[發(fā)明專利]用于連肢剪力墻耗能的內(nèi)嵌式耗能模塊及阻尼器及連梁

在審

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• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107237417A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 滕軍;李祚華;彭志涵;王立山
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02;E04C3/20
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙)44248
• 代理人: 謝肖雄

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑工程設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種用于連肢剪力墻耗能的內(nèi)嵌式耗能模塊及阻尼器及連梁。

背景技術(shù)

剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大、抗側(cè)性能好，是鋼筋混凝土高層建筑普遍采用的結(jié)構(gòu)形式。剪力墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計要求提高結(jié)構(gòu)延性，滿足“強墻肢弱連梁”，使連梁在罕遇地震作用下先于墻肢屈服，形成塑性鉸耗散地震輸入能量，同時改變結(jié)構(gòu)振動頻率，避開地震的卓越周期，一定程度上減弱結(jié)構(gòu)共振響應(yīng)，保障墻肢等豎向構(gòu)件不倒塌。連梁在剪力墻結(jié)構(gòu)中具有雙重作用：一是正常使用及多遇地震作用下，連梁在彈性范圍工作，連接剪力墻相鄰墻肢，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗側(cè)剛度；二是罕遇地震下，連梁先于墻肢進入塑性，耗散地震輸入能量，保護剪力墻主體結(jié)構(gòu)的安全。

但在現(xiàn)今階段的設(shè)計中，兼顧連梁的剛度和延性在一定程度上存在矛盾。為解決這一難題，國內(nèi)外專家學(xué)者進行了大量的研究，例如交叉暗柱配筋、菱形配筋、采用新型復(fù)合材料等。雖然現(xiàn)有的一些研究成果在理論分析及實驗中取得了不錯的效果，但是仍缺乏用于實際結(jié)構(gòu)設(shè)計的構(gòu)造措施及實施方案。

20世紀(jì)80年代,我國學(xué)者曾進行了開水平縫連梁的研究,提出了自控雙連梁,取得了較好的結(jié)構(gòu)控制效果。基于連梁開縫的思路,東南大學(xué)李愛群等提出了在連梁跨中開縫設(shè)置摩阻控制裝置的新型剪力墻方案,振動臺試驗研究表明摩阻控制裝置能有效地控制結(jié)構(gòu)的動力特性和地震反應(yīng),有效地提高了剪力墻的抗震性能。其構(gòu)造示意如圖18所示。

同濟大學(xué)翁大根等提出雙肢剪力墻連梁處開豎向縫隙,縫間豎向加入加勁軟鋼阻尼裝置(ADAS/HADAS),在地震作用下,各肢剪力墻間在連梁處產(chǎn)生豎向錯位,縫中耗能裝置先于結(jié)構(gòu)而屈服,通過往復(fù)的塑性滯回變形耗散地震能量。日本學(xué)者Kumagai等也提出在跨中斷開的連梁中設(shè)置軟鋼阻尼器的方法,其阻尼器形式為工字形截面型鋼,型鋼端部埋入混凝土連梁中,試驗表明此阻尼器在大變形下具備穩(wěn)定的滯回耗能能力,使連梁的延性明顯提高。其構(gòu)造如圖19所示。

東北林業(yè)大學(xué)的劉晚成等提出的SMA耗能連梁一剪力墻體系是利用SMA材料的超彈性特性，開發(fā)新型可承受剪切變形的阻尼器，并將其安裝在剪力墻連梁中部，使得新型連梁在地震作用下先于剪力墻墻肢屈服耗能，同時地震后SMA阻尼器的變形由于SMA的超彈性特性而自動回復(fù)，其構(gòu)造如下圖20所示。

試驗證明，這種阻尼器有較好的滯回性能，但考慮到裝置的成本，尚沒有大規(guī)模使用的基礎(chǔ)。另外，Smith等提出的耗能伸臂體系中,若將墻肢間的伸臂視為剛性連梁,則亦與上述幾類耗能連梁的減震機理類似。

圖18-圖20所示的阻尼器有一定控制效果，但大多連梁阻尼器僅進行了理論分析，缺少實際工程應(yīng)用。并且現(xiàn)在對連梁阻尼器端部構(gòu)造，特別是與暗柱的連接構(gòu)造方面研究仍比較缺乏，這大大的限制了連梁阻尼器的使用。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上問題，在實際應(yīng)用中，我們希望有一種便于設(shè)計施工的耗能裝置，能在不大幅度提高施工難度的基礎(chǔ)上提高連梁的耗能能力。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種用于連肢剪力墻耗能的內(nèi)嵌式耗能模塊，耗能模塊設(shè)有耗能區(qū)和非耗能區(qū)，所述耗能區(qū)和所述非耗能區(qū)使用的材料相同；所述耗能區(qū)設(shè)有至少兩條孔洞，所述孔洞的長徑比為12-17，所述孔洞的長邊方向平行于連梁。

本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述耗能區(qū)設(shè)有四條孔洞。

本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述孔洞的邊角為直角或半圓弧。

本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述耗能模塊使用Q235B鋼或低屈服點軟鋼制成。

本方案的另一目的在于提供一種用于連肢剪力墻耗能的阻尼器，所述阻尼器包括耗能段和嵌固區(qū)，所述耗能段由至少一個如前所述的耗能模塊組成，所述嵌固區(qū)設(shè)置在所述耗能段的兩側(cè)；所述嵌固區(qū)包括多條水平縫，所述水平縫的延伸方向平行于連梁。將由單個耗能模塊組成的阻尼器內(nèi)嵌于鋼筋混凝土連梁。端部嵌固區(qū)伸入墻肢，嵌固端開有若干條水平縫，水平縫豎向間距根據(jù)墻肢箍筋間距而定，開縫不影響阻尼器性能。所述的耗能模塊長寬比、孔洞位置及孔洞長寬比為定值；所述的耗能模塊在組合時，非耗能區(qū)長度需要經(jīng)過設(shè)計。

本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述耗能段設(shè)有多個所述耗能模塊，所述耗能模塊之間平行和/或堆疊設(shè)置。

本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述嵌固區(qū)上設(shè)有抗剪連接件，所述抗剪連接件的延伸方向與連梁相垂直。所述的嵌固區(qū)上設(shè)有易于結(jié)構(gòu)連接連接的構(gòu)造措施，比如焊接抗剪栓釘或設(shè)置螺栓孔。

本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述嵌固區(qū)與所述耗能段厚度相同。

本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述水平縫之間的邊角為直角或圓弧。