[实用新型]无屈曲波形结构耗能构件

说明书

技术领域

本实用新型涉及建筑工程技术领域，具体地说，是涉及一种结构耗能构件，具体设计成无屈曲优化波型的结构耗能构件。

背景技术

高层建筑具有越来越广阔的市场前景，而在高层建筑中抗侧力结构构件的选择尤为重要。传统的抗侧力结构构件主要有钢支撑、钢筋混凝土剪力墙等，而这些已经不能满足高层建筑对于结构耗能能力的需求。针对这种情况，许多新型的结构耗能构件应运而生。例如普通钢板剪力墙、防屈曲钢板墙和剪切型阻尼器等。

对于钢板墙和剪切型阻尼器来说，一般均采用平钢板。但由于平钢板的面外刚度很小，在较小水平力作用下就会发生面外屈曲，导致其刚度小、滞回性能有限。在此基础上，改进采用面外约束板或者加劲肋的方式来提高此类构件的面外刚度，但仍存在经济性降低、加工复杂、生产周期变长、缺陷明显等一系列问题。因此，急需一种面外刚度大、经济性好、加工方便、性能优越的构件。

实用新型内容

基于上述问题，本实用新型提出了一种结构耗能构件，设计成无屈曲优化波，具有一定的通用性，可广泛应用于钢、铝、铅等金属材料制作而成的钢板剪力墙、剪切型阻尼器、连梁阻尼器或者其他形式的金属减震构件中，充分利用波型的面外刚度大优点，保证构件性能优越，经济性好，加工方便，具有广泛的应用前景。

技术方案一

一种无屈曲波形结构耗能构件的弹塑性设计方法，其特征在于，通过提出波纹钢板墙弹塑性屈曲的折减系数η，近似地将波纹钢板墙等效为各向异性的平钢板墙，将主要受力方向的弹性模量做η的折减，抗扭方向做根号η的折减，非受力方向则不做折减，得到波纹钢板墙等效为各向异性平钢板墙后的平衡偏微分方程，如式(1.16)所示。

其中，D_x为非受力方向面外刚度，D_y为主要受力方向面外刚度，H为抗扭刚度，ω为面外挠度函数，N_y为主要受力方向中面正应力，N_yx为主要受力方向中面剪应力。

在弹性抗侧刚度方面，在单位力作用下，设波纹钢板墙的变形由n个单波的变形串联而成，单波的变形包括单波的剪切变形、单波的扭转变形。在单位力作用下，单波的剪切刚度由式(1.22)所示。

其中，υ为钢材泊松比，E为弹性模量。

而单波的扭转变形则假定单波截面在扭矩或弯矩作用下绕对称点变形，通过能量法可得到单波的扭转刚度如式(1.23)—(1.24)所示。

因此，根据n个单波串联的关系，可得到波纹钢板墙的弹性抗侧刚度公式，如式(1.25)所示。

在屈服承载力方面，波纹钢板墙的屈服承载力可由式(1.13)所示

Q_y＝τ_yat_w (1.13)。

进一步的，通过以下方式调整各个参数以满足设计要求：

一、通过设定通用无屈曲优化波型的整体高厚比，可保证该波型在达到极限承载力之前都不发生整体失稳；(在建筑领域，达到极限承载力时的应用从未有过，本实用新型是首创。)

二、通过设定标准波型和构造波型的细部尺寸，可保证该波型不发生局部失稳。

三、通过在端部采用构造波型，特别是采用标准波型的半波形式，可保证标准波型和构造波型的中心线重合，减小端部偏心效应。进一步的，通过设定水平段与斜向段之间的折弯半径，可减小集中应力程度，提高性能。

所述波型可以为梯形、正弦曲线以及矩形等。本实用新型优选采用梯形波型。

以上设计获得的波纹形状面外刚度大，因此屈曲承载力高，不易屈曲，可避免采用面外约束板、加劲肋等提高面外刚度手段带来的加工复杂、周期长、经济性差等问题。

技术方案二