外圆柱面与内钢板上的通孔内壁紧密连接，由粘结 剂粘结固定于内钢板通孔内壁上，而与外部U型钢板的通孔内壁之间留有一定缝隙，预留 缝隙的取值应小于粘弹性材料的屈服位移dy，在位移小于预留缝隙时通过粘弹性材料的剪 切变形来耗散能量，当位移超过预留缝隙时，栓钉的外圆柱面与外钢板接触，粘弹性材料不 能产生剪切变形，而是通过栓钉将荷载传递给波纹钢板剪力墙。
[0064] 所述粘弹性材料43采用高分子聚合物，大部分为丙締酸聚合物或玻璃态物质，可 W采用天然橡胶作为粘弹性材料。
[0065] 按基于承载力的设计方法，粘弹性阻尼器和波纹钢板剪力墙的选取是依据其在地 震中所承受的荷载来确定的。当荷载小于粘弹性阻尼器所承受的屈服力时，作用在框架各 层的地震力通过粘弹性材料的剪切变形来耗散.当荷载超过粘弹性阻尼器的屈服力时，由 于位移极限机理的存在，粘弹性阻尼器不再剪切耗能，而是通过波纹钢板剪力墙来耗散地 震能量。
[0066] (1)首先粘弹性阻尼器在地震荷载作用下的受力如图5-1和图5-2所示，通过受力 分析计算，确定粘弹性材料的厚度和剪切面积的大小，选择适当的粘弹性阻尼器应用到结 构中。
[0067] (2)其次确定波纹钢板剪力墙的波纹尺寸和钢板厚度，将波纹钢板剪力墙等效成 如图6所示的简化模型。
[006引一、粘弹性材料的剪切面积Ad和厚度hV的设计方法：
[0069] 1、在地震荷载作用下，粘弹性阻尼器的屈服力（mPd)应小于框架结构的层间剪力 Vi(通过计算求得并作为已知量）：
[0070]mPd《V1(1)
[007。 式中，Pd为单个粘弹性阻尼器的屈服力；
[0072]Vi为框架第i层的层间剪力；
[0073] m为第i层布置粘弹性阻尼器的数量，其值通过公式m=Adi/Ad确定，其中Adi为 m= 1时第i层粘弹性阻尼器总的单层受剪面积，Ad为单个粘弹性阻尼器的单层受剪面积 (见图5-1)，并且每个阻尼器有两个剪切面。
[0074] 2、公式（1)中的Pd可通过如下两式计算得到，参照粘弹性阻尼器的受力图（见图 5-1)：
[0075] Pd= 2 ?T?Ad似
獄
[0077] 式中，T为粘弹性材料的剪切应力（见图5-1);
[0078]Ad为粘弹性材料的单层受剪面积（见图5-2);
[0079] Kd为阻尼器的刚度系数；
[0080]G'为粘弹性材料的储存剪切模量，一般取1200KN/m2;
[0081] Ud为粘弹性阻尼器的水平位移（见图5-1)，此处取阻尼器的屈服位移值dy，根据 《建筑抗震设计规范》中公式
确定dy，式中，dsy为结构层间屈服位移限 值；
[0082]hv为竖向相邻两片剪切钢板间粘弹性材料层厚度（见图5-1)，为满足抗震要求， 粘弹性材料层厚度hy应满足
tan丫 ：粘弹性材料剪切角正切值，取tan丫 = 1。 因此根据水平剪切应变
来确定粘弹性材料层的厚度，即hv=d/0. 05满足抗震 要求。
[0083] 3、根据公式（1)和（3)可得第i层粘弹性材料的单层受剪面积Ad(见图5-2)的 计算公式，即
[0085] 二、波纹钢板尺寸的设计步骤如下： (4)
[0086] 实际工程中波纹钢板的常用尺寸如下（见图3):
[0087] 波长q= 2 (a+b)的取值范围：150mm~300mm;
[0088] 波高d的取值范围：30mm~IOOmm;
[0089] 水平段与斜段长度比a/c的取值范围：1~2 ;
[0090] 板厚t的取值范围：1. 6mm~6mm;
[0091] 角度0的取值范围：30°~60。。
[0092] 为了发挥波纹钢板材料的强度和延性，保证其有足够的耗能能力，波纹钢板所提 供的抗剪承载力（T? 1 ?t)应大于水平地震力（rw?Vi)，即
[0093] T? 1 ?t>Tr?Vi妨
[0094] 式中，Tk为抗震分项系数，取1. 2 ;
[0095] 1为钢板宽度；
[0096] t为钢板厚度；
[0097] T为波纹钢板剪力墙剪切应力，此时T取钢板的剪切屈服应力 fy为钢 i' 材抗拉强度设计值。
[0098] 由（5)式确定波纹钢板的最小厚度：
徽
[0100] 波纹钢板剪力墙的局部剪切屈曲弹性承载力计算公式：
(巧
[010引式中，Ki局部剪切屈曲破坏影响系数；
[0103]E为材料弹性模量；
[0104] U为泊松比（取0.3);
[0105] ?=max{a,c}，a为波纹水平段长度，C为波纹斜段长度（见图5)。
[0106]W波纹钢板的弹性局部剪切屈曲作为极限状态来确定波纹钢板的最大厚度，即 T1<Ty，因此波纹钢板的最大厚度计算公式为：
(8)
[010引根据公式（6)和（8)可得波纹钢板厚度的取值范围，即
鞠
[0110] 本发明在施工方面比较简单快捷，首先将波纹钢板剪力墙通过连接件与框架连 接，再选取合适的粘弹性阻尼器通过连接件与框架梁下翼缘和波纹钢板剪力墙连接即可； 钢框架采用的两端外伸端板式连接方式属于半刚性连接，与传统钢框架中采用的刚性连接 方式相比，两端外伸端板式连接方式可W增强结构的变形耗能能力。
[0111] 上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本 发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本 发明上述【具体实施方式】所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制 性的意义。
【主权项】
1. 一种设有粘弹性阻尼器的钢结构减震耗能体系，其特征在于：所述设有粘弹性阻尼 器的钢结构减震耗能体系包括框架和设置在框架内的粘弹性阻尼器和波纹钢板剪力墙； 所述粘弹性阻尼器的上部和框架的上部连接，所述粘弹性阻尼器的下部与所述波纹钢 板剪力墙连接； 所述波纹钢板剪力墙的下部通过连接件与框架的下部连接，两侧与框架分离。2. 根据权利要求1所述的设有粘弹性阻尼器的钢结构减震耗能体系，其特征在于：所 述框架包括纵向设置的两根框架柱和横向设置的两根框架梁，每根框架梁的一端均与一根 框架柱连接，另一端均与另一根框架柱连接； 所述粘弹性阻尼器的上部与上方的框架梁连接，下部与所述波纹钢板剪力墙连接，所 述波纹钢板剪力墙的下部与下方的框架梁通过连接件连接； 所述波纹钢板剪力墙的两侧与两根框架柱均分离。3. 根据权利要求2所述的设有粘弹性阻尼器的钢结构减震耗能体系，其特征在于：所 述粘弹性阻尼器包括一组粘弹性阻尼装置，每个粘弹性阻尼装置包括内钢板和U形的外钢 板，所述内钢板的一部分插入到外钢板的U形结构内，在内钢板的两侧与外钢板之间均设 有粘弹性材料，在所述外钢板、粘弹性材料和内钢板上开有通孔，栓钉穿过该通孔；所述栓 钉的外圆柱面与内钢板上的通孔的内壁紧密连接，与外钢板的通孔的内壁之间有缝隙；在 所述栓钉穿出外钢板的两端处设有垫片； 在所述内钢板伸出外钢板的部分开有螺栓孔，用于与波纹钢板剪力墙连接。4. 根据权利要求3所述的设有粘弹性阻尼器的钢结构减震耗能体系，其特征在于：所 述粘弹性材料和内钢板的两侧面W及和外钢板的内侧面均是通过高溫高压硫化的方法粘 合成为一个整体。5. 根据权利要求4所述的设有粘弹性阻尼器的钢结构减震耗能体系，其特征在于：每 个所述粘弹性阻尼装置的上部均通过焊接的方式与上方框架梁的下翼缘连接，下部均通过 在所述螺栓孔内安装的螺栓将所述粘弹性阻尼装置与波纹钢板剪力墙连接。6. 根据权利要求5所述的设有粘弹性阻尼器的钢结构减震耗能体系，其特征在于：所 述波纹钢板剪力墙为横置蜂窝型结构； 所述框架梁和框架柱均采用工字型钢； 在所述框架梁的两端分别焊接有端板，通过节点螺栓将所述端板与框架柱连接； 所述连接件为鱼尾板。7. -种权利要求1至6任一所述的设有粘弹性阻尼器的钢结构减震耗能体系的设计方 法，其特征在于：所述方法包括： (1) 通过受力分析计算，确定所述粘弹性材料的厚度hv和单层剪切面积Ad; (2) 确定波纹钢板剪力墙的波纹尺寸和钢板厚度t; (3) 将所述波纹钢板剪力墙的下部通过连接件与下方的框架梁连接，再将所述粘弹性 阻尼器的上部与上方框架梁的下翼缘焊接固定，下部通过螺栓与波纹钢板剪力墙的上部连 接。8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤（1)是运样实现的： 所述粘弹性材料的厚度hv的计算公式为：hV=dy/0. 05 ; 所述粘弹性材料的单层剪切面积Ad的计算公式为：式中，Vi为框架第i层的层间剪力；G'为粘弹性材料的储存剪切模量，取1200KN/m2;Ud为粘弹性阻尼器的水平位移，取粘弹性阻尼器的屈服位移值dy，根据确定dy，屯,为 结构层间屈服位移限值;m为第i层布置粘弹性阻尼器的数量。9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤（2)是运样实现的： 所述波纹钢板剪力墙的波纹尺寸包括波长、波高、水平段与斜段长度比W及角度，具体 如下： 波长q= 2(a+b)的取值范围是：150mm~300mm; 波高d的取值范围是：30mm~IOOmm; 水平段与斜段长度比a/c的取值范围：1~2 ; 角度0的取值范围：30°~60。； 所述钢板厚度的取值范围计算公式为：式中，t为钢板厚度；ru为抗震分项系数，取1. 2 ;1为钢板宽度；fy为钢材抗拉强度设 计值；钢板的剪切屈服应力《=max{a,c}，a为波纹水平段长度，b是指波纹斜 段的水平投影长度，C为波纹斜段长度；U为泊松比斯局部剪切屈曲破坏影响系数；E为 材料弹性模量。10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述钢板厚度的取值范围：1. 6mm~ 6mmO
【专利摘要】本发明提供了一种设有粘弹性阻尼器的钢结构减震耗能体系及设计方法，属于建筑抗震领域。该设有粘弹性阻尼器的钢结构减震耗能体系包括框架和设置在框架内的粘弹性阻尼器和波纹钢板剪力墙；所述粘弹性阻尼器的上部和框架的上部连接，所述粘弹性阻尼器的下部与所述波纹钢板剪力墙连接；所述波纹钢板剪力墙的下部通过连接件与框架的下部连接，两侧与框架分离。
【IPC分类】E04B1/98, E04H9/02
【公开号】CN105201260
【申请号】CN201510658421
【发明人】彭晓彤, 林晨
【申请人】济南大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月12日