本發明屬于建筑工程設備領域，尤其是一種用于連肢剪力墻耗能的內嵌式耗能模塊及阻尼器及連梁。

背景技術：

剪力墻結構剛度大、抗側性能好，是鋼筋混凝土高層建筑普遍采用的結構形式。剪力墻結構概念設計要求提高結構延性，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，同時改變結構振動頻率，避開地震的卓越周期，一定程度上減弱結構共振響應，保障墻肢等豎向構件不倒塌。連梁在剪力墻結構中具有雙重作用：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，保證結構具有足夠的抗側剛度；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，保護剪力墻主體結構的安全。

但在現今階段的設計中，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，國內外專家學者進行了大量的研究，例如交叉暗柱配筋、菱形配筋、采用新型復合材料等。雖然現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構設計的構造措施及實施方案。

20世紀80年代,我國學者曾進行了開水平縫連梁的研究,提出了自控雙連梁,取得了較好的結構控制效果。基于連梁開縫的思路,東南大學李愛群等提出了在連梁跨中開縫設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構的動力特性和地震反應,有效地提高了剪力墻的抗震性能。其構造示意如圖18所示。

同濟大學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生豎向錯位,縫中耗能裝置先于結構而屈服,通過往復的塑性滯回變形耗散地震能量。日本學者kumagai等也提出在跨中斷開的連梁中設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定的滯回耗能能力,使連梁的延性明顯提高。其構造如圖19所示。

東北林業大學的劉晚成等提出的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，其構造如下圖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，尚沒有大規模使用的基礎。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，缺少實際工程應用。并且現在對連梁阻尼器端部構造，特別是與暗柱的連接構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。

技術實現要素：

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

本發明是這樣實現的，一種用于連肢剪力墻耗能的內嵌式耗能模塊，耗能模塊設有耗能區和非耗能區，所述耗能區和所述非耗能區使用的材料相同；所述耗能區設有至少兩條孔洞，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。

本發明的進一步技術方案是：所述耗能區設有四條孔洞。

本發明的進一步技術方案是：所述孔洞的邊角為直角或半圓弧。

本發明的進一步技術方案是：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，所述耗能段由至少一個如前所述的耗能模塊組成，所述嵌固區設置在所述耗能段的兩側；所述嵌固區包括多條水平縫，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嵌于鋼筋混凝土連梁。端部嵌固區伸入墻肢，嵌固端開有若干條水平縫，水平縫豎向間距根據墻肢箍筋間距而定，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，非耗能區長度需要經過設計。

本發明的進一步技術方案是：所述耗能段設有多個所述耗能模塊，所述耗能模塊之間平行和/或堆疊設置。

本發明的進一步技術方案是：所述嵌固區上設有抗剪連接件，所述抗剪連接件的延伸方向與連梁相垂直。所述的嵌固區上設有易于結構連接連接的構造措施，比如焊接抗剪栓釘或設置螺栓孔。

本發明的進一步技術方案是：所述嵌固區與所述耗能段厚度相同。

本發明的進一步技術方案是：所述水平縫之間的邊角為直角或圓弧。

本方案的另一目的在于提供一種連梁，該連梁中內嵌有前述的阻尼器。

本發明的有益效果是：本方案提供的用于連肢剪力墻耗能的內嵌式耗能模塊及阻尼器及連梁可根據連梁不同的跨高比，通過耗能模塊的布置使阻尼器能滿足不同跨高比連梁的要求。本發明的嵌固區與阻尼器工作區為一體，墻肢內可不設預埋件固定。本發明內嵌于連肢剪力墻結構連梁上，降低了結構的設計難度和施工中連梁的配筋難度，使結構在多遇地震下結構動力特性不變，設防烈度和罕遇地震作用下結構耗能能力和抗倒塌性增強。

本發明的耗能模塊適用性強，可拓展為不同類型的阻尼器，塑性發展區域可人為控制，構造簡單，施工較方便，塑性發展區域均勻、廣泛，耗能效果好。對于連梁兩端剪切有良好的耗能效果。

本發明提出了內嵌式耗能模塊的具體形式和對應嵌固區構造，可應用于連肢剪力墻結構抗震設計中。該裝置耗能效果好，剪力墻結構的抗震性能改善明顯，構造簡單，不影響建筑效果，施工方便，符合工程實際需要，滿足工程行業技術標準，能夠解決工程問題。

本發明設計的耗能模塊可沿水平向和豎向組合成不同跨高比的阻尼器，并且阻尼器工作區域與嵌固區一體，工作區上沿長邊方向開有一列長條形孔洞，孔洞端部做非尖角處理。在連肢剪力墻中，內嵌于與鋼筋混凝土，以解決上述提到的現有技術存在的問題。耗能模塊的長寬之比以及工作區孔洞的位置及長寬之比為固定值。該發明能夠保證正常使用和常與地震是阻尼器提供墻肢連接剛度，設防烈度和罕遇地震是通過阻尼器平面內塑性屈服耗能集中耗散結構的振動能量，能夠提高結構阻尼比和增強抗倒塌性，解決剪力墻連梁超筋和配筋難問題，改進連梁的抗震性能和損傷后的可修復性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明耗能模塊結構示意圖。

圖2為發明耗能區和非耗能區示意圖。

圖3為圖1的a-a剖面結構示意圖。

圖4為圖1的b-b剖面結構示意圖。

圖5為水平布置兩塊耗能模塊示意圖。

圖6為水平布置兩塊耗能模塊和鋼板示意圖。

圖7為水平布置三塊耗能模塊示意圖。

圖8為豎向和水平各布置兩塊耗能模塊的示意圖。

圖9為阻尼器嵌固區形式示意圖。

圖10為嵌固區抗剪連接件布置示意圖。

圖11為阻尼器在連梁上的安裝示意圖。

圖12為裝有抗剪連接件的阻尼器嵌固區示意圖。

圖13為復合連梁截面示意圖。

圖14為本發明的實施例結構示意圖。

圖15為本發明的實施例阻尼器安裝位置圖。

圖16為現有小跨高比連梁交叉配筋結構示意圖。

圖17為現有小跨高比連梁的斜向交叉暗柱是配筋結果示意圖。

圖18為現有帶摩阻控制裝置的復合連梁構造示意圖。

圖19為現有帶工字形截面型鋼的復合連梁構造示意圖。

圖20為現有帶sma阻尼器的復合連梁構造示意圖。

附圖標記：1-耗能區；2-非耗能區；3-嵌固區；4-抗剪連接件。

具體實施方式

本發明提供一種用于連肢剪力墻耗能的內嵌式耗能模塊及阻尼器及連梁。以下結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。

本發明中使用內嵌式耗能模塊的連肢剪力墻結構設計目標為：連梁使用了若干耗能模塊后，常遇地震下結構動力特性與常規連肢剪力墻結構對比近似不變（即保證正常使用狀態下結構剛度不變），在設防烈度或罕遇地震下阻尼器充分發揮作用，集中吸收地震輸入的結構振動能量，保護連肢剪力墻墻肢不進入塑性或限制墻肢塑性開展。本發明所述的構造與附圖16、17中所示的現有配筋構造目的相同，均為在常遇地震下連梁彈性工作且保證結構整體剛性，設防烈度或罕遇地震下連梁先于墻肢屈服，耗散地震輸入的結構振動能量，保護剪力墻墻肢不進入塑性或是不倒塌。與現有技術及配筋構造不同，圖16、17中所述的現有技術配筋構造仍然采用連梁破壞耗能的方法吸收地震輸入的結構振動能量，耗能能力有限，且破壞難于修復；本發明所述構造利用耗能減震先進技術，通過軟鋼制成的阻尼器吸收地震能量，耗能效果好，震后易于修復，本發明的耗能原理與現有技術中的阻尼器耗能原理相同，都是在外力剪切作用下利用設定區域的平面內塑性變形耗散振動能量。與現有技術不同的是，本發明的內嵌式耗能模塊是內嵌于連梁內部，且阻尼器的外輪廓長寬比及孔洞位置及孔洞長寬比固定，保證其使用性能。

請參看附圖1，本具體實施例中耗能模塊的結構為：耗能模塊呈正方形平板狀，在沿正方形一條邊平行的方向上開有4條矩形孔洞，孔洞短邊兩端處理為圓弧。本發明包括耗能區和非耗能區兩部分組成，如圖2所示，耗能模塊由耗能區1和非耗能區2組成。本發明中耗能區1和非耗能區2都需進行設計，其耗能區1耗能，非耗能區與嵌固區連接，功能區分明確。對于本發明，在實際使用中，由耗能模塊組成的阻尼器的承載力要求可通過對耗能區1的設計達到，阻尼器的塑性區域和對使用性能的保證可以通過對非耗能區2的設計達到。本發明的耗能區1、非耗能區2以及端部嵌固區都采用相同的材料，在指定的塑性區域內發生塑性屈服耗能，嵌固區形式為開有若干水平縫的鋼板，以保證嵌固端在墻肢內不會和剪力墻內鋼筋沖突。本發明中采用的嵌固區形式可保證阻尼器正常發揮其耗能能力，并不會因為開縫造成阻尼器失效，嵌固端所開水平縫短邊可處理為圓角或是直角。本發明在耗能區1內，沿一條邊方向開有四條水平縫，水平縫長寬比為15。長條形孔洞兩邊設計為圓弧。

如圖3、圖4所示，其為本發明的剖面結構示意圖，能更清楚的反映出本發明的結構。實際使用時可根據不同結構不同連梁來組合耗能模塊，并可根據實際情況將耗能模塊進行等比例縮放。阻尼器正常工作時表現為阻尼器耗能區出現彎曲型塑性鉸。如圖5、圖6、圖7和圖8所示，為幾種不同的內嵌式耗能模塊的組合類型示意圖。

本發明在使用時，可將本發明中一個或一個以上的耗能模塊組合使用，內嵌于剪力墻結構連梁。請參看附圖9，圖中所示由本發明組成的一種型號阻尼器與鋼筋混凝土剪力墻墻肢中的嵌固區，嵌固區開縫距離由剪力墻墻肢箍筋間距決定。嵌固區表面布置有抗剪連接件，如圖10、圖11所示。澆筑混凝土時，阻尼器直接澆于連梁內，以阻尼器嵌固區與墻肢牢固連接，請參照附圖12。安裝完畢后，阻尼器應位于連梁中間，如圖13所示。

為了工程需要，針對不同的結構和荷載情況，應對內嵌式耗能模塊的布置方式、使用數量及厚度進行設計。設計原則為：保證阻尼器添加于連梁后連梁的抗側剛度接近于常規連肢剪力墻結構連梁的抗側剛度，軸向剛度不小于常規連肢剪力墻結構連梁剛度，在此基礎上選取耗能模塊的尺寸及布置方式。

現有技術中雖然已經存在有耗能結構，例如專利申請號201010543858.4的發明專利《內埋入耗能鋼板阻尼裝置的剪力墻連梁減震系統》中公開了一種建筑結構用耗能裝置，其特征在于，其系統的主體部分為剪力墻、連梁和一開有孔洞的高延性鋼板，鋼板整體的形狀為“h”型或“一”型，其在建筑工程中的安裝同剪力墻和連梁鋼筋的綁扎同時進行，并在混凝土澆筑前對其進行位置的校準。鋼板耗能阻尼器安裝于連梁及其兩端的剪力墻上，鋼板耗能阻尼器其作為非承重構件，能夠增大建筑結構的整體剛度，而在遇到地震時，能有效阻止連梁在受反復荷載作用下的破壞，使連梁的耗能效果更顯著，從而對建筑結構起到很好的保護作用。

但是這類結構與本方案相比至少存在以下不足。

1、對比文件阻尼器定義為非承重構件，浪費材料。

我方方案優點：正常使用階段，耗能鋼板連梁阻尼器與連梁共同工作，連梁抗剪設計承載力計入耗能鋼板連梁阻尼器的貢獻。

2、對比文件工作區開孔面積大，有效剪切耗能高度僅約阻尼器總高度的30%，耗能能力有限。

我方方案優點：長條槽孔，有效剪切耗能高度大，阻尼器高度一定時，耗能能力最大化。

3、對比文件嵌固區采用大開孔，并不能有效躲避剪力墻暗柱箍筋。

我方方案優點：依據剪力墻暗柱箍筋設計間距確定嵌固區開槽間距，實際使用不影響剪力墻暗柱箍筋綁扎

4、對比文件嵌固區采用大開孔，抗剪面積小于工作區，不能有效傳遞剪力。

我方方案優點：嵌固區采用抗剪栓釘構造，正常使用階段能直接有效地專遞連梁剪力，抗震耗能階段能有效保證嵌固區與剪力墻協同工作。

此外，本方案中阻尼器工作區域與連梁混凝土為部分粘結。

請參看附圖14。圖中所示為采用本發明的內嵌式耗能模塊配置在連梁內并應用于剪力墻結構中的具體應用實例。本工程為建筑主體高度為224.8米。地上部分48+1=49層，主體平面為矩形。43、44、45層東側框架柱抽空，在49層設置懸挑桁架下掛48、47、46層。阻尼器布置方案及數量，基于結構在雙向地震動罕遇地震下的塑性開展程度和塑性分布區域，經多套方案分析對比和優化，最終確定附加連梁阻尼器布置如圖15所示，按照設計院要求在結構核心筒中1-3軸、1-5軸兩道軸線上（每層6根）進行布置。其中阻尼器編號znq-1表示阻尼器長度為5000mm，高度800mm，布置在計算模型中13-35層中編號為ll1的連梁，ll1跨度為3400mm，高度包含1200mm、1000mm以及950mm；編號znq-2表示阻尼器長度為3800，高度800mm，布置在計算模型的13-35層中編號為ll2的連梁，ll2跨度為2850mm，高度包含1200mm、1000mm和950mm。本方案中所有附加阻尼器材料均為q235b，厚度均取20mm，且阻尼器均內嵌于連梁內部。對結構核心筒中13-35層1-3軸、1-5軸兩道軸線上的連梁（每層6根）附加連梁阻尼器，在雙向罕遇地震作用下，進行了附加連梁阻尼器結構的彈塑性動力時程分析，與原結構分析結果比較得到了以下結論：附加連梁阻尼器后，結構進入cp水平的連梁塑性鉸數量明顯減少，塑性鉸分布區域明顯減小；附加連梁阻尼器后，結構y向大震基底剪力和小震基底剪力的比值提高約5%；附加連梁阻尼器后，結構y向樓層最大層間位移角由原來的1/179降低至1/192；附加連梁阻尼器后，結構核心筒中墻肢損傷數量有所降低，損傷程度有所減輕；附加連梁阻尼器后，結構墻肢塑性耗能降低2%，連梁塑性耗能降低5%，阻尼器塑性耗能約占結構總塑性耗能的7%，提高了結構的耗能能力。

本實例中只以一種具體情況說明本發明的結構和具體應用，本發明還存在其他實施方式、構造和應用方法。如本實例給出的為布置兩塊耗能模塊，等比放大兩倍的工程應用，但不限于此，根據實際工程需要可采取不同的耗能模塊布置及數量選擇方案。本實例給出的結構的墻肢箍筋間距為100mm，故對于該結構阻尼器的嵌固區開縫間距為100mm，但不限于此，根據實際工程可采用不同的嵌固區開縫尺寸。

本發明可廣泛應用于連肢剪力墻結構中，內嵌于鋼筋混凝土連梁，以解決剪力墻連梁配筋難問題，實現剪力墻連梁構造簡單，增加其抗震性能。

本方案提供的用于連肢剪力墻耗能的內嵌式耗能模塊及阻尼器及連梁可根據連梁不同的跨高比，通過耗能模塊的布置使阻尼器能滿足不同跨高比連梁的要求。本發明的嵌固區與阻尼器工作區為一體，墻肢內可不設預埋件固定。本發明內嵌于連肢剪力墻結構連梁上，降低了結構的設計難度和施工中連梁的配筋難度，使結構在多遇地震下結構動力特性不變，設防烈度和罕遇地震作用下結構耗能能力和抗倒塌性增強。

本發明的耗能模塊適用性強，可拓展為不同類型的阻尼器，塑性發展區域可人為控制，構造簡單，施工較方便，塑性發展區域均勻、廣泛，耗能效果好。對于連梁兩端剪切有良好的耗能效果。

本發明提出了內嵌式耗能模塊的具體形式和對應嵌固區構造，可應用于連肢剪力墻結構抗震設計中。該裝置耗能效果好，剪力墻結構的抗震性能改善明顯，構造簡單，不影響建筑效果，施工方便，符合工程實際需要，滿足工程行業技術標準，能夠解決工程問題。

本發明設計的耗能模塊可沿水平向和豎向組合成不同跨高比的阻尼器，并且阻尼器工作區域與嵌固區一體，工作區上沿長邊方向開有一列長條形孔洞，孔洞端部做非尖角處理。在連肢剪力墻中，內嵌于與鋼筋混凝土，以解決上述提到的現有技術存在的問題。耗能模塊的長寬之比以及工作區孔洞的位置及長寬之比為固定值。該發明能夠保證正常使用和常與地震是阻尼器提供墻肢連接剛度，設防烈度和罕遇地震是通過阻尼器平面內塑性屈服耗能集中耗散結構的振動能量，能夠提高結構阻尼比和增強抗倒塌性，解決剪力墻連梁超筋和配筋難問題，改進連梁的抗震性能和損傷后的可修復性能。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。