[发明专利]一种大变形减震消能器设计及其制作方法

说明书

本发明公开一种大变形减震消能器设计及其制作方法，属于建筑结构的消能减震领域。所述大变形减震消能器包括两端的半圆弧耗能段、上、下各两个平直耗能段以及中间连接板，中间连接板的尺寸大于平直耗能段，平直耗能段与中间连接板之间通过光滑过渡处理以防止应力集中。设计时，首先根据结构需求确定消能器的初始刚度和屈服位移等力学性能指标，从而确定消能器耗能段的几何尺寸；其次根据消能器所受的峰值荷载确定中间连接板所需的高强螺栓；然后确定所述消能器的平面展开图,采用钢板整体切割成型；最后在接口处采用全熔透对接焊缝。该大变形减震消能器安装于建筑结构相对变形较大处以减轻建筑物在地震作用或者强风荷载作用下的振动响应。

技术领域

本发明属于建筑结构的消能减震领域，特别涉及一种大变形减震消能器。

背景技术

消能减震技术就是通过在结构指定部位增设消能器，在地震作用或者强风荷载作用下耗散输入结构的能量，从而减轻结构的振动响应，避免结构本身产生损伤。金属消能器是通过金属材料屈服后产生的塑性滞回变形耗散能量，并且因其力学性能稳定，制作、维护成本较低，在消能减震领域得到了广泛应用。

地震作为群灾之首，地震发生时余震一般伴随着主震一起出现，而且主震刚过，频繁的余震往往紧随其后，所以需要保证金属消能器在经历主震之后还能持续变形耗能，因此改善金属消能器的延性和抗疲劳性能变得至关重要。而且目前大多数金属消能器的大变形能力不足，在隔震层等需要大变形的工程应用中明显不适用。

因此需要开发一种大变形消能器变得意义重大，它具有极强的变形能力、且在大变形的情况下承载力保持稳定，同时还具有优良的延性和抗疲劳性能。

发明内容

本发明提供了一种大变形减震消能器，以改善金属消能器的延性和抗疲劳性能，并且具有极强的变形能力，且在大变形的情况下可以提供稳定的承载力。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

提出一种大变形减震消能器，所述大变形减震消能器包括两端的半圆弧耗能段、上、下各两个平直耗能段以及中间连接板，所述中间连接板的尺寸大于平直耗能段，所述平直耗能段与中间连接板之间通过光滑过渡处理以防止应力集中，而且所述大变形减震消能器结构形式对称，构造简单，力学模型明确，加工方便，可以实现精确设计和制作，所述大变形减震消能器通过高强螺栓安装于建筑结构相对变形较大处以减轻建筑物在地震作用或者强风荷载作用下的振动响应。

优选地，所述大变形减震消能器由Q235钢或者Q345钢制成。

优选地，所述中间连接板通过扩大处理。

优选地，所述中间连接板设有螺栓孔。

优选地，所述平直耗能段与中间连接板之间光滑过渡处的倒角半径在满足设计要求的前提下应足够大以消除应力集中现象。

优选地，所述大变形减震消能器只有一条焊缝且位于扩大连接板内，以提高其整体性能。

本发明还提供了所述大变形减震消能器的设计及其制作方法，根据实际工程需要可对消能器进行精确设计，以实现优越的抗震性能，具体设计方法和制作步骤如下：

(a)首先，根据实际工程结构需求确定所述大变形减震消能器的初始刚度、屈服位移、屈服承载力等力学性能指标，各项力学性能指标计算公式见公式(1)-(6)，从而确定大变形减震消能器耗能段的几何尺寸和钢材种类；

力学性能指标计算公式：

屈服承载力

初始刚度：

其中初始刚度修正系数：

屈服后刚度：K'＝αK₀  (4)