CN105155718A - 摩擦耗能碟簧自复位钢支撑 - Google Patents

Abstract

摩擦耗能碟簧自复位钢支撑，它涉及一种钢支撑。本发明解决摩擦耗能钢支撑中支撑大幅轴向位移后有较大的残余变形以及现有自复位支撑需要附加构件减小对单根钢绞线的弹性变形能力，导致钢支撑结构复杂、制作精度高的问题。碟簧依次叠加设置在第一推拉块和第二推拉块之间，第一推拉块、多个碟簧和第二推拉块依次穿装在导杆上且位于上部组件和下部组件之间，第一推拉块和第二推拉块通过四根第一高强度螺杆对多个碟簧施加预紧力，中部受压碟簧系统的一端通过四根第二高强度螺杆与第二端板连接，中部受压碟簧系统的另一端通过四根第三高强度螺杆与第一端板连接；第一竖板与第二竖板通过两个双角钢连接组件连接。本发明做为中心支撑用于抗震的钢结构中。

Description

摩擦耗能碟簧自复位钢支撑

技术领域

本发明涉及一种自复位钢支撑，具体涉及一种摩擦耗能碟簧自复位钢支撑。

背景技术

现有的摩擦耗能钢支撑中，支撑大幅轴向位移后有较大的残余变形，导致地震作用后，结构产生大的残余变形，影响结构的使用功能；

现有的自复位支撑，当设置经预拉的高强钢绞线进行复位时，因沿支撑轴向单根钢绞线弹性变形能力有限，使支撑的轴向变形能力受到限制；为增大支撑的轴向变形能力，采用附加构件减小对单根钢绞线的弹性变形能力的要求，导致钢支撑制作复杂且对制作精度要求甚高。

针对上述问题，本发明提出一种摩擦耗能碟簧自复位钢支撑来实现如下目的：

1)消除或大幅减小摩擦耗能支撑中摩擦元件相对滑移后的残余变形，使摩擦耗能支撑在外荷载卸去后恢复至初始位置，不影响采用该种支撑耗能和抗侧力的结构的使用功能；

2)沿支撑轴向，采用受压承载力和弹性变形均可按需要灵活设置的碟簧组合复位系统，简化自复位耗能支撑的制作。

发明内容

本发明为解决现有的摩擦耗能钢支撑中，支撑大幅轴向位移后有较大的残余变形以及现有的自复位支撑需要附加构件减小对单根钢绞线的弹性变形能力的要求，导致钢支撑结构复杂、制作精度要求高的问题，进而提供一种摩擦耗能碟簧自复位钢支撑。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑包括下部组件、上部组件、中部受压碟簧系统和两个双角钢连接组件；

下部组件包括第一竖板、第一端板、导杆和两块第一横板，两块第一横板沿第一竖板的长度方向对称垂直固装在第一竖板的两侧面上，第一竖板上沿长度方向加工有第一阶梯矩形凹槽，导杆的一端穿入第一阶梯矩形凹槽的底部且与第一竖板和两个第一横板之间固接为一体，第一端板固套在导杆上且第一端板与第一阶梯矩形凹槽的第一台肩以及两个第一横板的端部均焊接连接；

上部组件包括第二竖板、第二端板、套管和两块第二横板，两块第二横板沿第二竖板的长度方向对称垂直固装在第二竖板的两侧面上，第二竖板上沿长度方向加工有第二阶梯矩形凹槽，第二端板的一端与第二阶梯矩形凹槽的第一台肩相接触，套管位于第二阶梯矩形凹槽与第二端板之间形成的空间内且第二竖板、第二端板、套管和两块第二横板固装为一体，导杆的另一端穿装在套管内；

中部受压碟簧系统包括两个推拉块、多个碟簧、四根第一高强度螺杆、四根第二高强度螺杆和四根第三高强度螺杆，两个推拉块结构相同，分别为第一推拉块和第二推拉块，多个碟簧依次叠加设置在第一推拉块和第二推拉块之间，第一推拉块、多个碟簧和第二推拉块依次穿装在导杆上且位于上部组件和下部组件之间，第一推拉块和第二推拉块通过四根第一高强度螺杆对多个碟簧施加预紧力，中部受压碟簧系统的一端通过四根第二高强度螺杆与第二端板连接，中部受压碟簧系统的另一端通过四根第三高强度螺杆与第一端板连接；

每个双角钢连接组件包括两个角钢、两个钢垫片、两个摩擦片、两个摩擦垫片和多个高强度螺栓，两个角钢背靠背设置，两个角钢的一端与第一竖板通过至少两个高强度螺栓连接，每个角钢与第一竖板之间设置有一个摩擦片和一个摩擦垫片，第一竖板与角钢的连接处沿其长度方向加工有两个腰型槽，每个摩擦片上沿其长度方向加工有与第一竖板一致的腰形槽，两个角钢的另一端与第二竖板通过至少两个高强度螺栓连接，每个角钢与第二竖板之间设置有一个钢垫片，第一竖板与第二竖板通过两个双角钢连接组件连接。

本发明具有以下有益效果：

本发明的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑采用中部受压碟簧系统和两个双角钢连接组件，摩擦耗能碟簧自复位钢支撑可大幅减小甚至消除支撑大幅轴向位移后的残余变形，减小震后结构修复费用，与现有的的摩擦耗能钢支撑因无复位系统，支撑大幅轴向位移后残余变形大相比，本发明的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑非常有利于减小大震后结构层间残余变形和继续维持结构的使用功能；

本发明采用高强度螺栓和螺杆组装形成的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑，上部组件、下部组件、受压碟簧系统、双角钢和钢垫片均可被重复利用，可节约钢材，经济性较好，本发明可做为中心支撑用于有抗震需求的多、高层支撑钢框架结构中；

本发明采用摩擦耗能碟簧自复位钢支撑可增大支撑的轴向变形能力，不必要在支撑的制作中采用额外的构件来减小对单根钢绞线的弹性变形能力的要求，便于钢支撑的制作；上部组件和下部组件与受压碟簧系统一次串联起来，制作和安装精度较容易控制，特别是本发明沿支撑轴向，采用受压碟簧系统后，碟簧系统的受压承载力和弹性变形均可按需要灵活设置。

附图说明

图1是本发明的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑整体结构的主视图，图2是图1的俯视图，图3是图1的A-A断面图，图4是图1的B-B断面图，图5是图1的C-C断面图，图6是图1的D-D剖视图，图7是具体实施方式一中下部组件的主视图，图8是图7的俯视图，图9是具体实施方式一中第一竖板1的主视图，图10是具体实施方式一中第一横板2的主视图，图11是具体实施方式一中第一端板3的主视图，图12是具体实施方式一中上部组件的主视图，图13是图12的俯视图，图14是具体实施方式一中中部受压碟簧系统的主视图，图15是具体实施方式一中推拉块21的主视图，图16是图15的E-E剖视图，图17是图15的右视图，图18是本发明的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑的安装示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～18所示，本实施方式的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑包括下部组件、上部组件、中部受压碟簧系统和两个双角钢连接组件；

下部组件包括第一竖板1、第一端板3、导杆4和两块第一横板2，两块第一横板2沿第一竖板1的长度方向对称垂直固装在第一竖板1的两侧面上，第一竖板1上沿长度方向加工有第一阶梯矩形凹槽1-1，导杆4的一端穿入第一阶梯矩形凹槽1-1的底部且与第一竖板1和两个第一横板2之间固接为一体，第一端板3固套在导杆4上且第一端板3与第一阶梯矩形凹槽1-1的第一台肩1-2以及两个第一横板2的端部均焊接连接；

上部组件包括第二竖板11、第二端板13、套管14和两块第二横板12，两块第二横板12沿第二竖板11的长度方向对称垂直固装在第二竖板11的两侧面上，第二竖板11上沿长度方向加工有第二阶梯矩形凹槽11-1，第二端板13的一端与第二阶梯矩形凹槽11-1的第一台肩11-2相接触，套管14位于第二阶梯矩形凹槽11-1与第二端板13之间形成的空间内且第二竖板11、第二端板13、套管14和两块第二横板12固装为一体，导杆4的另一端穿装在套管14内；

中部受压碟簧系统包括两个推拉块21、多个碟簧22、四根第一高强度螺杆23、四根第二高强度螺杆24和四根第三高强度螺杆25，两个推拉块21结构相同，分别为第一推拉块21-1和第二推拉块21-2，多个碟簧22依次叠加设置在第一推拉块21-1和第二推拉块21-2之间，第一推拉块21-1、多个碟簧22和第二推拉块21-2依次穿装在导杆4上且位于上部组件和下部组件之间，第一推拉块21-1和第二推拉块21-2通过四根第一高强度螺杆23对多个碟簧22施加预紧力，中部受压碟簧系统的一端通过四根第二高强度螺杆24与第二端板13连接，中部受压碟簧系统的另一端通过四根第三高强度螺杆25与第一端板3连接；

每个双角钢连接组件包括两个角钢31、两个钢垫片32、两个摩擦片33、两个摩擦垫片34和多个高强度螺栓35，两个角钢31背靠背设置，两个角钢31的一端与第一竖板1通过至少两个高强度螺栓35连接，每个角钢31与第一竖板1之间设置有一个摩擦片33和一个摩擦垫片34，第一竖板1与角钢31的连接处沿其长度方向加工有两个腰型槽，每个摩擦片33上沿其长度方向加工有与第一竖板1一致的腰形槽，两个角钢31的另一端与第二竖板11通过至少两个高强度螺栓35连接，每个角钢31与第二竖板11之间设置有一个钢垫片32，第一竖板1与第二竖板11通过两个双角钢连接组件连接。

本发明的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑在应用时，可安装在由钢梁36和钢柱37构成的钢框架中。

套管的内径比导杆的外径大1mm。

下部组件在装入受压碟簧系统以及和上部组件进行组装之前，先对下部组件中端板以上的导杆部分表面除锈，在导杆表面涂刷耐高温和耐老化的润滑脂，减小导杆与受压碟簧以及导杆与套管间的摩擦力。

碟簧的内径比导杆的外径大1～1.5mm。

在外形上，本发明的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑在主视立面上为两端小中间大的鱼腹形；俯视立面上基本为矩形。

角钢31的一端通过插入钢垫片32并用高强度螺栓35与上部组件的第二竖板11连接，沿支撑轴向角钢和第二竖板11无相对滑动；角钢31的另一端通过插入摩擦片33和摩擦垫片34，然后用高强度螺栓35与下部组件中的第一竖板1连接，沿支撑轴向，当第一竖板1和角钢31间的作用力超过摩擦片33和摩擦垫片34间的摩擦力时，角钢和第一竖板1可以发生相对滑动；对于摩擦片33和摩擦垫片34的安装，先在下部组件的第一竖板1每侧焊接一块摩擦片33，然后在每个摩擦片33和角钢31之间插入一块摩擦垫片34，最后通过高强度螺栓35连接在一起。在安装摩擦片33和摩擦垫片34的同时，在上部组件的第二竖板11每侧和角钢31之间插入一块钢垫板32，再通过高强度螺栓35连接在一起。在通过高强度螺栓35连接角钢31的区域，摩擦片33和下部组件中的第一竖板1上均加工有腰形槽；角钢31、摩擦垫片34、钢垫片32和上部组件中的第二竖板11上均对应加工有螺栓孔。多个碟簧22内径与导杆4之间留有适宜的间隙，并在导杆4外表面涂刷润滑脂。

为了便于摩擦耗能碟簧自复位钢支撑与钢框架通过高强度螺栓连接，在摩擦耗能碟簧自复位钢支撑的两端部，第一竖板1、第二竖板11和第一横板2和第二横板12上均开螺栓孔。

具体实施方式二：如图15、图16和图17所示，本实施方式推拉块21由两块圆形钢板26和十二块连接钢板27组成，两块圆形钢板26通过十二块连接钢板27固装为一体，十二块连接钢板27沿圆形钢板26的圆周方向均布设置，每块圆形钢板26的外沿上沿圆周方向加工有12个圆形通孔。如此设计，可增强推拉块21自身的刚度，特别是螺孔附近圆形钢板26的抗弯刚度，尽量减小推拉块21的变形，每块圆形钢板26上设置12个圆形通孔便于四根第一高强度螺杆23、四根第二高强度螺杆24和四根第三高强度螺杆25穿过圆形钢板26或与圆形钢板26连接。相邻两根第一高强度螺杆23或相邻两根第二高强度螺杆24或相邻两根第三高强度螺杆25在每块圆形钢板26的外沿上连接固定或穿过时，应沿圆形钢板26的圆周方向均间隔2个圆形通孔，从而形成均布设置。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图14所示，本实施方式第一推拉块21-1和第二推拉块21-2中紧靠多个碟簧22的两个圆形钢板26通过四根第一高强度螺杆23对多个碟簧22施加预紧力，四根第一高强度螺杆23沿圆形钢板26均布设置。如此设计，沿整个支撑的轴线方向，四根第一高强度螺杆23拉力的合力的作用线通过圆形钢板26的圆心，从而实现轴心受力。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：如图1和图2所示，本实施方式四根第二高强度螺杆24依次穿过第一端板3、第一推拉块21-1和第二推拉块21-2中紧靠多个碟簧22的圆形钢板26，四根第二高强度螺杆24沿圆形钢板26均布设置。如此设计，沿整个支撑的轴线方向，四根第二高强度螺杆24拉力的合力的作用线通过第一端板3和圆形钢板26的圆心，从而实现轴心受力。其它组成及连接关系与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：如图1和图2所示，本实施方式四根第三高强度螺杆24依次穿过第二端板13、第二推拉块21-2和第一推拉块21-1中紧靠多个碟簧22的圆形钢板26，四根第三高强度螺杆25沿圆形钢板26均布设置。如此设置，沿整个支撑的轴线方向，四根第三高强度螺杆25拉力的合力的作用线通过第二端板13和圆形钢板26的圆心，从而实现轴心受力。其它组成及连接关系与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式六：如图3和图6所示，本实施方式摩擦片33和摩擦垫片34的厚度和与钢垫片32的厚度相等设置。如此设置，便于安装和更好地发挥摩擦片33和摩擦垫片34间的摩擦作用。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式七：如图1和图2所示，本实施方式第一高强度螺杆23、第二高强度螺杆24和第三高强度螺杆25均在两端部加工有螺纹。如此设置，便于穿装。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：如图1和图2所示，本实施方式两个角钢31的一端与第一竖板1通过两个高强度螺栓35连接,两个角钢31的另一端与第二竖板11通过三个高强度螺栓35连接。如此设计，是为了保证两个角钢31的一端与第一竖板1通过两个高强度螺栓35连接处的摩擦力不超过两个角钢31的另一端与第二竖板11通过三个高强度螺栓35连接处的摩擦力，避免两个角钢31的另一端与第二竖板11间发生相对滑动，将摩擦耗能区域精确地限定在两个角钢31的一端与第一竖板1通过两个高强度螺栓35连接的区域。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或七相同。

具体实施方式九：如图15、图16和图17所示，本实施方式十二块连接钢板27呈星形设置在两块圆形钢板26之间，两块圆形钢板26上相邻两块连接钢板27之间加工有一个圆形通孔。如此设计，是为了保证圆形钢板26周边的抗弯刚度均匀，增强推拉块21自身的刚度，尽量减小推拉块21的变形，圆形通孔便于将推拉块精确地套装在导杆4上。其它组成及连接关系与具体实施方式二、三或七相同。

具体实施方式十：如图15、图16和图17所示，本实施方式第一竖板1和两块第一横板2上沿长度方向加工有多个连接螺栓孔。如此设计，便于连接安装。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或七相同。

工作原理：

水平地震或风作用下，当相邻的上、下楼层发生相对水平侧移时，摩擦耗能碟簧自复位钢支撑水平向往复位移，支撑水平侧移时支撑沿轴向受压缩短或受拉伸长。

本发明的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑受压缩短时，因上部组件和下部组件两端板间的净矩减小，即上部组件和下部组件相向运动，两端板推动两个推拉块21相向运动，推拉块21对中部的受压碟簧22进一步的压缩；

支撑受拉伸长时，上部组件和下部组件背向运动，端板经第二高强度螺杆24和第三高强度螺杆25分别拉动两个推拉块21，也对中部的受压碟簧进行进一步的压缩，这样，被进一步压缩的碟簧可为支撑提供复位力。

摩擦耗能碟簧自复位钢支撑实质上是一种通过摩擦片33和摩擦垫片34间的摩擦耗能、通过受压碟簧提供复位力的自复位钢支撑。实际工程应用时，可以通过设置拼接板的高强度螺栓连接，将摩擦耗能碟簧自复位钢支撑与钢框架中的节点板进行连接；施加到支撑上的楼层剪力，由受压碟簧的弹簧力以及摩擦片和摩擦垫片间摩擦力以轴向受力的形式共同承担。摩擦耗能碟簧自复位钢支撑在不超过设计要求的楼层层间剪力工作时，摩擦片33和摩擦垫片34间无相对滑动，支撑处于弹性；当层间剪力较大时，摩擦片33和摩擦垫片34间发生相对滑动，支撑进入“屈服”，即通过摩擦片33和摩擦垫片34间的摩擦耗能，受压碟簧系统始终处于弹性。

Claims (10)

1.一种摩擦耗能碟簧自复位钢支撑，其特征在于：所述自复位钢支撑包括下部组件、上部组件、中部受压碟簧系统和两个双角钢连接组件；

下部组件包括第一竖板(1)、第一端板(3)、导杆(4)和两块第一横板(2)，两块第一横板(2)沿第一竖板(1)的长度方向对称垂直固装在第一竖板(1)的两侧面上，第一竖板(1)上沿长度方向加工有第一阶梯矩形凹槽(1-1)，导杆(4)的一端穿入第一阶梯矩形凹槽(1-1)的底部且与第一竖板(1)和两个第一横板(2)之间固接为一体，第一端板(3)固套在导杆(4)上且第一端板(3)与第一阶梯矩形凹槽(1-1)的第一台肩(1-2)以及两个第一横板(2)的端部均焊接连接；

上部组件包括第二竖板(11)、第二端板(13)、套管(14)和两块第二横板(12)，两块第二横板(12)沿第二竖板(11)的长度方向对称垂直固装在第二竖板(11)的两侧面上，第二竖板(11)上沿长度方向加工有第二阶梯矩形凹槽(11-1)，第二端板(13)的一端与第二阶梯矩形凹槽(11-1)的第一台肩(11-2)相接触，套管(14)位于第二阶梯矩形凹槽(11-1)与第二端板(13)之间形成的空间内且第二竖板(11)、第二端板(13)、套管(14)和两块第二横板(12)固装为一体，导杆(4)的另一端穿装在套管(14)内；

中部受压碟簧系统包括两个推拉块(21)、多个碟簧(22)、四根第一高强度螺杆(23)、四根第二高强度螺杆(24)和四根第三高强度螺杆(25)，两个推拉块(21)结构相同，分别为第一推拉块(21-1)和第二推拉块(21-2)，多个碟簧(22)依次叠加设置在第一推拉块(21-1)和第二推拉块(21-2)之间，第一推拉块(21-1)、多个碟簧(22)和第二推拉块(21-2)依次穿装在导杆(4)上且位于上部组件和下部组件之间，第一推拉块(21-1)和第二推拉块(21-2)通过四根第一高强度螺杆(23)对多个碟簧(22)施加预紧力，中部受压碟簧系统的一端通过四根第二高强度螺杆(24)与第二端板(13)连接，中部受压碟簧系统的另一端通过四根第三高强度螺杆(25)与第一端板(3)连接；

每个双角钢连接组件包括两个角钢(31)、两个钢垫片(32)、两个摩擦片(33)、两个摩擦垫片(34)和多个高强度螺栓(35)，两个角钢(31)背靠背设置，两个角钢(31)的一端与第一竖板(1)通过至少两个高强度螺栓(35)连接，每个角钢(31)与第一竖板(1)之间设置有一个摩擦片(33)和一个摩擦垫片(34)，第一竖板(1)与角钢(31)的连接处沿其长度方向加工有两个腰型槽，每个摩擦片(33)上沿其长度方向加工有与第一竖板(1)一致的腰形槽，两个角钢(31)的另一端与第二竖板(11)通过至少两个高强度螺栓(35)连接，每个角钢(31)与第二竖板(11)之间设置有一个钢垫片(32)，第一竖板(1)与第二竖板(11)通过两个双角钢连接组件连接。

2.根据权利要求1所述的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑，其特征在于：推拉块(21)由两块圆形钢板(26)和十二块连接钢板(27)组成，两块圆形钢板(26)通过十二块连接钢板(27)固装为一体，十二块连接钢板(27)沿圆形钢板(26)的圆周方向均布设置，每块圆形钢板(26)的外沿上沿圆周方向加工有(12)个圆形通孔。

3.根据权利要求2所述的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑，其特征在于：第一推拉块(21-1)和第二推拉块(21-2)中紧靠多个碟簧(22)的两个圆形钢板(26)通过四根第一高强度螺杆(23)对多个碟簧(22)施加预紧力，四根第一高强度螺杆(23)沿圆形钢板(26)均布设置。

4.根据权利要求2或3所述的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑，其特征在于：四根第二高强度螺杆(24)依次穿过第一端板(3)、第一推拉块(21-1)和第二推拉块(21-2)中紧靠多个碟簧(22)的圆形钢板(26)，四根第二高强度螺杆(24)沿圆形钢板(26)均布设置。

5.根据权利要求2或3所述的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑，其特征在于：四根第三高强度螺杆(24)依次穿过第二端板(13)、第二推拉块(21-2)和第一推拉块(21-1)中紧靠多个碟簧(22)的圆形钢板(26)，四根第三高强度螺杆(25)沿圆形钢板(26)均布设置。

6.根据权利要求1、2或3所述的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑，其特征在于：摩擦片(33)和摩擦垫片(34)的厚度和与钢垫片(32)的厚度相等设置。

7.根据权利要求6所述的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑，其特征在于：第一高强度螺杆(23)、第二高强度螺杆(24)和第三高强度螺杆(25)均在两端部加工有螺纹。

8.根据权利要求1、2、3或7所述的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑，其特征在于：两个角钢(31)的一端与第一竖板(1)通过至少两个高强度螺栓(35)连接,两个角钢(31)的另一端与第二竖板(11)通过三个高强度螺栓(35)连接。

9.根据权利要求2、3或7所述的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑，其特征在于：十二块连接钢板(27)呈星形设置在两块圆形钢板(26)之间，两块圆形钢板(26)上相邻两块连接钢板(27)之间加工有一个圆形通孔。

10.根据权利要求1、2、3或7所述的摩擦耗能碟簧自复位钢支撑，其特征在于：第一竖板(1)和两块第一横板(2)上沿长度方向加工有多个连接螺栓孔。