一種設(shè)有粘彈性阻尼器的鋼結(jié)構(gòu)減震耗能體系及設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑抗震領(lǐng)域，具體設(shè)及一種設(shè)有粘彈性阻尼器的鋼結(jié)構(gòu)減震耗能體 系及設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代建筑中，對于傳統(tǒng)的鋼板剪力墻抗側(cè)力體系，因其具有承載力高、延性好、耗 能能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際工程中應(yīng)用廣泛。為了消除在小位移下對傳統(tǒng)鋼板剪力墻的損害， 將粘彈性阻尼器應(yīng)用于鋼框架中，與此同時引入位移極限機(jī)理，使粘彈性阻尼器在小位移 下產(chǎn)生剪切滯回變形，耗散輸入的地震能量，減少結(jié)構(gòu)的震動反應(yīng)。此外為了充分利用鋼板 材料的強(qiáng)度和延性，必須解決薄鋼板剪力墻的平面外彈性失穩(wěn)問題，在鋼框架中布置波紋 鋼板剪力墻，通過其面外的幾何形狀提供了較大的面外剛度，使自身不易發(fā)生屈曲，抗剪性 能強(qiáng)于平鋼板，提高了墻體的屈曲性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種設(shè)有粘彈性阻尼器 的鋼結(jié)構(gòu)減震耗能體系及設(shè)計方法，消除在小位移下對傳統(tǒng)鋼板剪力墻的損害，其次用波 紋鋼板代替平鋼板來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗剪承載力，解決平鋼板剪力墻的出平面彈性失穩(wěn)問題， 更好的發(fā)揮鋼板材料的強(qiáng)度和延性。
[0004] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種設(shè)有粘彈性阻尼器的鋼結(jié)構(gòu)減震耗能體系，包括框架和設(shè)置在框架內(nèi)的粘彈 性阻尼器和波紋鋼板剪力墻；
[0006] 所述粘彈性阻尼器的上部和框架的上部連接，所述粘彈性阻尼器的下部與所述波 紋鋼板剪力墻連接；
[0007] 所述波紋鋼板剪力墻的下部通過連接件與框架的下部連接，兩側(cè)與框架分離。
[0008] 作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述框架包括縱向設(shè)置的兩根框架柱和橫向 設(shè)置的兩根框架梁，每根框架梁的一端均與一根框架柱連接，另一端均與另一根框架柱連 接；
[0009] 所述粘彈性阻尼器的上部與上方的框架梁連接，下部與所述波紋鋼板剪力墻連 接，所述波紋鋼板剪力墻的下部與下方的框架梁通過連接件連接；
[0010] 所述波紋鋼板剪力墻的兩側(cè)與兩根框架柱均分離。
[0011] 作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述粘彈性阻尼器包括一組粘彈性阻尼裝置， 每個粘彈性阻尼裝置包括內(nèi)鋼板和U形的外鋼板，所述內(nèi)鋼板的一部分插入到外鋼板的U 形結(jié)構(gòu)內(nèi)，在內(nèi)鋼板的兩側(cè)與外鋼板之間均設(shè)有粘彈性材料，在所述外鋼板、粘彈性材料和 內(nèi)鋼板上開有通孔，栓釘穿過該通孔；所述栓釘?shù)耐鈭A柱面與內(nèi)鋼板上的通孔的內(nèi)壁緊密 連接，與外鋼板的通孔的內(nèi)壁之間有縫隙；在所述栓釘穿出外鋼板的兩端處設(shè)有墊片。
[0012] 在所述內(nèi)鋼板伸出外鋼板的部分開有螺栓孔，用于與波紋鋼板剪力墻連接。
[0013] 所述粘彈性材料和內(nèi)鋼板的兩側(cè)面W及和外鋼板的內(nèi)側(cè)面均是通過高溫高壓硫 化的方法粘合成為一個整體；
[0014] 作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，每個所述粘彈性阻尼裝置的上部均通過焊接的 方式與上方框架梁的下翼緣連接，下部均通過在所述螺栓孔內(nèi)安裝的螺栓將所述粘彈性阻 尼裝置與波紋鋼板剪力墻連接。
[0015] 作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述波紋鋼板剪力墻為橫置蜂窩型結(jié)構(gòu)。
[0016] 作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述框架梁和框架柱均采用工字型鋼。
[0017] 作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，在所述框架梁的兩端分別焊接有端板，通過節(jié) 點(diǎn)螺栓將所述端板與框架柱連接。
[0018] 所述連接件為魚尾板。
[0019] 一種設(shè)有粘彈性阻尼器的鋼結(jié)構(gòu)減震耗能體系的設(shè)計方法，包括：
[0020] (1)通過受力分析計算，確定所述粘彈性材料的厚度hv和單層剪切面積Ad;
[0021] (3)確定波紋鋼板剪力墻的波紋尺寸和鋼板厚度t;
[0022] (3)將所述波紋鋼板剪力墻的下部通過連接件與下方的框架梁連接，再將所述粘 彈性阻尼器的上部與上方框架梁的下翼緣焊接固定，下部通過螺栓與波紋鋼板剪力墻的上 部連接。
[0023] 所述步驟（1)是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0024] 所述粘彈性材料的厚度hv的計算公式為：hV=dy//0.05;
[0025]所述粘彈性材料的單層剪切面積Ad的計算公式為：
[0026] 式中，Vi為框架第i層的層間剪力；G'為粘彈性材料的儲存剪切模量，取1200KN/ m2;ud為粘彈性阻尼器的水平位移，取粘彈性阻尼器的屈服位移值dy，根據(jù)-
確定dy， CU為結(jié)構(gòu)層間屈服位移限值;m為第i層布置粘彈性阻尼器的數(shù)量。
[0027] 所述步驟（2)是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0028] 所述波紋鋼板剪力墻的波紋尺寸包括波長、波高、水平段與斜段長度比W及角度， 具體如下：
[002引 波長q= 2 (a+b)的取值范圍是：150mm~300mm;
[0030] 波高d的取值范圍是：30mm~IOOmm;
[0031] 水平段與斜段長度比a/c的取值范圍：1~2;
[0032] 角度0的取值范圍：30。~60。；
[0033] 所述鋼板厚度的取值范圍計算公式為
[0034] 式中，t為鋼板厚度；為抗震分項(xiàng)系數(shù)，取1. 2 ;1為鋼板寬度；fy為鋼材抗拉強(qiáng) 度設(shè)計值；鋼板的剪切屈服應(yīng)力
《=max{a,c}，a為波紋水平段長度，b是指波 紋斜段的水平投影長度，C為波紋斜段長度；U為泊松比（取0. 3)斯局部剪切屈曲破壞影 響系數(shù)；E為材料彈性模量。
[0035] 所述鋼板厚度的取值范圍：1.6mm~6mm。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將粘彈性阻尼器與鋼框架波紋鋼 板剪力墻相結(jié)合，鋼框架作為結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件承擔(dān)全部豎向荷載和傾覆彎矩，粘彈性阻尼器 與波紋鋼板剪力墻內(nèi)置于鋼框架內(nèi)承擔(dān)全部側(cè)向力，可W大幅度提升框架的抗側(cè)剛度，減 小結(jié)構(gòu)本身的側(cè)移；在抗震過程中首先由粘彈性阻尼器通過粘彈性材料的剪切滯回變形來 抵抗小震或強(qiáng)風(fēng)荷載（第一階段），在中震或強(qiáng)震荷載作用下，粘彈性阻尼器不再產(chǎn)生剪切 變形而耗能，而是將側(cè)向力傳遞給橫置的波紋鋼板剪力墻，通過波紋鋼板剪力墻來消耗地 震能量（第二階段），達(dá)到減震耗能的目的。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖2-1為圖1中A處的主視圖。
[0039] 圖2-2為圖1中A處的第一立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖2-3為圖1中A處的第二結(jié)構(gòu)示意圖。
[00川 圖3為圖1中B處詳圖。
[0042] 圖4-1為圖1中C處第一結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043] 圖4-2為圖1中C處第二結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖4-3為圖1中C處的螺栓。
[0045] 圖5-1為粘彈性阻尼器的第一受力分析圖。
[0046] 圖5-2為粘彈性阻尼器的第二受力分析圖。
[0047] 圖6為結(jié)構(gòu)等代示意圖。
[004引圖中，1-框架柱，2-框架梁，3-魚尾板，4-端板，5-節(jié)點(diǎn)螺栓，B-波紋鋼板剪力墻，C-粘彈性阻尼器。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0050] 如圖1至圖4-3所示，本發(fā)明包括框架和設(shè)置在框架內(nèi)的粘彈性阻尼器C和波紋 鋼板剪力墻B;
[0051] 所述粘彈性阻尼器C的上部和框架的上部連接，所述粘彈性阻尼器C的下部與所 述波紋鋼板剪力墻B連接；
[0052] 所述波紋鋼板剪力墻B的下部通過連接件與框架的下部連接，兩側(cè)與框架分離。
[0053] 所述框架包括縱向設(shè)置的兩根框架柱1和橫向設(shè)置的兩根框架梁2,每根框架梁2 的一端均與一根框架柱1連接，另一端均與另一根框架柱1連接；
[0054] 所述粘彈性阻尼器C的上部與上方的所述框架梁2連接，下部與所述波紋鋼板剪 力墻B連接，所述波紋鋼板剪力墻B的下部與下方的所述框架梁2通過連接件連接；
[00巧]所述波紋鋼板剪力墻B的兩側(cè)與兩根框架柱1均分離。
[0056] 所述波紋鋼板剪力墻B為橫置蜂窩型結(jié)構(gòu)；
[0057] 所述框架梁2和框架柱1均采用工字型鋼；
[0058] 在所述框架梁2的兩端分別焊接有端板4,通過節(jié)點(diǎn)螺栓5將所述端板4與框架柱 1連接；
[0059] 所述連接件為魚尾板3。
[0060] 所述鋼框架包括框架柱1和框架梁2,框架柱1和框架梁2的連接方式采用兩端外 伸端板式連接，即框架梁2與端板4通過焊接連接，端板4與框架柱1通過節(jié)點(diǎn)螺栓5進(jìn)行 連接；所述粘彈性阻尼器C上部與框架梁2下翼緣通過焊接連接，下部與波紋鋼板剪力墻B 通過螺栓連接，波紋鋼板剪力墻B與焊接于框架梁2的魚尾板3 (魚尾板3起到連接波紋鋼 板剪力墻B與框架梁2的作用，同時起到傳遞荷載的作用）通過焊接連接，波紋鋼板剪力墻 B兩側(cè)與框架柱1分離。
[0061] 所述粘彈性阻尼器C包括一組粘彈性阻尼裝置，粘彈性阻尼裝置具體結(jié)構(gòu)如圖4 所示，由U形的外鋼板42、內(nèi)鋼板41、粘彈性材料43、栓釘45、墊片44與螺栓孔45組成。所 述內(nèi)鋼板41的一部分插入到外鋼板42的U形結(jié)構(gòu)內(nèi)，在內(nèi)鋼板41的兩側(cè)與外鋼板42之 間均設(shè)有粘彈性材料43,粘彈性材料43和鋼板是通過高溫高壓硫化的方法使其粘合成為 一個整體；在外鋼板42、粘彈性材料43和內(nèi)鋼板41上開有通孔，栓釘45穿過通孔；栓釘45 的外圓柱面與內(nèi)鋼板41上的通孔內(nèi)壁緊密連接，而與外鋼板42的通孔內(nèi)壁之間留有一定 縫隙46 ;在所述栓釘45穿出外鋼板42的兩端處設(shè)有墊片44。每個所述粘彈性阻尼裝置的 上部均通過焊接的方式與上方的所述框架梁2的下翼緣連接，在所述內(nèi)鋼板41伸出所述外 鋼板42的部分開有螺栓孔45,用于與所述波紋鋼板剪力墻B連接。
[0062] 粘彈性材料43和鋼板是通過高溫高壓硫化的方法使其粘合成為一個整體，栓釘 45是為了引入位移極限機(jī)理而設(shè)置的，栓釘45的外圓柱面與內(nèi)鋼板上的通孔內(nèi)壁緊密連 接，由粘結(jié)劑粘結(jié)固定于內(nèi)鋼板41通孔內(nèi)壁上，而與外鋼板42的通孔內(nèi)壁之間留有一定縫 隙46,預(yù)留縫隙的取值應(yīng)小于粘彈性材料的屈服位移，在位移小于預(yù)留縫隙46時通過粘彈 性材料43的剪切變形來耗散能量，當(dāng)位移超過預(yù)留縫隙時，栓釘45的外圓柱面與外鋼板42 接觸，粘彈性材料43不能產(chǎn)生剪切變形，而是通過栓釘45將荷載傳遞給波紋鋼板剪力墻B。
[0063] 粘彈性材料和鋼板是通過高溫高壓硫化的方法使其粘合成為一個整體，栓釘是為 了引入位移極限機(jī)理而設(shè)置的，栓釘?shù)?