加工方便，可以实现精确设计和制作，所述大变形减震消能器通过高强螺栓安装于建筑结构相对变形较大处以减轻建筑物在地震作用或者强风荷载作用下的振动响应。优选地，所述大变形减震消能器由Q235钢或者Q345钢制成。优选地，所述中间连接板通过扩大处理。优选地，所述中间连接板设有螺栓孔。优选地，所述平直耗能段与中间连接板之间光滑过渡处的倒角半径在满足设计要求的前提下应足够大以消除应力集中现象。优选地，所述大变形减震消能器只有一条焊缝且位于扩大连接板内，以提高其整体性能。本专利技术还提供了所述大变形减震消能器的设计及其制作方法，根据实际工程需要可对消能器进行精确设计，以实现优越的抗震性能，具体设计方法和制作步骤如下：(a)首先，根据实际工程结构需求确定所述大变形减震消能器的初始刚度、屈服位移、屈服承载力等力学性能指标，各项力学性能指标计算公式见公式(1)-(6)，从而确定大变形减震消能器耗能段的几何尺寸和钢材种类；力学性能指标计算公式：屈服承载力初始刚度：其中初始刚度修正系数：屈服后刚度：K'＝αK0(4)屈服位移：峰值荷载：Fu＝βFy(6)其中，t为大变形减震消能器的钢板厚度；w为大变形减震消能器耗能段(半圆弧耗能段或平直耗能段)的钢板宽度；R为大变形减震消能器半圆弧耗能段的中线半径；S为半圆弧耗能段端部到中间连接板端部的长度；σy为大变形减震消能器材料的屈服强度；E为大变形减震消能器材料的弹性模量；α为大变形减震消能器屈服后刚度与初始刚度之比，对Q235钢和Q345钢，建议取0.005-0.015；β为钢材的超强系数，对Q235钢和Q345钢，建议取1.2-1.5；(b)其次，根据大变形减震消能器所受的峰值荷载确定中间连接板所需的高强螺栓孔的直径和数量，从而可以确定中间连接板的尺寸，且中间连接板的尺寸需大于平直耗能段，这样不仅可以保证连接可靠，而且可以将大变形减震消能器的耗能变形限制在所述的半圆弧耗能段和平直耗能段；(c)然后，确定所述大变形减震消能器的平面展开图,接着采用钢板整体切割，辊压成型；(d)最后，在辊压成型的接口处采用全熔透对接焊缝。由于采用上述技术方案，本专利技术大变形减震消能器的有益效果包括：1)变形能力极强。本专利技术是通过弯曲变形耗能，在水平外力作用下沿其长度方向滚动向前以实现较大变形，而且试验表明在大变形的情况下还可以保持稳定的承载力。2)具有良好的延性和抗疲劳性能。本专利技术在水平外力作用下滚动向前变形，使得消能器多截面屈服耗能，避免了屈服位置集中显现，从而显著改善了消能器的延性和抗疲劳性能。3)设计简单。本专利技术由于力学模型明确，可以实现精准设计，通过改变消能器钢板的厚度、宽度、以及消能器高度等尺寸实现任意初始刚度、屈服位移和屈服荷载等力学性能指标的要求。4)成本较低。本专利技术采用普通建筑钢材，大大降低了生产成本，而且性能优越，有利于本专利技术大变形减震消能器的大力推广。本专利技术大变形减震消能器设计及其制作方法已经经过试验验证，试验结果表明：设计公式能够比较精确地预测大变形减震消能器的各项力学性能指标，该大变形减震消能器具有极强的变形能力，且延性和抗疲劳性能优良，加之其易于加工、施工方便、成本较低、适用性强，可以设置在框架层间和隔震层等位置，有效减少结构的振动反应，因此具有广阔的工程应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术大变形减震消能器的三维示意图。图2为本专利技术大变形减震消能器的平面展开图。图3为本专利技术大变形减震消能器在框架层间的布置方式示意图。图4为本专利技术大变形减震消能器在框架层间的工作示意图。图5为本专利技术大变形减震消能器在隔震支座的布置方式示意图。图6为本专利技术大变形减震消能器试验现场加载装置图。图7为本专利技术大变形减震消能器试件LS-2的试验滞回曲线图。图8为本专利技术大变形减震消能器试件LS-2的试验骨架曲线图。图中：1、半圆弧耗能段；2、平直耗能段；3、中间连接板；4、螺栓孔；4-1、上、下盖板预留的螺栓孔；5、全熔透对接焊缝；6、框架柱；7、框架梁；8、钢支撑；9、框架中的大变形减震消能器；9-1、隔震支座中的大变形减震消能器；10、连接钢板；11、高强螺栓(与连接钢板10连接)；11-1、高强螺栓(与框架梁7连接)；12、上盖板；13、高阻尼橡胶隔震垫；14、下盖板。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一：结合图1～图4所示，本专利技术提供大变形减震消能器，包括两端的半圆弧耗能段1、上、下各两个平直耗能段2以及中间连接板3。在水平外力作用下，沿大变形减震消能器长度方向滚动向前变形耗能。具体地，如图1和图2所示，本专利技术大变形减震消能器由Q235钢或者Q345钢制成，所述中间连接板3通过扩大处理，中间连接板3设有螺栓孔4。所述平直耗能段2与中间连接板3之间通过光滑过渡处理,光滑过渡处的倒角半径在满足设计要求的前提下应足够大以消除应力集中现象。所述大变形减震消能器采用钢板整体切割，然后辊压成型，所述大变形减震消能器只有一条焊缝5且位于中间连接板内。根据实际工程需要确定所述大变形减震消能器的具体尺寸参数，具体设计方法和制作步骤如下：(a)首先，根据实际工程结构需求确定所述大变形减震消能器的初始刚度、屈服位移、屈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大变形减震消能器设计及其制作方法，其特征在于：所述大变形减震消能器包括两端的半圆弧耗能段(1)、上、下各两个平直耗能段(2)以及中间连接板(3)，所述中间连接板(3)的尺寸大于平直耗能段(2)，所述平直耗能段(2)与中间连接板(3)之间通过光滑过渡处理以防止应力集中，所述大变形减震消能器通过高强螺栓安装于建筑结构相对变形较大处以减轻建筑物在地震作用或者强风荷载作用下的振动响应。

【技术特征摘要】
1.一种大变形减震消能器设计及其制作方法，其特征在于：所述大变形减震消能器包括两端的半圆弧耗能段(1)、上、下各两个平直耗能段(2)以及中间连接板(3)，所述中间连接板(3)的尺寸大于平直耗能段(2)，所述平直耗能段(2)与中间连接板(3)之间通过光滑过渡处理以防止应力集中，所述大变形减震消能器通过高强螺栓安装于建筑结构相对变形较大处以减轻建筑物在地震作用或者强风荷载作用下的振动响应。2.根据权利要求书1所述的一种大变形减震消能器设计及其制作方法，其特征在于：所述大变形减震消能器由Q235钢或者Q345钢制成。3.根据权利要求书1所述的一种大变形减震消能器设计及其制作方法，其特征在于：所述中间连接板(3)通过扩大处理。4.根据权利要求书1所述的一种大变形减震消能器设计及其制作方法，其特征在于：所述中间连接板(3)设有螺栓孔(4)。5.根据权利要求书1所述的一种大变形减震消能器设计及其制作方法，其特征在于：所述大变形减震消能器只有一条焊缝(5)且位于中间连接板(3)内。6.根据权利要求书1所述的一种大变形减震消能器设计及其制作方法，其特征在于：所述平直耗能段(2)与中间连接板(3)之间光滑过渡处的倒角半径在满足设计要求的前提下应足够大以消除应力集中现象。7.根据权利要求书1-6中任意权利要求书所述的一种大变形减震消能器设计及其制作方法，其特征在于：包括如下步骤：首先，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云，刘涛，
申请(专利权)人：陈云，
类型：发明
国别省市：海南,46