本发明专利技术公开了可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器，属于建筑结构技术和结构抗震减震领域。本发明专利技术结合隅撑和金属阻尼器各自的优点，外形类似隅撑，包括方钢管、内部未镂空的耗能钢板，内部镂空的耗能钢板，带翼缘的十字型钢，塞焊孔，角焊缝，方端板和铰接接头。方钢管四面存在两种镂空形成的耗能钢板，两种钢板的屈服力和屈服位移不同，钢板中部与十字型钢的翼缘焊接，当消能器受轴向力时，耗能钢板随十字型钢运动。本发明专利技术实现了消能器多阶段屈服，在大中小震下均有较好的耗能性能，耗能构件破坏后可单独更换、用钢量少、经济效益好、构造简单，易于设计和加工。
Corner braced compound type metal energy dissipator with multi-faceted and multi-stage yield
【技术实现步骤摘要】
可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器
本专利技术涉及一种可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器，属于新型建筑结构技术和结构抗震减震领域。
技术介绍
地震动和强风作用是引起框架结构破坏的常见因素。抗侧刚度不足的框架往往在水平荷载作用下会出现抗力不足或变形过大，导致结构破坏甚至倒塌，带来较大的生命财产损失。因此，传统框架常辅以斜向支撑来提高抗侧刚度，从而形成了支撑-框架结构。普通钢支撑在轴向受压时会出现屈曲失稳现象，难以给主体结构稳定得提供抗侧刚度，力学性能不稳定，由此防屈曲支撑应运而生。防屈曲支撑不仅可以提高结构体系抗侧能力，同时在变形较大时进入塑性阶段耗散能量，起到消能减震的作用，在体系中发挥双重作用，因此防屈曲支撑具有广阔的市场前景，在实际工程中倍受青睐。目前，实际工程中采用的防屈曲支撑主要针对大震设计，在结构体系变形较大时可以发挥耗能作用，中小震下则只能给主体结构提供抗侧刚度，难以进入塑性阶段。因此，目前的支撑-框架结构在中小震下主要靠梁柱等构件的损伤耗散能量，而且防屈曲支撑显著提高了结构体系抗侧刚度，会降低结构自振周期，导致体系遭受更强烈的地震作用，所以中小震下传统防屈曲支撑给主体结构带来的保护作用是十分有限的。再者，传统防屈曲支撑对加工精度和设计水平具有较高要求，设计不合理或加工不精细的防屈曲支撑往往疲劳性能较差，在往复荷载下过渡段或端头容易发生破坏。防屈曲支撑的耗能构件为约束钢管内的核心钢板，大震之后耗能构件难以更换，只能更换整个支撑，经济性较差。金属消能器是另一种实际工程中常用的位移型消能器，可以为主体结构提供附加刚度和阻尼。相比于防屈曲支撑，金属消能器具有易于更换，加工工艺简单，工作性能稳定，造价低廉等优点。金属消能器的耗能构件多采用低屈服点钢(软钢)材料，低屈服点钢具有在超过屈服应变几十倍的塑性应变下往复变形数百次不断裂的优越性能，同时具有屈服点低，易于耗能的特点，因此低屈服点钢是用于制作消能器的优质材料。为了改进现有防屈曲支撑的不足，本专利技术提出可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器。将防屈曲支撑和金属消能器进行结合，各取所长，充分利用两者的优点。本专利技术的外形类似隅撑，由约束钢管，核心单元，端板和接头组成。约束钢管四面均采用切割的方式形成耗能钢板，核心单元采用带翼缘的十字型钢，将耗能钢板中部与十字型钢翼缘焊接。当消能器轴向受力时，耗能钢板中部随核心单元发生位移，耗能钢板中部与端部产生相对位移，耗能钢板屈服耗能。约束钢管相对两面上的耗能钢板形状相同，相邻两面上的耗能钢板形状不同，即约束钢管上存在两种形状的耗能钢板，一种内部未镂空，采用与约束钢管相同的材料，屈服位移和屈服力较大；一种内部镂空，采用低屈服点材料，屈服位移和屈服力较小。当结构遭遇中小震时，消能器上内部镂空的耗能钢板发生屈服，耗散地震带来的能量；当结构遭遇大震时，消能器上两种钢板均进入塑性阶段，共同耗能。因此，本专利技术提出的可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器在大中小震下均有良好的耗能能力。耗能钢板位于消能器外部，失效后可以单独更换耗能钢板，而且和传统支撑相比，用钢量更少，因此具有更好得经济效益。本专利技术提出的新型消能器构造简单，对设计水平和加工进度要求不高，并且内部镂空的耗能钢板采用低屈服点钢，新型消能器不易发生疲劳破坏，性能更稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器，消能器在地震作用下多阶段屈服，首段屈服力较低，保证其在大中小震下均有稳定的耗能表现，并且耗能钢板低周疲劳性能良好，耗能钢板可以单独更换，用钢量少，经济效益好，构造简单，易于设计和加工。本专利技术外形和隅撑类似，核心单元采用带翼缘的十字型钢，约束钢管四面上带有耗能钢板。耗能钢板的中部和十字型钢的翼缘焊接。约束钢管相对面上的耗能钢板形状相同，相临面上的耗能钢板形状不同。形状不同的两种耗能钢板，一种内部未镂空，材料与约束钢管相同，屈服位移和屈服力较高；一种内部镂空，材料采用低屈服点钢，屈服位移和屈服力较小。两种耗能钢板的屈服力和屈服位移不同，保证消能器在大中小震下均由较好的耗能表现。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器，该金属消能器包括方钢管1、内部未镂空的耗能钢板2、内部镂空的耗能钢板3、带翼缘的十字型钢4、塞焊孔5、角焊缝6、方端板7和铰接接头8。方端板7的数量为两个，其中一个方端板7与两个铰接接头8以及带翼缘的十字型钢4为整体预制结构I，整体预制结构I与方钢管1之间为活动连接；另一个方端板7与两个铰接接头8和方钢管1为整体预制结构II。方钢管1的一组相对面上各带有一个形状相同的内部未镂空的耗能钢板2，方钢管1的另一组相对面上各带有一个形状相同的内部镂空的耗能钢板3。内部未镂空的耗能钢板2由在方钢管1上开洞形成，带翼缘的十字型钢4位于方钢管1内部，方钢管1四面上的内部未镂空的耗能钢板2和内部镂空的耗能钢板3中部各自通过塞焊孔5和角焊缝6与带翼缘的十字型钢4的翼缘焊接，保证耗能构件和带翼缘的十字型钢4同步轴向位移。整体预制结构I和整体预制结构II上的两个铰接接头8并列平行焊接在方端板7上。方钢管1采用的钢材屈服强度不大于400MPa，抗拉强度不大于530MPa，伸长率不低于16％。内部未镂空耗能钢板2与方钢管1的材料相同。为了确保方钢管1的中部在轴向的双向移动，在内部未镂空耗能钢板2两侧沿其运动方向开有洞口，洞口数量不少于两个；内部未镂空耗能钢板2中部距离方钢管1的距离不小于3mm，上下两侧也开有洞口，且洞口关于内部未镂空的耗能钢板2对称分布，均做倒角处理。为了区别内部镂空的耗能钢板3和内部未镂空耗能钢板2的屈服位移和屈服力，在内部镂空的耗能钢板3内部开洞，开洞数量不少于一个，开的洞口关于内部镂空的耗能钢板3的对称轴对称，均做倒角处理。内部镂空的耗能钢板3采用低屈服点钢，屈服强度不大于230MPa，抗拉强度在200MPa与400MPa之间，伸长率大于40％。内部镂空的耗能钢板3为预制结构，将方钢管1开洞，之后将内部镂空的耗能钢板3焊接到方钢管1上。为防止内部未镂空的耗能钢板2和内部镂空的耗能钢板3在受力变形过程中向面外扭转，带翼缘的十字型钢4的翼缘厚度为3mm-15mm。方钢管1每个面上的耗能钢板2数量不少于一个，耗能钢板2的镂空形状为弓形、圆形、椭圆形、三角形、四边形等允许耗能钢条轴向位移的形状，方钢管1的单面面积与其上镂空面积之比大于1.2。隅撑式复合型金属消能器的整体长度与框架柱的长度比值在0.2与0.5之间，安装时与框架梁夹角在30°与70°之间。铰接接头8与框架梁、框架柱上的节点板通过螺栓连接，将消能器与框架主体结构连接成整体。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术涉及的新型消能器约束钢管上存在两种形状的耗能钢板，两种耗能钢板由于形状和材料不同，具有不同的屈服位移和屈服力，保证消能器在大中小震下均有良好的耗能性能。(2)新型消能器的耗能构件——耗能钢板位本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器，其特征在于：该金属消能器包括方钢管(1)、内部未镂空的耗能钢板(2)、内部镂空的耗能钢板(3)、带翼缘的十字型钢(4)、塞焊孔(5)、角焊缝(6)、方端板(7)和铰接接头(8)；方端板(7)的数量为两个，其中一个方端板(7)与两个铰接接头(8)以及带翼缘的十字型钢(4)为整体预制结构I，整体预制结构I与方钢管(1)之间为活动连接；另一个方端板(7)与两个铰接接头(8)和方钢管(1)为整体预制结构II；方钢管(1)的一组相对面上各带有一个形状相同的内部未镂空的耗能钢板(2)，方钢管(1)的另一组相对面上各带有一个形状相同的内部镂空的耗能钢板(3)。/n
【技术特征摘要】
1.可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器，其特征在于：该金属消能器包括方钢管(1)、内部未镂空的耗能钢板(2)、内部镂空的耗能钢板(3)、带翼缘的十字型钢(4)、塞焊孔(5)、角焊缝(6)、方端板(7)和铰接接头(8)；方端板(7)的数量为两个，其中一个方端板(7)与两个铰接接头(8)以及带翼缘的十字型钢(4)为整体预制结构I，整体预制结构I与方钢管(1)之间为活动连接；另一个方端板(7)与两个铰接接头(8)和方钢管(1)为整体预制结构II；方钢管(1)的一组相对面上各带有一个形状相同的内部未镂空的耗能钢板(2)，方钢管(1)的另一组相对面上各带有一个形状相同的内部镂空的耗能钢板(3)。
2.根据权利要求1所述的可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器，其特征在于：内部未镂空的耗能钢板(2)由在方钢管(1)上开洞形成，带翼缘的十字型钢(4)位于方钢管(1)内部，方钢管(1)四面上的内部未镂空的耗能钢板(2)和内部镂空的耗能钢板(3)中部各自通过塞焊孔(5)和角焊缝(6)与带翼缘的十字型钢(4)的翼缘焊接，保证耗能构件和带翼缘的十字型钢(4)同步轴向位移。
3.根据权利要求1所述的可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器，其特征在于：整体预制结构I和整体预制结构II上的两个铰接接头(8)并列平行焊接在方端板(7)上。
4.根据权利要求1所述的可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器，其特征在于：方钢管(1)采用的钢材屈服强度不大于400MPa，抗拉强度不大于530MPa，伸长率不低于16％；内部未镂空的耗能钢板(2)与方钢管(1)的材料相同。
5.根据权利要求1所述的可多面多阶段屈服的隅撑式复合型金属消能器，其特征在于：为了确保方钢管(1)的中部在轴向的双向移动，在内部未镂空的耗能钢板(2)两侧沿其运动方向开有洞口，洞口数...
【专利技术属性】
技术研发人员：何浩祥，吴山，程时涛，陈易飞，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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