采用热处理弱化强度的钢板耗能剪力墙体系制作方法与流程

本发明涉及一种建筑结构中的剪力墙，特别是涉及一种采用热处理弱化强度的钢板耗能剪力墙体系制作方法。

背景技术：

在高层建筑结构的设计中，为了提高结构的抗侧性能，经常会在结构的一些特定部位设置剪力墙，从而有效抵抗水平风荷载和水平地震作用。目前常用的剪力墙主要包括钢筋混凝土剪力墙和钢板剪力墙。钢板剪力墙由于施工便捷，性能高效而得到了广泛的应用。

钢板剪力墙体系是以钢框架和内嵌钢板作为基本结构单元的抗侧力结构体系，从结构构造上来看，可将其看作是悬臂板梁结构：体系中的框架柱相当于悬臂梁的翼缘，内嵌钢板相当于腹板，而框架梁相当于加劲肋。在地震荷载作用下，钢板剪力墙体系通过内嵌钢板屈服后发生塑性变形来进行耗能。为了提高钢板剪力墙的耗能能力，技术人员将低屈服点钢应用于钢板剪力墙的内嵌钢板，由于低屈服点钢板的屈服强度较低，在较小的水平荷载下即可进入屈服，从而在地震作用下可以通过较大的塑性变形进行耗能，且可保证充足的屈服后强度，从而形成了低屈服点钢板剪力墙，并已在工程中进行应用和推广。但是，低屈服点钢材价格较高，且仅有特定的少数厂家能够生产这种新型钢材，使得此种剪力墙体系的发展具有一定的局限性。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种采用热处理弱化强度的钢板耗能剪力墙体系制作方法，采用该方法制作的剪力墙体系具有类似低屈服点钢板剪力墙的优良性能，并且方便制作，原材料常见易得且经济性好，非常适合应用于高层建筑结构中。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种采用热处理弱化强度的钢板耗能剪力墙体系施工方法，首先施工包括框架柱和框架梁的主体结构，待主体结构封顶后，将各个钢板剪力墙的内嵌钢板与鱼尾板进行连接，所述内嵌钢板是经过热处理的碳素结构钢板，热处理工艺满足下述要求：当所述碳素结构钢板采用Q235钢板时，屈服强度降低24％-31％，极限强度降低10％-12％，屈强比0.49-0.54；当所述碳素结构钢板采用Q345钢板时，屈服强度降低38％-41％，极限强度降低30％-32％，屈强比0.64-0.65。

所述热处理工艺是采用温控箱来实现的，首先将所述内嵌钢板加热升温至950-1000℃，然后保温30min，再然后冷却降温至600℃，最后关闭温控箱，自然冷却至室温，其中加热升温的速度为10℃/min，冷却降温的速度为0.5-0.75℃/min。

所述碳素结构钢板的热处理区域涵盖整块钢板。

所述碳素结构钢板的热处理区域呈间隔条状布置。

所述碳素结构钢板的热处理区域呈间隔竖条状布置。

所述碳素结构钢板的热处理区域呈间隔横条状布置。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)在地震载荷或其他水平往复荷载作用下，钢板耗能剪力墙首先发生屈服进入塑性，利用其良好的滞回性能吸收地震或其他荷载能量，同时可减小梁柱连接折角处变形需求过大所导致的应力集中现象，避免结构主体和主要受力构件出现严重破坏，从而保护结构体系整体安全；2)地震作用时，此新型钢板耗能剪力墙和普通钢板剪力墙相比可减小剪力墙对两边框架柱产生的附加弯矩，减少框架柱破坏的可能性，同时与普通钢板剪力墙相比具有较小的面外变形；3)此新型钢板耗能剪力墙所用原材料即为建筑结构中常见的Q235和Q345，无需购买价格相对昂贵的低屈服点钢材，具有原材料常见易得，且经济性好的优点；4)此新型钢板耗能剪力墙加工制作方便，工序简单，性能优良。综上所述，本发明采用普通钢材作为原料，经过特定的热处理后制作剪力墙，达到类似低屈服点钢板剪力墙的优良性能，并且制作方便，原材料常见易得，经济性好，非常适合应用于高层建筑结构中。

附图说明

图1为本发明应用的示意图；

图2为本发明采用的内嵌钢板热处理区域涵盖整块钢板的示意图；

图3为本发明采用的内嵌钢板热处理区域呈间隔竖条状布置的示意图；

图4为本发明采用的内嵌钢板热处理区域呈间隔横条状布置的示意图；

图5为本发明采用的Q235钢板经热处理前后钢材单向拉伸应力-应变曲线示意图之一；

图6为本发明采用的Q235钢板经热处理前后钢材循环加载下材料性能示意图之一；

图7为本发明采用的Q235钢板经热处理前后钢材单向拉伸应力-应变曲线示意图之二；

图8为本发明采用的Q235钢板经热处理前后钢材循环加载下材料性能示意图之二；

图9为本发明采用的Q345钢板经热处理前后钢材单向拉伸应力-应变曲线示意图之一；

图10为本发明采用的Q345钢板经热处理前后钢材循环加载下材料性能示意图之一；

图11为本发明采用的Q345钢板经热处理前后钢材单向拉伸应力-应变曲线示意图之二；

图12为本发明采用的Q345钢板经热处理前后钢材循环加载下材料性能示意图之二。

图中：1、内嵌钢板，2、框架柱，3、框架梁，4、鱼尾板，5、热处理区域。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图12，一种采用热处理弱化强度的钢板耗能剪力墙体系施工方法，首先施工包括框架柱2和框架梁3的主体结构，待主体结构封顶后，将各个钢板剪力墙的内嵌钢板1与鱼尾板4进行连接，所述内嵌钢板4是经过热处理的碳素结构钢板，热处理工艺满足下述要求：当所述碳素结构钢板采用Q235钢板时，屈服强度降低24％-31％，极限强度降低10％-12％，屈强比0.49-0.54；当所述碳素结构钢板采用Q345钢板时，屈服强度降低38％-41％，极限强度降低30％-32％，屈强比0.64-0.65。

采用热处理后的钢板，其屈服强度和极限强度会降低，而延性会有所提高，在水平地震力或其他水平往复荷载作用下，此新型钢板剪力墙体系的内嵌钢板1可以在预先确定的水平力下屈服，同时通过其自身的塑性变形消耗地震等能量，且由于其屈服强度大大降低，使得内嵌钢板1在周围框架发生屈曲之前首先发生屈服并耗能，并可引导钢材塑性发展在设定区域内，可有效的减少框架上的地震力分配，并减小梁柱连接折角处变形需求过大所导致的应力集中现象，保障结构主要受力构件的安全。

内嵌钢板1的相对高厚比应不大于150，其计算公式如下：λ＝H_e/(t_w·ε_k)。式中λ为内嵌钢板1的相对高厚比；H_e为内嵌钢板1的净高度；t_w为内嵌钢板1的厚度；ε_k为钢号修正系数，取为(235/f_y)^1/2，f_y为钢材的屈服强度。

连接内嵌钢板1与框架柱2和框架梁3的鱼尾板4厚度应不小于内嵌钢板1的厚度。鱼尾板4与框架柱2和框架梁3采用熔透焊缝焊接；鱼尾板4与内嵌钢板1的连接应满足连接极限承载力大于内嵌钢板1的屈服承载力；连接方式可采用焊接连接或高强螺栓连接，采用焊接时应保证等强连接，采用高强螺栓连接时，螺栓不应少于两排两列布置，且应加强端部连接，在两种方式均可实现的情况下应优先选用焊接连接。

热处理区域5可根据设计需要进行全区域处理，使热处理区域5涵盖整块钢板，如图2所示；也可沿竖向间隔条状处理，使热处理区域5呈间隔竖条状布置，如图3所示；还可以沿横向间隔条状处理，使热处理区域5呈间隔横条状布置如图4所示。热处理不同区域的特点为：全区域热处理型耗能钢板剪力墙可实现类似低屈服点钢板剪力墙性能，使得钢板剪力墙区域能够更早进入屈服进行耗能。间隔条状热处理型耗能钢板剪力墙使得钢板区域产生条状局部强度弱化段，通过调节钢板区域内塑性发展从而调整钢板拉力场分布和钢板对柱梁的影响，同时不同于开缝钢板剪力墙，条状处理低强钢板并未与柱梁脱开，因此侧向承载力不会产生明显下降。

请参阅图5-图6，所述内嵌钢板4采用Q235钢板的实例1，Q235钢板采用粘贴陶瓷加热片的方式，采用可编程的温度控制箱来实现热处理工艺，热处理工艺为：首先以10℃/min的速度对Q235钢板进行加热升温，至1000℃，然后保持30min，接着以0.5℃/min的速度冷却降温至600℃，然后关闭温控箱，待Q235钢板自然冷却至室温。图5给出了Q235材质钢板经上述热处理前后钢材的单向拉伸应力-应变曲线，由图可知：Q235材质钢板热处理前屈服强度为275MPa，极限强度为435MPa；热处理后屈服强度为190MPa，极限强度为385MPa，与热处理前相比，屈服强度降低31％，极限强度降低12％，屈强比为0.49。图6给出了Q235材质钢板经热处理前后钢材循环加载下材料性能示意图。由6图可知：热处理能够显著降低Q235钢材的屈服强度，可实现在一定荷载作用下提前进入塑性。在循环荷载作用下，Q235钢材具有明显的循环强化作用，在一定应变循环后其强度增长与未处理钢材接近，因此Q235钢材较适用于内嵌钢板全区域热处理的剪力墙形式，以实现采用常用Q235钢材即可实现低屈服点钢板剪力墙性能的效果，即提前进入塑性，且在地震作用下通过循环强化作用保持侧向承载能力，同时增大耗能能力。

请参阅图7-图8，所述内嵌钢板4采用Q235钢板的实例2，Q235钢板采用粘贴陶瓷加热片的方式，采用可编程的温度控制箱来实现热处理工艺，热处理工艺为：首先以10℃/min的速度对Q235钢板进行加热升温，至950℃，然后保持30min，接着以0.75℃/min的速度降温至600℃，然后关闭温控箱，Q235钢板自然冷却至室温。图7给出了Q235材质钢板经热处理前后钢材的单向拉伸应力-应变曲线，由图可知：Q235材质钢板热处理前屈服强度为275MPa，极限强度为435MPa；热处理后屈服强度为210MPa，极限强度为391MPa，与热处理前相比，屈服强度降低24％，极限强度降低10％，屈强比为0.54。图8给出了Q235材质钢板经热处理前后钢材循环加载下材料性能示意图。由图8可知：热处理能够显著降低Q235钢材的屈服强度，可实现在一定荷载作用下提前进入塑性。在循环荷载作用下，Q235钢材具有明显的循环强化作用，在一定应变循环后其强度增长与未处理钢材接近，因此Q235钢材较适用于内嵌钢板全区域热处理的剪力墙形式，以实现采用常用Q235钢材即可实现低屈服点钢板剪力墙性能的效果，即提前进入塑性，且在地震作用下通过循环强化作用保持侧向承载能力，同时增大耗能能力。

请参阅图9-图10，所述内嵌钢板4采用Q345钢板的实例1，Q345钢板采用粘贴陶瓷加热片的方式，采用可编程的温度控制箱来实现热处理工艺，热处理工艺为：首先以10℃/min的速度对Q345钢板进行加热升温，至1000℃，然后保持30min，接着以0.5℃/min的速度降温至600℃，然后关闭温控箱，Q345钢板自然冷却至室温。图9给出了Q345材质钢板经热处理前后钢材的单向拉伸应力-应变曲线，由图可知：Q345材质钢板热处理前屈服强度为401MPa，极限强度为543MPa；热处理后屈服强度为236MPa，极限强度为370MPa，与热处理前相比，屈服强度降低41％，极限强度降低32％，屈强比为0.64。图10给出了Q345材质钢板经热处理前后钢材循环加载下材料性能示意图。由图可知：热处理能够显著降低Q345钢材的屈服强度，可实现在一定荷载作用下提前进入塑性。热处理后Q345钢材在循环荷载作用下能够较好的保持钢材强度的削弱效果，因此较适用于内嵌钢板间隔条状热处理的钢板剪力墙形式，可以实现调节内嵌钢板区域的塑性分布和发展的作用。

请参阅图11-图12，所述内嵌钢板4采用Q345钢板的实例2，首先以10℃/min的速度对Q345钢板进行加热升温，至950℃，然后保持30min，接着以0.75℃/min的速度降温至600℃，然后关闭温控箱，钢板自然冷却至室温。图11给出了Q345材质钢板经热处理前后钢材的单向拉伸应力-应变曲线，由图可知：Q345材质钢板热处理前屈服强度为401MPa，极限强度为543MPa；热处理后屈服强度为247MPa，极限强度为380MPa，与热处理前相比，屈服强度降低38％，极限强度降低30％，屈强比为0.65。图12给出了Q345材质钢板经热处理前后钢材循环加载下材料性能示意图。由图可知：热处理能够显著降低Q345钢材的屈服强度，可实现在一定荷载作用下提前进入塑性。热处理后Q345钢材在循环荷载作用下能够较好的保持钢材强度的削弱效果，因此较适用于内嵌钢板间隔条状热处理的钢板剪力墙形式，可以实现调节内嵌钢板区域的塑性分布和发展的作用。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。