低屈服点钢剪切耗能板抗震性能试验

低屈服点钢剪切耗能板抗震性能试验

陈周熠; 麦成林; 许志旭; 代堂珍; 黄炜

【期刊名称】《《厦门大学学报（自然科学版）》》

【年(卷),期】2019(058)006

【总页数】6页(P916-921)

【关键词】低屈服点钢; 剪切板; 耗能

【作者】陈周熠; 麦成林; 许志旭; 代堂珍; 黄炜

【作者单位】厦门大学建筑与土木工程学院福建厦门361005; 厦门科思泰建筑科技有限公司福建厦门 361000

【正文语种】中文

【中图分类】TU391

近几十年来迅速发展的结构耗能减震技术，通过在结构物的某些部位设置耗能装置所产生的各种弹塑性变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减小主体结构地震反应，达到减震制震的目的.与传统的结构抗震设计方法相比，结构耗能减震技术具有减震机理明确、减震效果显著、安全可靠、经济合理等优点[1].

耗能减震装置是结构耗能减震技术的核心，采用低屈服点钢板制作的剪切板阻尼器是诸多耗能减震装置中的一种.剪切板阻尼器构造简单，它是以低屈服点钢板为主体，焊接左右翼缘板、上下端板及加劲肋板构成.实际应用时，将阻尼器安装在支撑系统上，如图1所示，在水平地震作用下，通过支撑的作用将楼层的位移传给

剪切板，剪切板就会发生相对位移消耗地震输入的能量[2-3].在设计地震荷载和风荷载作用时，由于低屈服点钢具有屈服强度低、强度稳定、变形能力强的特点，采用低屈服点钢制作的剪切板阻尼器会在主体结构发生塑性变形前首先进入屈服，通过反复的剪切塑性滞洄变形来耗散输入结构中的能量，从而达到减震制振和保护主体结构的目的[4-6].

图1 建筑结构中剪切板阻尼器示意图Fig.1 Application of shear plate damper in building structure

剪切钢板阻尼器最早在1988年由日本的Seki等[3]开始研制.之后不少日本学者对低屈服点钢剪切板阻尼器开展了大量的试验和研究工作，得出了许多值得借鉴的结论和试验数据[4-5]，并且成功应用到多层及高层结构中，取得了良好的经济和社会效益.在欧美一些发达国家，对低屈服点钢剪切板阻尼器的研究和应用在2000

年前后也逐步开展起来[6].但在我国，由于在2008年才由宝钢研制生产出低屈服点钢，利用国产低屈服点钢材生产剪切板阻尼器的研究还没有系统开展，已有的研究也主要集中在对低屈服点钢剪切板阻尼器开展相应的理论研究和有限元分析，试验研究还开展得较少[7-9].因此，开展利用国产低屈服点钢材开发剪切板阻尼器的理论和试验研究，对于促进低屈服点钢剪切板阻尼器在我国的推广应用有重要意义. 本文中采用宝山钢铁股份有限公司自主研发生产的低屈服点钢LYP160，设计制作了3种不同尺寸的剪切板阻尼器，开展其低周往复循环荷载试验，初步探讨了剪切板阻尼器的耗能减震性能.在试验基础上，对影响剪切板耗能性能的因素进行了分析，试图为国产低屈服点钢剪切板阻尼器的设计和工程应用提供一定的参考.

1 试验概况

1.1 试件设计

试件是以低屈服点钢板为主体，采用全熔透焊接法在其左右侧焊接翼缘板、上下侧焊接端板构成.为了便于与作动器进行连接，在上端板上部还加焊了一块钢板，共

设计了3个试件(D1，D2，D3)，具体构造如图2所示.左右翼缘和上下端板所使用的钢材为普通钢板Q345B,核心腹板采用低屈服点钢LYP160，试件钢材材料性能参数见表1.试件设计主要考察剪切板的高宽比，具体试件尺寸及参数见表2和图2.

1.2 试验加载装置

试验在厦门大学建筑与土木工程学院结构工程实验室完成，试件加载装置如图3(a)所示.试件上方通过焊接在试件上端连接板上的连杆与安装在反力墙上的电液伺服作动器相连，实现其水平反复加载.试件下方由螺栓与加载底座相连，为尽量实现试件下端的完全固接，加载底座除通过地锚固定在实验室箱式试验台座上外，一端还延伸至加载作动器所在的反力墙，与该反力墙通过螺栓紧固连接.此外，为了确保试件在加载过程中不出现过大的平面外侧移，如图3(b)所示，在试件上端的两侧还设置了侧向支撑，侧向支撑通过侧向滚轴与试件接触，可以减小和消除侧向支撑对试件在加载方向移动的影响.

图2 试件详图(单位：mm)Fig.2 Construction detail of specimens(unit:mm)表1 试件所用钢材的基本材料力学性能参数Tab.1 Mechanical properties of steel used for specimens

钢号弹性模量/105 MPa屈服强度/MPa极限强度/MPa延伸率

/%BLY1601.912326256.8Q345-B2.136555629.8

表2 试件主要参数及屈服荷载Tab.2 Main parameters and yield load of specimens试件编号核心板尺寸(高×宽×厚)/mm高宽比屈服荷载计算值FyC/kN 屈服荷载试验值

FyT/kNFyC/FyTD1500×560×100.93983461.15D2400×400×101.02842231.2 7D3300×180×101.71281041.23

图3 试件加载测试装置示意图(a)和实物照片(b)Fig.3 Diagrammatic sketch (a)

and picture (b) of load and test setup

1.3 试验测试方案

试验中位移计的布置如图3(a)所示，主要用于测量试件、加载连杆以及加载底座等的位移情况.其中，位移计②用于监测试件上下端板的水平(y)相对位移；位移计⑧和用于监测试件上下端板两端的竖向(z)相对位移；位移计③和④用于监测试件核心钢板顶部的平面外(x)位移；位移计⑨用于监测试件核心钢板底部的平面外位移；位移计⑦和用于监测试件下端板的水平绝对位移；位移计①用于监测加载连杆的水平绝对位移；位移计⑥和、⑤和以及则分别用于监测加载底座在竖向、水平及平面外等3个方向的位移.试件加载的荷载值则直接选用电液伺服加载作动器的测试荷载值，由加载系统控制器将该作动器的实时荷载和位移的信号一并输出，与前述各位移计数值一道，由DH3820高速应变测试采集系统同步采集.

1.4 试验加载制度

试验中3个试件均采取力-位移混合控制的水平反复加载制度.试件屈服之前，根据估算屈服荷载，采用荷载控制并分级加载.屈服位移主要通过实时观测采集系统测试得到的荷载——试件上下端板相对位移曲线确定，结合预估屈服荷载，将曲线斜率变化的控制点选取为试件屈服点.

试件屈服之后采用位移控制，根据前述方法确定的屈服位移δ，每级位移加载幅值按±1δ、±2δ、±4δ、±6δ、±8δ进行，每级加载反复2次；此后，位移加载幅值在±10δ下反复循环30次直至试件破坏.

2 试验结果及分析

2.1 试验滞洄曲线及试件破坏形态

D1试件的滞洄曲线如图4(a)所示，纵坐标为作动器输出荷载值，横坐标为试件上下端板相对位移值.图中坐标以作动器水平推方向为正，水平拉为负.在荷载控制加载阶段，初步确定试件D1的屈服位移δ为1.5 mm；此后，在以2δ、4δ、6δ、