本發(fā)明涉及鋼結(jié)構(gòu)框架領(lǐng)域，特別涉及一種剪切型偏心支撐耗能梁段結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗震設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)工程師目前面臨的重要課題，根據(jù)震害調(diào)查，鋼結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞多為局部破壞，進(jìn)而引發(fā)整體破壞。而偏心支撐結(jié)構(gòu)是一種耗能能力較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系，其包括耗能梁段、與耗能梁段的左右端連接的非耗能梁段、與耗能梁段的下端兩側(cè)傾斜連接的支撐梁段、與非耗能梁段的左右端垂直連接的框架柱，在罕遇地震作用下，耗能梁段進(jìn)入塑性，通過塑性變形耗散地震能量，從而保護(hù)上述其他部件，可見，其基于只發(fā)生局部破壞而整體結(jié)構(gòu)不會(huì)明顯破壞的能力廣泛應(yīng)用于高烈度地震區(qū)。

耗能梁段在地震作用過程中起到了保險(xiǎn)絲的作用，按其屈服形式分為剪切型、彎剪型及彎曲型，剪切型耗能梁段包括工字型框架和設(shè)置在工字型框架內(nèi)部的耗能梁腹板，其依靠耗能梁腹板的剪切變形進(jìn)行耗能。偏心支撐結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理要求在罕遇地震作用下框架柱、支撐梁段及非耗能梁段處于彈性狀態(tài)，設(shè)計(jì)時(shí)主要通過放大多遇地震組合時(shí)上述構(gòu)件的內(nèi)力來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于利用剪切型耗能梁段的剪切型偏心支撐結(jié)構(gòu)來說，框架柱、支撐梁段及非耗能梁段的設(shè)計(jì)內(nèi)力用公式可以表達(dá)為：

F＝Ω(V_S/V)F₁

F—框架柱、支撐梁段及非耗能梁段的設(shè)計(jì)內(nèi)力。

F₁—框架柱、支撐梁段及非耗能梁段多遇地震組合時(shí)的荷載效應(yīng)內(nèi)力，可以根據(jù)框架柱、支撐梁段及非耗能梁段的物理參數(shù)，從有限元軟件中讀取。

V_S—耗能梁段的全塑性受剪承載力，V_S＝0.6f_yt_wh_w，其中，h_w為耗能梁腹板的高度，f_y為耗能梁腹板鋼材屈服強(qiáng)度，可以在相應(yīng)的規(guī)范中查到，t_w為耗能梁腹板厚度，按規(guī)范中要求的構(gòu)造確定。

V—耗能梁段多遇地震組合時(shí)的荷載效應(yīng)剪力，可以模擬耗能梁段多遇地震組合時(shí)的受力狀況，從有限元軟件中讀取。

Ω—常數(shù)放大系數(shù)，可以在相應(yīng)的規(guī)范中查到。

f_y—耗能梁腹板鋼材屈服強(qiáng)度，可以在相應(yīng)的規(guī)范中查到。

t_w—耗能梁腹板厚度，按規(guī)范中要求的構(gòu)造確定。

h_w—耗能梁腹板高度。

規(guī)程規(guī)范中，對(duì)耗能梁段構(gòu)造及V_S/V(受剪應(yīng)力比)有嚴(yán)格的規(guī)定。通過上式可以看出，框架柱、支撐及非耗能梁段的設(shè)計(jì)內(nèi)力與耗能梁段的V_S/V直接相關(guān)。在符合規(guī)程要求前提下內(nèi)，當(dāng)V_S和V接近時(shí)，可有效降低框架柱、支撐梁段及非耗能梁段的設(shè)計(jì)內(nèi)力，降低工程造價(jià)；反之，框架柱、支撐及非耗能梁段的設(shè)計(jì)內(nèi)力過大放大，增大框架柱、支撐梁段及非耗能梁段的截面，從而增大結(jié)構(gòu)剛度，增大地震力，產(chǎn)生惡性迭代效應(yīng)，提高工程造價(jià)。

基于上述可知，由于鋼板厚度都是具有一定規(guī)格的，且在規(guī)程規(guī)范中對(duì)耗能梁腹板的最小板厚有嚴(yán)格要求，所以，在滿足上述條件的基礎(chǔ)上，通過對(duì)耗能梁段的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，調(diào)整h_w(耗能梁腹板高度)，使V_S和V接近，對(duì)于降低偏心支撐結(jié)構(gòu)的總體用鋼量，節(jié)約工程造價(jià)具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供了一種新型的剪切型偏心支撐耗能梁段結(jié)構(gòu)。具體技術(shù)方案如下：

一種剪切型偏心支撐耗能梁段結(jié)構(gòu)，所述耗能梁段結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)相同且上下間隔的上耗能梁段、下耗能梁段，所述上耗能梁段、所述下耗能梁段均為工字型，由上頂板、下底板、兩端分別與所述上頂板和所述下底板垂直連接的耗能梁腹板構(gòu)成；

所述上耗能梁段的上頂板的兩端分別與非耗能梁段的上頂板連接，所述下耗能梁段的下底板的兩端分別與所述非耗能梁段的下底板連接；

間隔設(shè)置的多個(gè)支撐鋼板，上端與所述上耗能梁段的下底板垂直連接，下端與所述下耗能梁段的上頂板垂直連接；

與所述支撐鋼板相對(duì)的多個(gè)加勁肋板，分別垂直地固定在所述上耗能梁段和所述下耗能梁段的上頂板和下底板之間。

進(jìn)一步地，所述耗能梁段結(jié)構(gòu)還包括個(gè)對(duì)稱的延伸肋板；

一個(gè)所述延伸肋板的一端與所述非耗能梁段的上頂板連接，另一端與所述上耗能梁段的下底板左端連接；

一個(gè)所述延伸肋板的一端與所述非耗能梁段的下底板連接，另一端與所述下耗能梁段的上頂板左端連接；

一個(gè)所述延伸肋板的一端與所述非耗能梁段的上頂板連接，另一端與所述上耗能梁段的下底板右端連接；

一個(gè)所述延伸肋板的一端與所述非耗能梁段的下底板連接，另一端與所述下耗能梁段的上頂板右端連接。

具體地，作為優(yōu)選，所述支撐鋼板設(shè)置有5個(gè)，所述加勁肋板設(shè)置有20個(gè)；

5個(gè)所述支撐鋼板以相同的間隔距離均勻分布；

每一個(gè)所述支撐鋼板的上端和下端均對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)所述加勁肋板。

具體地，作為優(yōu)選，所述上耗能梁段和所述下耗能梁段的左端設(shè)置有所述加勁肋板；

所述上耗能梁段和所述下耗能梁段的右端設(shè)置有所述加勁肋板。

具體地，作為優(yōu)選，所述加勁肋板的一個(gè)側(cè)壁緊貼所述耗能梁腹板，所述加勁肋板的與所述耗能梁腹板接觸的所述側(cè)壁的兩端設(shè)置有直倒角。

具體地，作為優(yōu)選，所述加勁肋板的厚度為15-18mm。

具體地，作為優(yōu)選，所述支撐鋼板的厚度為15-18mm。

具體地，作為優(yōu)選，所述延伸肋板的厚度為15-18mm。

具體地，作為優(yōu)選，所述延伸肋板與所述非耗能梁段的上頂板以及與所述非耗能梁段的下底板之間的夾角相等，均為15°-30°。

具體地，作為優(yōu)選，所述上耗能梁段和所述下耗能梁段的高度相等。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

本發(fā)明實(shí)施例提供的剪切型偏心支撐耗能梁段結(jié)構(gòu)，通過將傳統(tǒng)的耗能梁段上下分割成兩個(gè)耗能梁段，即上述的上耗能梁段1和下耗能梁段2，兩者之間具有間隙，通過在間隙中設(shè)置支撐鋼板3，在保證這兩個(gè)耗能梁段協(xié)同受力的前提下，以減少耗能梁段的耗能梁腹板的面積，降低耗能梁段的全塑性受剪承載力V_S，進(jìn)而使耗能梁段的全塑性受剪承載力V_S接近耗能梁段多遇地震組合時(shí)的荷載效應(yīng)剪力V，從而達(dá)到降低偏心支撐結(jié)構(gòu)的總體用鋼量以及節(jié)約工程造價(jià)的目的。此外，通過如上設(shè)置多個(gè)加勁肋板4，能夠保證耗能梁腹板不會(huì)出現(xiàn)局部失穩(wěn)，可見通過如上設(shè)置，在實(shí)現(xiàn)上述目的的前提下，同時(shí)保證了該耗能梁段的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的剪切型偏心支撐耗能梁段結(jié)構(gòu)的正視圖；

圖2-1是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖1所示的剪切型偏心支撐耗能梁段結(jié)構(gòu)的Ⅰ-Ⅰ視圖；

圖2-2是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖1所示的剪切型偏心支撐耗能梁段結(jié)構(gòu)的Ⅱ-Ⅱ視圖；

圖2-3是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖1所示的剪切型偏心支撐耗能梁段結(jié)構(gòu)的Ⅲ-Ⅲ視圖；

圖2-4是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖1所示的剪切型偏心支撐耗能梁段結(jié)構(gòu)的Ⅳ-Ⅳ視圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的剪切型偏心支撐耗能梁段結(jié)構(gòu)中，耗能梁段的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是現(xiàn)有技術(shù)中耗能梁段的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記分別表示：

1 上耗能梁段，

2 下耗能梁段，

3 支撐鋼板，

4 加勁肋板，

5 延伸肋板，

6 非耗能梁段。

具體實(shí)施方式

除非另有定義，本發(fā)明實(shí)施例所用的所有技術(shù)術(shù)語均具有與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的相同的含義。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種剪切型偏心支撐耗能梁段結(jié)構(gòu)，如附圖1、附圖2-1、附圖2-2、附圖2-3、附圖2-4以及附圖3所示，該耗能梁段結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)相同且上下間隔的上耗能梁段1、下耗能梁段2、間隔設(shè)置的多個(gè)支撐鋼板3、與支撐鋼板3相對(duì)的多個(gè)加勁肋板4。其中，上耗能梁段1、下耗能梁段2均為工字型，它們均由上頂板、下底板、兩端分別與上頂板和下底板垂直連接的耗能梁腹板構(gòu)成；上耗能梁段1的上頂板的兩端分別與非耗能梁段的上頂板連接，下耗能梁段2的下底板的兩端分別與非耗能梁段的下底板的連接。支撐鋼板3上端與上耗能梁段1的下底板垂直連接，下端與下耗能梁段2的上頂板垂直連接。加勁肋板4與支撐鋼板3相對(duì)設(shè)置，分別垂直地固定在上耗能梁段1和下耗能梁段2的上頂板和下底板之間。

本發(fā)明實(shí)施例提供的剪切型偏心支撐耗能梁段結(jié)構(gòu)，通過將傳統(tǒng)的耗能梁段上下分割成兩個(gè)耗能梁段，即上述的上耗能梁段1和下耗能梁段2，兩者之間具有間隙，通過在間隙中設(shè)置支撐鋼板3，在保證這兩個(gè)耗能梁段協(xié)同受力的前提下，以減少耗能梁段的耗能梁腹板的面積，降低耗能梁段的全塑性受剪承載力V_S，進(jìn)而使耗能梁段的全塑性受剪承載力V_S接近耗能梁段多遇地震組合時(shí)的荷載效應(yīng)剪力V，從而達(dá)到降低偏心支撐結(jié)構(gòu)的總體用鋼量以及節(jié)約工程造價(jià)的目的。此外，通過如上設(shè)置多個(gè)加勁肋板4，能夠保證耗能梁腹板不會(huì)出現(xiàn)局部失穩(wěn)，可見通過如上設(shè)置，在實(shí)現(xiàn)上述目的的前提下，同時(shí)保證了該耗能梁段的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

需要說明的是，第一，上耗能梁段1和下耗能梁段2的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的剪切型耗能梁段和非耗能梁段的結(jié)構(gòu)相同，即均為工字型，均由上頂板、下頂板以及設(shè)置在兩者之間的腹板構(gòu)成(參見圖4)，區(qū)別在于：在應(yīng)用時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)使用剪切型耗能梁段的上頂板和下底板分別與位于其左右兩端的兩個(gè)非耗能梁段(也為工字型)的上頂板和下底板連接。但是，在本發(fā)明中，使用上耗能梁段1的上頂板的兩端分別與兩個(gè)非耗能梁段6的上頂板連接，同時(shí)使用下耗能梁段2的下底板的兩端分別與兩個(gè)非耗能梁段6的下底板連接，并且，上耗能梁段1與下耗能梁段2之間具有間隙。第二，如附圖3所示，在上耗能梁段1和下耗能梁段2的上頂板和下底板之間均設(shè)置有多個(gè)加勁肋板4，加勁肋板4的上端與相應(yīng)的上頂板垂直連接，下端與相應(yīng)的下底板垂直連接，并且，以耗能梁腹板為對(duì)稱軸，其兩側(cè)設(shè)置有兩個(gè)對(duì)稱的加勁肋板4。

進(jìn)一步地，為了避免上耗能梁段1和下耗能梁段2左右兩端的兩個(gè)非耗能梁段6(可以命名為左非耗能梁段和右非耗能梁段)中的非耗能梁腹板出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，如附圖1、附圖2-1、附圖2-2、附圖2-3、附圖2-4所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的耗能梁段結(jié)構(gòu)還包括4個(gè)對(duì)稱的延伸肋板5，其中，一個(gè)延伸肋板5的一端與非耗能梁段6(即左非耗能梁段)的上頂板連接，另一端與上耗能梁段1的下底板左端連接；一個(gè)延伸肋板5的一端與非耗能梁段6(即左非耗能梁段)的下底板連接，另一端與下耗能梁段2的上頂板左端連接。一個(gè)延伸肋板5的一端與非耗能梁段6(即右非耗能梁段)的上頂板連接，另一端與上耗能梁段1的下底板右端連接；一個(gè)延伸肋板5的一端與非耗能梁段6(即右非耗能梁段)的下底板連接，另一端與下耗能梁段1的上頂板右端連接。

為了優(yōu)化上述效果，各個(gè)延伸肋板5與對(duì)應(yīng)連接的非耗能梁段6的上頂板以及非耗能梁段6的下底板之間的夾角相等，均為15°-30°，例如15°、18°、20°、23°、25°等。

其中，支撐鋼板3與加勁肋板4一一對(duì)應(yīng)，優(yōu)選間隔相同的距離均勻分布。舉例來說，如附圖3所示，支撐鋼板3設(shè)置有5個(gè)，加勁肋板4設(shè)置有20個(gè)；5個(gè)支撐鋼板3以相同的間隔距離(例如300mm)均勻分布；每一個(gè)支撐鋼板3的上端和下端均對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)加勁肋板4，這樣能確保在減少支撐鋼板3和加勁肋板4數(shù)目的前提下，同時(shí)保證該耗能梁段結(jié)構(gòu)的耗能性和穩(wěn)定性。

在此基礎(chǔ)上，為了優(yōu)化上述效果，上耗能梁段1和下耗能梁段2的左端設(shè)置有加勁肋板4，上耗能梁段1和下耗能梁段2的右端設(shè)置有加勁肋板4，使四個(gè)加勁肋板4位于上耗能梁段1和下耗能梁段2的左端，四個(gè)加勁肋板4位于上耗能梁段1和下耗能梁段2的右端。

為了增加耗能梁腹板的穩(wěn)定能力，加勁肋板4的一個(gè)側(cè)壁緊貼耗能梁腹板，為了降低焊縫造成的應(yīng)力集中，加勁肋板4的與耗能梁腹板接觸的側(cè)壁的兩端設(shè)置有直倒角(參見圖2-4)。

為了同時(shí)滿足耗能梁段的穩(wěn)定性和輕量化，使加勁肋板4的厚度為15-18mm，優(yōu)選16mm；支撐鋼板3的厚度為15-18mm，優(yōu)選16mm；延伸肋板5的厚度為15-18mm，優(yōu)選16mm。

作為優(yōu)選，上耗能梁段1和下耗能梁段2的高度相等，以保證該耗能梁段結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且，為了確保耗能梁段的全塑性受剪承載力V_S接近耗能梁段多遇地震組合時(shí)的荷載效應(yīng)剪力V，達(dá)到減少鋼材用量的效果，上耗能梁段1和下耗能梁段2之間的間隙的高度h₀通過公式V＝Vs計(jì)算得到，計(jì)算過程如下所示：

h₀＝h-h_w

h_w＝V_S/(0.6f_yt_w)＝V/(0.6f_yt_w)

V_S—耗能梁段的全塑性受剪承載力，

V—耗能梁段多遇地震組合時(shí)的荷載效應(yīng)剪力，可以從有限元軟件中讀取。

f_y—耗能梁腹板鋼材屈服強(qiáng)度，可以在相應(yīng)的規(guī)范中查到。

t_w—耗能梁腹板厚度，按規(guī)范中要求的構(gòu)造確定。

h_w—耗能梁腹板高度。

h—非耗能梁腹板高度。

h₀—上耗能梁段1和下耗能梁段2之間的間隙的高度。

可見，非耗能梁腹板高度h為已知的，通過計(jì)算得到h_w，即可容易地得到上耗能梁段1和下耗能梁段2之間的間隙的高度h₀。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。