[发明专利]一种防屈曲剪切板阻尼器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种防屈曲剪切板阻尼器及其设计方法，包括波形防屈曲剪切耗能板、上端板和下端板；上下端板与波形防屈曲剪切耗能板通过焊接相互连接；波形防屈曲剪切耗能板由三段直板和两段曲板在横向上间隔分布依次连接组成。本防屈曲剪切板阻尼器中的曲板能够有效减轻面外屈曲，在上下端板发生沿耗能板强轴方向的相对位移情况下，耗能板的三段直板会发生平面内的剪切变形，两段曲板会发生平面外的弯曲变形，弯曲变形是沿着耗能板的强轴方向，将矩形钢板腹板中部大位移下发生的面外变形转变成沿着耗能板强轴的弯曲变形，从而减轻面外屈曲程度，提升耗能能力。本阻尼器具有面外屈曲程度小、延性好、耗能能力强等诸多优越性能，是一种理想的耗能元件。

技术领域

本发明属于建筑工程和结构工程抗震领域，具体涉及一种防屈曲剪切板阻尼器及其设计方法及应用。

背景技术

地震会引起建筑结构的严重破坏，造成大量房屋破坏或倒塌，使人民生命财产蒙受巨大损失。为了减少地震给人们带来的巨大损失，近年来消能减震技术得到了迅速发展。在结构的节点、支撑、剪力墙、楼层空间、主附结构等部位设置阻尼器装置，通过阻尼器的弯曲、剪切、扭转变形来耗散地震能量，减少结构的地震反应，从而减轻结构的损伤程度，达到消能减震的效果。应用最为普遍的一类阻尼器是金属阻尼器。

一般金属剪切型阻尼器通过两种方式进行耗能，一种是通过耗能板剪切屈服耗能，另一种是通过耗能板弯曲屈服耗能。其中剪切钢板阻尼器是利用钢板平面内产生剪切弹塑性变形进行耗能减震，因其具有制作简单、耗能性能良好、初始刚度大、经济性好等优点被研究并应用于房屋和桥梁结构中。但研究发现，剪切钢板阻尼器在往复荷载作用下，随着剪切变形的增大，腹板易发生平面外屈曲，阻尼器的滞回曲线过早出现捏缩，致使其承载力和耗能能力下降并且很快发生破坏退出工作。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，解决剪切钢板阻尼器腹板发生平面外屈曲致使其承载力和耗能能力下降问题，设计了一种防屈曲剪切板阻尼器，该阻尼器不仅具有优良的耗能性能，还能够有效降低剪切钢板的平面外屈曲现象，提高该阻尼器的耗能减震效果；同时使用高强螺栓与应用结构连接，易于安装与拆卸，可实现震后可更换功能。

为达到上述效果，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种防屈曲剪切板阻尼器的设计方法包括：

根据阻尼器实际布置位置和内力情况，确定弹性屈服荷载P_y；根据实际布置位置尺寸设定阻尼器高厚比h/t；

根据弹性屈服荷载P_y得到阻尼器截面面积A：

其中，f_y为材料屈服应力，b为阻尼器长度，t为阻尼器板材厚度，α为放大系数；

根据虚功原理，计算阻尼器矩形截面的弹性刚度K：

得到阻尼器矩形截面钢板的弹性屈服位移Δ_y：

其中，分别为单位荷载P作用下的弯曲和剪切变形；E为弹性模量，ν为泊松比，k为截面切应力分布不均匀修正系数；

将弹性屈服位移Δ_y乘以折减系数β得到弹性屈服位移：

Δ_y发＝βΔ_y

检验Δ_y是否满足抗震层间侧移要求，若不满足则重新选择高厚比h/t，重新计算截面面积，直至满足要求。