CN105155716A - 一种双起滑摩擦消能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于减振设备范围的一种双起滑摩擦消能器。所述双起滑摩擦消能器的第一芯板、第二芯板，两芯板设在左摩擦板与右摩擦板之间，两芯板分别与上连接板与下连接板相连，两金属板与上下连接板垂直连接呈T字形且在同一平面内由一个间隙隔开。碟簧分组设置在左压板左侧与右压板右侧，每组碟簧在前后向呈单排或双排布置，两组碟簧在芯板间隙的上下两侧。且对称布置。由于对芯板与摩擦板紧贴表面的精确打磨处理，达到实测值偏差的平均值为设计值的±10％。本发明避免了一般摩擦阻尼器仅在中震下提供耗能，在小震下仅提供刚度；或者在小震下提供耗能，在中震情况下提供刚度的缺陷。从而比一般摩擦消能器在更大概率上实现地震中的耗能作用。

Description

一种双起滑摩擦消能器

技术领域

本发明属于减振设备范围，特别涉及一种双起滑摩擦消能器。

背景技术

目前，建筑结构中使用减振技术已成为越来越普遍的现象，消能器作为减振方案中的核心部件，消能器的耗能效果直接决定了减振方案的优劣。目前消能器种类繁多，耗能原理也是多种多样，但是绝大多数消能器都是基于单屈服力或起滑力进行设计的。在摩擦消能器中也尚未存在同时考虑小震及中震情况下的耗能设计。

发明内容

本发明的目的是提出一种双起滑摩擦消能器，其特征在于，所述双起滑摩擦消能器包括：上下连接板、左右压板和左右摩擦板，其中左摩擦板在左压板右侧，右摩擦板在右压板左侧；两芯板设在左摩擦板与右摩擦板之间，第一芯板与上连接板呈T字形垂直连接相连，第二芯板与下连接板呈T字形垂直连接，且在同一平面内由一个间隙隔开；在左压板左侧设置碟簧，在右压板右侧设置碟簧，碟簧分为两组，两组碟簧在芯板间隙的两侧，在第一芯板两侧为第一组碟簧，在第二芯板两侧为第二组碟簧，每组碟簧在前后向呈单排或双排布置；第一连接件依次穿过第一芯板左边的第一组碟簧、左压板、左摩擦板、第一芯板、右摩擦板、右压板、第一芯板右边的第一组碟簧，将它们连接在一起；第二连接件依次穿过第二芯板左边的第二组碟簧、左压板、左摩擦板、第二芯板、右摩擦板、右压板、第二芯板右边的第二组碟簧，将它们连接在一起。

所述在上连接板与第一芯板的连接处设置上垫板，沿着第一芯板前后方向延伸，且在第一芯板两侧对称布置；在下连接板与第二芯板连接处设置下垫板，沿着第二芯板前后方向延伸，且在第二芯板两侧对称布置。

所述两芯板上各设有一条长圆通孔，长圆通孔在前后方向延伸，其中在第一芯板上称为第一长圆通孔，第二芯板上称为第二长圆通孔。

所述第一连接件和第二连接件且两者数目相同。

所述第一芯板与第二芯板在同一平面内且由一间隙隔开，便于芯板平面内相互错动；左摩擦板与右摩擦板分别紧贴在第一芯板与第二芯板的两侧，且以间隙为中心线左右对称布置；当第一芯板或第二芯板全部或其中一个与两摩擦板发生相对位移时，由接触面之间产生反向摩擦力同时转换为热能；在小震情况下第二芯板与右摩擦板之间保持不动，第一芯板左摩擦板之间发生相对位移，由摩擦力转换为热能耗散；在中震情况下第一芯板先发生位移，当第一芯板位移达到极限以后带动第二芯板发生位移，从而两芯板同时耗能；滞回曲线的面积即为耗能大小。

所述上下垫板分别贴焊在第一芯板或第二芯板的上、下部的左右两侧，防止消能器在剪切运动中发生上下错动，从而使消能器提供稳定的恢复力。

所述左压板和右压板均为不锈钢板，并且左压板的右表面与左摩擦板的左表面相粘合且进行高温处理，右压板的左表面与右摩擦板的右表面相粘合且进行高温处理，保证两板牢固粘结，在消能器剪切位移中保持同步运动且始终为一整体。

所述碟簧的压力控制为通过施加在连接件上的扭矩控制；在碟簧压力施加过程中通过施加在连接件上的扭矩扳手的读数可推测出碟簧已施加的压力，从而通过计算公式确定消能器可提供的起滑力是否满足小震下的设计要求。通过各碟簧施加的总压力，从而确定消能器可提供的起滑力是否满足中震下的设计要求。

本发明的有益效果是避免了一般摩擦阻尼器仅在中震下提供耗能，在小震下仅提供刚度；或者在小震下提供耗能，在中震情况下提供刚度的缺陷。由于对两个芯板与左右摩擦板紧贴的表面进行精确打磨处理，以符合规范中关于摩擦消能器必须具有稳定的30圈滞回性能的要求，使双起滑摩擦消能器在循环荷载作用下力学性能未发生显著衰减达到与设计误差在15％以内的要求，实测值偏差的平均值为设计值的±10％。

附图说明

图1为双起滑摩擦消能器的结构示意图；

图2为双起滑摩擦消能器的侧视图。

图3为双起滑摩擦消能器的连接板与芯板图连接结构示意图。

图4为图3所示双起滑摩擦消能器的连接板与芯板侧视图。

图5为双起滑摩擦消能器的力-位移滞回曲线图。

具体实施方式

本发明提出一种双起滑摩擦消能器。下面结合附图和实施例详细描述本发明。

在图1-图5中，箭头A所示为上下方向；箭头B所示为左右方向，箭头C所示为前后方向。

如图1所示，双起滑摩擦消能器包括上连接板101、下连接板102；左右相对设置的左压板103和右压板104；左右相对设置的左摩擦板105和右摩擦板106，左摩擦板105在左压板103右侧，右摩擦板106在右压板104左侧；上下相对设置的第一芯板107和第二芯板108，两芯板设在左摩擦板105与右摩擦板106之间，两芯板分别与上连接板101与下连接板102相连，两芯板与上下连接板垂直连接呈T字形，(上连接板101和下连接板102与第一芯板107和第二芯板108中的另一个焊接相连，共同构成T字形)且在同一平面内由间隙1017隔开(如图3所示)。在两芯板上各设有一条长圆通孔，长圆通孔在前后方向延伸(如图3、4所示)，其中第一芯板上为第一长圆通孔109，第二芯板上为第二长圆通孔1010。碟簧设置在左压板左侧与右压板右侧，碟簧分为两组，每组分为左右两部分。第一芯板107两侧为第一组碟簧1011，第二芯板两侧为第二组碟簧1012，每组碟簧在前后向呈单排或双排布置，两组碟簧在芯板间隙的上下两侧(如图2所示)。连接件分为两部分，第一连接件1012和第二连接件1013且两者数目相同。具体而言，上连接板101和下连接板102都可以与建筑结构构件相连，第一芯板107、第二芯板108、左压板103、右压板104、第一连接件1012和第二连接件1013均可以由普通钢材或高强钢材制成。

如图2所示，依次穿过第一组碟簧1011或第二组碟簧1012左部分、左压板103、左摩擦板105、第一芯板107或第二芯板108、右摩擦板106、右压板104、第一组碟簧1011或第二组碟簧1012右部分。

第一连接件1012和第二连接件1013将上述左压板103、右压板104、左摩擦板105、右摩擦板106及第一芯板107、第二芯板108连接在一起。第一连接件的螺杆10131依次穿过第一组碟簧1011左部分、左压板103、左摩擦板105、第一芯板107、右摩擦板106、右压板104、第一组碟簧右部分1011。第二连接件1014的依次穿过第二组碟簧1012左部分、左压板103、左摩擦板105、第二芯板108、右摩擦板106、右压板104、第二组碟簧1012右部分。所述双起滑摩擦消能器还包括上垫板1015和下垫板1016，上垫板1015设置在上连接板101与芯板的连接处，沿着芯板前后方向延伸，且在芯板两侧左右对称布置。下垫板1016设置在下连接板102与芯板连接处沿着芯板前后方向延伸，且在芯板两侧左右对称布置。

第一组碟簧1011和第二组碟簧1012分别通过第一连接件1013和第二连接件1014将压力施加在压板、摩擦板和芯板上。当结构在地震中发生位移时，带动上连接板101和下连接板102发生前后方向的剪切位移。当第一芯板107或第二芯板108全部或其中一个与两摩擦板发生相对位移时，由接触面之间产生反向摩擦力同时转换为热能。在小震情况下第二芯板108与摩擦板之间保持不动，第一芯板与摩擦板之间发生相对位移，由摩擦力转换为热能耗散。在中震情况下第一芯板107先发生位移，当第一芯板107位移达到极限以后带动第二芯板108发生位移，从而两芯板同时耗能。耗能滞回曲线如图5所示，图中滞回曲线的面积即为耗能大小。第一芯板107和第二芯板108由不锈钢板制成，且表面经过精确处理，保证与摩擦板摩擦运动中提供稳定且精确的承载力。

左压板103和右压板104中的每一个为不锈钢板。左压板103的右表面与左摩擦板105的左表面相粘合且进行高温处理，右压板104的左表面与右摩擦板106的右表面相粘合且进行高温处理，保证两板牢固粘结，在消能器剪切位移中保持同步运动且始终为一整体。左摩擦板105和右摩擦板106由可提供稳态摩擦系数的摩擦材料制成。上垫板1015贴焊在第一芯板107或第二芯板108上部的左右两侧，下垫板1016贴焊在第一芯板107或第二芯板108的另一个下部的左右两侧，防止消能器在剪切运动中发生上下错动，从而使消能器提供稳定的恢复力。

第一芯板107与摩擦板之间的压力由第一组碟簧1011的弹性力通过第一连接件1013传导提供，第二芯板108与摩擦板之间的压力由第二组碟簧1012的弹性力通过第二连接件1014传导提供，通过精确设计第一组碟簧1011同第二组碟簧1012各自的压力大小和比值，确保在小震下第一芯板107与摩擦板产生耗能，第二芯板108与摩擦板保持不动；在中震下第一芯板107与摩擦板首先耗能，然后第二芯板108与摩擦板产生耗能。

碟簧的压力控制主要通过施加在连接件上的扭矩控制。在第一组碟簧1011压力施加过程中通过施加在第一连接件1013上的扭矩扳手的读数可推测出第一组碟簧1011已施加的压力，从而通过计算公式确定消能器可提供的起滑力是否满足小震下的设计要求。在第二组碟簧1012压力施加过程中通过施加在第二连接件1014上的扭矩扳手的读数可推测出第二组碟簧1012已施加的压力，通过第一组碟簧1011与第二组碟簧1012施加的总压力，从而确定消能器可提供的起滑力是否满足中震下的设计要求。

本发明的双起滑摩擦消能器具有如下优点：

1)可实现较大位移。根据本发明实施的双起滑摩擦消能器10的极限位移由第一长圆通孔109和第二长圆通孔1010长度的叠加决定，相比较普通摩擦消能器位移一般增加两倍左右。并且在小震和中震情况下可分别利用，小震情况下仅利用第一长圆通孔109实现小位移，中震情况下利用第一长圆通孔109与第二长圆通孔1010之和实现位移，使得试件前后方向的尺寸得到充分利用。

2)具有恒定的摩擦承载力。在芯板与左摩擦板105与右摩擦板106紧贴的表面按照设计要求进行精确打磨处理，以符合规范中关于摩擦消能器必须具有稳定的30圈滞回性能的要求。在循环荷载作用下力学性能未发生显著衰减，与设计要求之间误差在15％以内，实测值偏差的平均值为设计值的±10％。耗能滞回曲线如图5示。

3)较好的耗能能力。消能器滞回曲线的面积即为消耗的能量，由于摩擦消能器较其他消能器具有更高的一次刚度和更小的二次刚度(基本为0)，因此在相同承载力相同位移下可以耗散更大的能量。

4)更好的可设计性。一般摩擦消能器仅考虑一种地震工况，当消能器设计为小震耗能时，在中震情况下消能器将过载；当消能器设计为中震耗能时，消能器在小震情况下将仅提供刚度不产生任何耗能。双起滑摩擦消能器同时考虑小震及中震情况下的耗能，相比一般阻尼器由“单选”变为“多选”。

Claims (8)

1.一种双起滑摩擦消能器，其特征在于，所述双起滑摩擦消能器包括：上下连接板、左右压板和左右摩擦板，其中左摩擦板在左压板右侧，右摩擦板在右压板左侧；两芯板设在左摩擦板与右摩擦板之间，第一芯板与上连接板呈T字形垂直连接相连，第二芯板与下连接板呈T字形垂直连接，且在同一平面内由一个间隙隔开；在左压板左侧设置碟簧，在右压板右侧设置碟簧，碟簧分为两组，两组碟簧在芯板间隙的两侧，在第一芯板两侧为第一组碟簧，在第二芯板两侧为第二组碟簧，每组碟簧在前后向呈单排或双排布置；第一连接件依次穿过第一芯板左边的第一组碟簧、左压板、左摩擦板、第一芯板、右摩擦板、右压板、第一芯板右边的第一组碟簧，将它们连接在一起；第二连接件依次穿过第二芯板左边的第二组碟簧、左压板、左摩擦板、第二芯板、右摩擦板、右压板、第二芯板右边的第二组碟簧，将它们连接在一起。

2.根据权利要求1所述一种双起滑摩擦消能器，其特征在于，所述在上连接板与第一芯板的连接处设置上垫板，沿着第一芯板前后方向延伸，且在第一芯板两侧对称布置；在下连接板与第二芯板连接处设置下垫板，沿着第二芯板前后方向延伸，且在第二芯板两侧对称布置。

3.根据权利要求1所述一种双起滑摩擦消能器，其特征在于，所述两芯板上各设有一条长圆通孔，长圆通孔在前后方向延伸，其中在第一芯板上称为第一长圆通孔，第二芯板上称为第二长圆通孔。

4.根据权利要求1所述一种双起滑摩擦消能器，其特征在于，所述第一连接件和第二连接件且两者数目相同。

5.根据权利要求1所述一种双起滑摩擦消能器，其特征在于，所述第一芯板与第二芯板在同一平面内且由一间隙隔开，便于芯板平面内相互错动；左摩擦板与右摩擦板分别紧贴在第一芯板与第二芯板的两侧，且以间隙为中心线左右对称布置；当第一芯板或第二芯板全部或其中一个与两摩擦板发生相对位移时，由接触面之间产生反向摩擦力同时转换为热能；在小震情况下第二芯板与右摩擦板之间保持不动，第一芯板左摩擦板之间发生相对位移，由摩擦力转换为热能耗散；在中震情况下第一芯板先发生位移，当第一芯板位移达到极限以后带动第二芯板发生位移，从而两芯板同时耗能；滞回曲线的面积即为耗能大小。

6.根据权利要求1所述一种双起滑摩擦消能器，其特征在于，所述上下垫板分别贴焊在第一芯板或第二芯板的上、下部的左右两侧，防止消能器在剪切运动中发生上下错动，从而使消能器提供稳定的恢复力。

7.根据权利要求1所述一种双起滑摩擦消能器，其特征在于，所述左压板和右压板均为不锈钢板，并且左压板的右表面与左摩擦板的左表面相粘合且进行高温处理，右压板的左表面与右摩擦板的右表面相粘合且进行高温处理，保证两板牢固粘结，在消能器剪切位移中保持同步运动且始终为一整体。

8.根据权利要求1所述一种双起滑摩擦消能器，其特征在于，所述碟簧的压力控制为通过施加在连接件上的扭矩控制；在碟簧压力施加过程中通过施加在连接件上的扭矩扳手的读数可推测出碟簧已施加的压力，从而通过计算公式确定消能器可提供的起滑力是否满足小震下的设计要求，通过各碟簧施加的总压力，从而确定消能器可提供的起滑力是否满足中震下的设计要求。