CN109853770B - 一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置 - Google Patents

一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109853770B
CN109853770B CN201910239458.5A CN201910239458A CN109853770B CN 109853770 B CN109853770 B CN 109853770B CN 201910239458 A CN201910239458 A CN 201910239458A CN 109853770 B CN109853770 B CN 109853770B
Authority
CN
China
Prior art keywords
arc
plate
bearing plate
shaped steel
steel plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910239458.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109853770A (zh
Inventor
黄华
张凡涛
袁玉杰
黄敏
郭梦雪
杨世林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changan University
Original Assignee
Changan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changan University filed Critical Changan University
Priority to CN201910239458.5A priority Critical patent/CN109853770B/zh
Publication of CN109853770A publication Critical patent/CN109853770A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109853770B publication Critical patent/CN109853770B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Joining Of Building Structures In Genera (AREA)

Abstract

本发明公开了一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置,通过采用以碟形弹簧作为复位系统,弧形钢板作为金属耗能元件,就金属耗能元件而言,弧形钢板属于弯曲屈服耗能类型,相较其他传统金属耗能形式,其耗能性能稳定,且构件破坏位置易于控制,此外弧形钢板耗能元件在震后易于更换,实现对整体支撑的再利用,符合经济性和实用性的要求,易于广泛推广;就复位装置而言,碟形弹簧价格低廉,可稳定提供恢复力,且受温度、湿度及其余外在因素的影响较小;本发明实现了支撑装置在震时无损伤、低损伤以及震后自复位,结构构造简单明了,制作和安装过程简便。

Description

一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置
技术领域
本发明涉及土木工程减震技术领域,特别涉及一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置。
背景技术
将支撑引入到结构中形成传统的抗侧力体系,可以很大程度上提高结构的抗侧刚度,改善结构的抗震性能,但不论是传统意义上的普通支撑(Conventional braces,CB),还是防屈曲支撑(Buckling-restrained braces,BRB),都属于金属阻尼耗能的范畴,其耗能机理都是通过钢材的弹塑性变形来实现的,这也导致了这种耗能形式在拥有良好滞回性能和耗能能力等优势的同时也存在着震后残余变形过大、构件损伤累积以致结构层间位移过大等问题,McCormick在研究中发现,当结构残余变形角大于0.5%时,其维修的费用将大于重新建造的费用。因此,将自复位系统(Self-centering system)引入到耗能支撑构造中,把自复位系统的优良复位性能与金属阻尼耗能支撑的良好滞回性能结合在一起,形成自复位耗能支撑,是应对震后结构残余变形过大问题的一种很好的解决方式。
就复位装置而言,Zhu等提出了采用形状记忆合金束来作为自复位构件,之后陆续有研究者将形状记忆合金引入到耗能装置中,以实现对构件的复位,如Miller等将形状记忆合金筋形成的自复位系统与BRB相结合,形成自复位防屈曲支撑(SCBRB)。形状记忆合金在能够提供稳定恢复力的同时也面临着许多问题,比如形状记忆合金的性能受温度影响较大,且造价较高,这也限制了这种复位形式的推广。Christopoulos等利用芳纶纤维筋来形成自复位系统开发了自复位摩擦型阻尼支撑。Chou等在此基础上,利用双重玻璃纤维筋(E-glass FRP tendon)来形成自复位系统,提出了一种新型自复位摩擦型阻尼支撑。虽然上述两种装置的试验表明采用纤维筋形成自复位系统有着较大的名义屈服应变,但是其锚固系统的有效性仍有待进一步验证,此外纤维筋和锚固系统的价格也相对较高,影响了其工程应用前景。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题,本发明的目的在于提供一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置,以解决现有技术中的自复位耗能支撑屈服耗能后自复位能力差的问题,实现了结构在震时无损伤或低损伤以及在震后自复位的效果。
为达到实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置,其特征在于,包括左连接件、第一支撑组件、第二支撑组件及右连接件,左连接件与第一支撑组件的左端连接,第一支撑组件的右端与第二支撑组件的左端连接,第二支撑组件的右端与右连接件连接;第一支撑组件与第二支撑组件对称设置,第一支撑组件和第二支撑组件的结构相同;
第一支撑组件或第二支撑组件包括平行设置的上部约束板和下部约束板以及设置在上部约束板和下部约束板之间的左端承力板、中间承力板、右端承力板、中心杆、碟形弹簧、弧形钢板组、中间限位螺母;左端承力板设置在上部约束板和下部约束板之间的左端,右端承力板设置在上部约束板和下部约束板之间的右端;左端承力板和右端承力板上均设置有中心预留孔,且中心预留孔位于同一轴线;中心杆依次穿过左端承力板上的中心预留孔和右端承力板上的中心预留孔设置,且两端出露,中心杆上设置有螺纹;中心杆的一端与左连接件或右连接件焊接固定连接,中心杆的另一端为自由端;左连接件和右连接件分别与建筑物固定连接;
中间承力板设置在左端承力板和右端承力板之间,中间承力板上设置有预留中心孔,中间承力板通过预留中心孔套设在中心杆上;中间限位螺母包括第一中间限位螺母和第二中间限位螺母;第一中间限位螺母设置在中间承力板的左侧;第二中间限位螺母设置在中间承力板的右侧;碟形弹簧套设在中心杆上,碟形弹簧包括第一碟形弹簧和第二碟形弹簧;第一碟形弹簧设置在左端承力板与第一中间限位螺母之间,第二碟形弹簧设置在第二中间限位螺母和右端承力板之间;弧形钢板组包括第一弧形钢板组和第二弧形钢板组,第一弧形钢板组设置在左端承力板与中间承力板之间,第二弧形钢板组设置在中间承力板和右端承力板之间。
进一步的,还包括中间连接件,中间连接件设置在第一支撑组件和第二支撑组件之间;中间连接件的左端与第一支撑组件的右端通过螺栓连接,中间连接件的右端与第二支撑组件的左端通过螺栓连接。
进一步的,中间连接件采用双工字形结构;双工字形结构的左端上翼板与第一支撑组件的上部约束板连接,双工字形结构的左端下翼板与第一支撑组件的下部约束板连接,双工字形结构的右端上翼板与第二支撑组件的上部约束板连接,双工字形结构的右端下翼板与第二支撑组件的下部约束板连接。
进一步的,还包括端部限位螺母,端部限位螺母设置在中心杆的左右两端;端部限位螺母包括第一端部限位螺母和第二端部限位螺母;第一端部限位螺母设置在中心杆的左端且位于左端承力板的左侧,第二端部限位螺母设置在中心杆的右端且位于右端承力板的右侧。
进一步的,第一中间限位螺母与中间承力板之间紧密接触;第二中间限位螺母与中间承力板之间紧密接触。
进一步的,中间承力板上的中心预留孔的直径较中心杆的直径大1-2mm。
进一步的,中间承力板与上部约束板和下部约束板之间设置间隙。
进一步的,第一弧形钢板组和第二弧形钢板组分别包括对称设置的上部弧形钢板和下部弧形钢板,上部弧形钢板设置在中心杆轴线的上方,下部弧形钢板设置在中心杆轴线的下方。
进一步的,第一弧形钢板组和第二弧形钢板组上分别对称设置两根记忆合金束丝,两根记忆合金束丝分别设置在中心杆的两侧;记忆合金束丝的上端与上部弧形钢板的跨中固定连接,下端与下部弧形钢板的跨中固定连接。
与现有技术比,本发明的有益效果有:
本发明一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置,通过采用碟形弹簧作为复位系统,采用弧形钢板作为金属耗能元件,通过设置中心杆将碟形弹簧与中间承力板连接,实现中间承力板的推拉往复运动;弧形钢板为弯曲屈服耗能,耗能性能稳定,弧形钢板构建破坏位置易于控制且震后易于更换,实现了对整体支撑的再利用,具有较好的经济性和实用性,本发明结构简单,安装方便,成本较低,易于广泛推广。
进一步的,通过设置中间连接件,用于在保证耗能功能设计的基础上,根据实际工程尺寸的需求,调节自复位耗能支撑装置的长度,便于自复位耗能支撑装置安装和拆卸运输,满足了实际生产和安装需要。
进一步的,拥有提升结构抗侧刚度及良好滞回性能的特点,本装置在具有价格低廉,安装简便,且复位性能稳定可靠,拥有良好的应用前景的基础上,可以实现对整体构件的复位作用,减小结构的残余变形。
进一步的,本发明采用纯钢组合构件,加工简单,造价低廉;对钢材无特殊需求,满足实际生产水平。
进一步的,通过弧形钢板组上设置记忆合金束丝,记忆合金束丝兼具耗能和复位性能,限制了上部弧形钢板和下部弧形钢板的过度塑性变形,避免了弧形钢板因过屈曲而导致刚度严重退化,进而提高弧形钢板组的耗能性能。
本发明由于各个部件的连接是可拆卸的,在地震发生后,若某一构件局部发生损坏,可以轻松实现更换;与传统的钢混组合构件相比,由于没有湿作业,实现了便捷的加工制作;本发明通过改变碟形弹簧的布置调整弹簧刚度及复位性能,极大程度上实现对结构的复位,在震后可以通过置换弧形钢板阻尼元件实现支撑的再利用;本发明与传统同类型构件相比,减少了焊接连接方式的使用,主体受力连接件全部使用螺栓连接,避免了因焊接产生的残余应力;由于耗能元件为弧形钢板,其构造形式决定了其耗能性能更加稳定可靠,且破坏形态易于控制,破坏部位能够预先设防,该形式的耗能钢板性能能够得到有效的保障,易于广泛应用推广。
附图说明
图1为本发明所述的自复位耗能支撑装置整体结构示意图;
图2为本发明所述的自复位耗能支撑装置的局部结构示意图;
图3为本发明所述的自复位耗能支撑装置的组装步骤图;
图4为本发明所述的自复位耗能支撑装置的工作过程示意图;
图5为本发明所述的自复位耗能支撑装置基本体系计算简图;
图6为本发明所述的自复位耗能支撑装置的滞回曲线图;
其中,左连接件1,第一支撑组件2、中间连接件3、第二支撑组件4、右连接件5;6左端承力板,7中间承力板,8右端承力板,9中心杆,10碟形弹簧,11弧形钢板组,12中间限位螺母,13上部约束板,14下部约束板,15端部限位螺母,16记忆合金束丝;101第一碟形弹簧,102第二碟形弹簧,111第一弧形钢板组,112第一弧形钢板组,121第一中间限位螺母,122第二中间限位螺母,151第一端部限位螺母,152第二端部限位螺母。
具体实施方式
以下结合附图1-6及具体实施例对本发明做进一步解释说明,需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例,凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
参考附图1-3所示,本发明一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置,包括左连接件1、第一支撑组件2、中间连接件3、第二支撑组件4及右连接件5;第一支撑组件2的左端与左连接件1焊接固定连接,第一支撑组件2的右端与中间连接件3的左端通过螺栓固定连接;中间连接件3的右端与第二支撑组件4的左端通过螺栓固定连接,第二支撑组件4的右端与右连接件5焊接固定连接;
第一支撑组件2和第二支撑组件4的结构完全相同;第一支撑组件2与第二支撑组件4对称设置在中间连接件3的左右两端;第一支撑组件2或第二支撑组件4包括左端承力板6、中间承力板7、右端承力板8、中心杆9、碟形弹簧10、弧形钢板组11、中间限位螺母12、上部约束板13、下部约束板14、端部限位螺母15和记忆合金束丝16;上部约束板13平行设置在下部约束板14的上部,左端承力板6和右端承力板8均垂直设置在上部约束板13和下部约束板14之间,左端承力板6设置在上部约束板13和下部约束板14之间的左端,右端承力板8设置在上部约束板13和下部约束板14之间的右端;左端承力板6和右端承力板8均为工字型结构并相互平行设置;左端承力板6的上端与上部约束板13的左端通过螺栓固定连接,左端承力板6的下端与下部约束板14的右端通过螺栓固定连接;右端承力板8的上端与上部约束板13的右端通过螺栓固定连接,右端承力板8的下端与下部约束板14的右端通过螺栓固定连接;
中间连接件3采用双工字形结构;双工字形结构的左端上翼板与第一支撑组件2的上部约束板13连接,双工字形结构的左端下翼板与第一支撑组件2的下部约束板14连接,双工字形结构的右端上翼板与第二支撑组件4的上部约束板13连接,双工字形结构的右端下翼板与第二支撑组件2的下部约束板14连接
左端承力板6上设置有中心预留孔,右端承力板8上设置有中心预留孔,左端承力板6上的中心预留孔与右端承力板8上的中心预留孔设置在同一轴线上;中心杆9依次穿过左端承力板6上的中心预留孔和右端承力板8上的中心预留孔,且两端出露;
中心杆9上设置有螺纹,端部限位螺母15设置在中心杆9的左右两端;端部限位螺母15包括第一端部限位螺母151和第二端部限位螺母152,分别用于在装置预紧安装过程中固定左端承力板6和右端承力板8,以及在装置支撑过程中限制中心杆9的位移;防止中心杆9的位移过大时,中心杆9从左端承力板6或右端承力板8上脱离;第一端部限位螺母151设置在中心杆9的左端且位于左端承力板6的左侧,第二端部限位螺母152设置在中心杆9的右端且位于右端承力板8的右侧;中心杆9的一端与左连接件1或右连接件5焊接固定连接,中心杆9的另一端为自由端;左连接件1和右连接件5分别与建筑物固定连接;
中间承力板7设置在左端承力板6和右端承力板8之间,中间承力板7的上下两端与上部约束板13和下部约束板14之间设置有间隙;中间承力板7上设置有预留中心孔,中间承力板7通过预留中心孔套设在中心杆9上;
中间限位螺母12包括第一中间限位螺母121和第二中间限位螺母122;第一中间限位螺母121设置在中间承力板7的左侧,并紧密接触;第二中间限位螺母122设置在中间承力板7的右侧,并紧密接触;通过中间限位螺母12将中心杆9和中间承力板7连接为整体,实现了中间承力板7与中心杆9同时运动的目的;
碟形弹簧10用作复位元件,碟形弹簧10套设在中心杆9上,碟形弹簧10包括第一碟形弹簧101和第二碟形弹簧102;第一碟形弹簧101设置在左端承力板6与第一中间限位螺母121之间,第二碟形弹簧102设置在第二中间限位螺母122和右端承力板8之间;
弧形钢板组11用作耗能元件,弧形钢板组11包括第一弧形钢板组111和第二弧形钢板组112,第一弧形钢板组111设置在左端承力板6与中间承力板7之间,第一弧形钢板组111的一端与左端承力板6的右侧通过螺栓固定连接,第一弧形钢板组111的另一端与中间承力板7的左侧通过螺栓固定连接;第二弧形钢板组112设置在中间承力板7和右端承力板8之间,第二弧形钢板组112的一端与中间承力板7的右侧通过螺栓固定连接,第二弧形钢板组112的另一端与右端承力板8的左侧通过螺栓固定连接;
第一弧形钢板组111和第二弧形钢板组112分别包括对称设置的上部弧形钢板和下部弧形钢板,上部弧形钢板和下部弧形钢板的结构完全相同;上部弧形钢板和下部弧形钢板分别沿中心杆9的轴线中心对称设置在碟形弹簧10的外侧;上部弧形钢板和下部弧形钢板由于存在初始弯曲,当承受拉压作用时,弧形钢板为弯曲屈服型耗能元件,其破坏形态为弯曲破坏。
第一弧形钢板组111和第二弧形钢板组112上分别对称设置两根记忆合金束丝16,记忆合金束丝16兼具耗能与复位的作用;两根记忆合金束丝16分别设置在中心杆的两侧;记忆合金束丝16的上端与上部弧形钢板的跨中固定连接,下端与下部弧形钢板的跨中固定连接;上部弧形钢板和下部弧形钢板两侧跨中位置边缘区域设置圆形孔,圆形孔沿上部弧形钢板或下部弧形钢板的宽度方向对称设置,记忆合金束丝16的上端穿过上部弧形钢板上的圆形孔,并锚固在上部弧形钢板上;记忆合金束丝16的下端穿过下部弧形钢板上的圆形孔,并锚固在下部弧形钢板上。
参考附图3所示,本发明一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置的组装过程,包括以下步骤:
首先,将设有螺纹的中心杆9穿过左端承力板6上,然后在左端承力板6的左侧安装第一端部限位螺母151,通过第一端部限位螺母151将左端承力板6锚固在中心杆9上;在左端承力板6的右侧,将第一碟形弹簧101,穿设在中心杆9上;待第一碟形弹簧101安装在中心杆9后,将第一中间限位螺母121安装在中心杆9上,转动第一中间限位螺母121压缩第一碟形弹簧101至设计位置,完成第一碟形弹簧101的预应力施加;
随后,在第一中间限位螺母121的右侧安装中间承力板7,中间承力板7通过预留中心孔穿设在中心杆9上,中间承力板7上的预留中心孔直径大于中心杆9的直径;在中间承力板7的右侧,将第二中间限位螺母122安装在中心杆9上;
接着,在第二中间限位螺母122的右侧,将第二碟形弹簧102套设在中心杆9上,并将右端承力板8安装在中心杆9上;在右端承力板8的左侧,将第二端部限位螺母152安装在中心杆9上,调节向左第二端部限位螺母152压缩第二碟形弹簧102至设计位置,完成第二碟形弹簧102的预应力施加;
接着,将第一弧形钢板组111通过螺栓固定安装在左端承力板6和中间承力板7之间,将第二弧形钢板组112通过螺栓固定安装在中间承力板7和右端承力板8之间,将上部约束板13和下部约束板14与左端承力板6和右端承力板8固定连接;
接着,重复上述,完成第一支撑组件2和第二支撑组件4的组装,并通过中间连接件3将第一支撑组件2和第二支撑组件4通过螺栓固定连接在一起;
接着,将记忆合金束丝16的上端穿过上部弧形钢板上的预留孔,并锚固在上部弧形钢板上,将记忆合金束丝16的下端穿过下部弧形钢板上的预留孔,并锚固在下部弧形钢板上;
最后,将左连接件1与第一支撑组件2的中心杆9的左端焊接固定,将右连接件5与第二支撑组件4的中心杆的右端焊接固定,得到所述的弧形钢板自复位耗能支撑装置。
工作原理:
工作中,将本发明所述的自复位耗能支撑装置通过左连接件和右连接件与建筑物连接,由于本发明所述的支撑装置具有拉压对称性,无论是在受拉或者受压状态下,该支撑受力状态始终是一致的;
参考附图4所示,在本发明装置在受拉状态下时:当本发明支撑装置处于受拉状态时,左连接件或右连接件通过中心杆带动中间承力板分别向两侧移动,继而压缩A1、B1区弧形钢板,拉伸A2、B2区弧形钢板,使得弧形钢板通过金属变形耗散地震能量;与此同时,A1、B1区碟形弹簧受压后,提供与弧形钢板受压方向反向的恢复力;
在受压状态时,其工作原理与受拉状态相类似,在本发明支撑装置的整个工作过程中,始终存在两个工作区域以提供恢复力及进行耗能。
当上部弧形钢板和下部弧形钢板处于受压状态时,上部弧形钢板和下部弧形钢板将分别向凸起方向发生压缩位移,上部弧形钢板和下部弧形钢板对记忆合金束丝进行张拉作用,记忆合金束丝通过拉伸效应将地震能量转化为热能,并散发至外界环境中,以此实现记忆合金束丝的补充耗能效果,在记忆合金束丝张拉耗能的同时,由于记忆合金的形状记忆效应,将对上部弧形钢板和下部弧形钢板进行复位效果,限制上部弧形钢板和下部弧形钢板的过渡塑性变形;避免了弧形钢板因过屈曲而导致刚度严重退化,进而提高弧形钢板的耗能性能。
参考附图6给出了本发明所述的自复位耗能支撑装置的滞回曲线图,从附图6中可以看出该支撑滞回曲线饱满,呈旗帜型,各段刚度曲线过渡光滑,耗能性能良好且稳定,曲线原点呈现捏缩现象,复位性能得到保障,对支撑及结构的复位性能有了很大提高,减小了震后的结构的残余变形。
本发明中的弧形钢板内力计算:
弧形钢板组用于自复位耗能支撑装置的耗能单元,弧形钢板组由多片弧形钢板并联而成,相同尺寸弧形钢板力学性能相同,现以单片弧形钢板的力学性能进行分析;
参考附图5所示,将不同曲率和厚度和宽度的弧形钢板的力学模型简化为一端固接,另一端可沿水平方向自由移动的滑动支座,该模型为二次超静定体系,撤去左端约束得到该模型的基本体系;
由基本体系中沿X1和X2方向的位移及转角为0,可得力法方程如下:
Figure GDA0002879287430000101
由弧形钢板的曲率半径R远大于构件截面厚度,即R>>5h,故忽略轴力和剪力的作用,仅考虑弯矩的作用。现将
Figure GDA0002879287430000102
和P分别作用在基本体系上得到内力表达式如下(假定弯矩上部纤维受拉为正):
Figure GDA0002879287430000103
Figure GDA0002879287430000104
假定曲率对位移的影响可以忽略不计,由ds=Rdθ得:
Figure GDA0002879287430000111
Figure GDA0002879287430000112
Figure GDA0002879287430000113
Figure GDA0002879287430000114
Figure GDA0002879287430000115
带入力法方程(1)可解得:
X1=0;
Figure GDA0002879287430000116
弧形耗能板得内力方程为:
Figure GDA0002879287430000117
本发明中的弧形钢板刚度计算:
由上述分析可知:
Figure GDA0002879287430000118
Figure GDA0002879287430000119
则端部位移为:
Figure GDA00028792874300001110
因此单片弧形钢板耗能件的刚度为:
Figure GDA0002879287430000121
当弧形钢板屈服后,其刚度将发生退化,由屈服后弹性模量取屈服前弹性模量的5%,即Ey=0.05E,因此将Ey=0.05E带入公式(3)即得到弧形钢板屈服后刚度。
本发明中弧形钢板的极限荷载和屈服位移
极限荷载
假定弧形钢板截面外边缘的正应力为σy,其值为钢材的屈服强度,根据边缘屈服准则弧形钢板在弹性范围工作时其弹性极限弯矩Me为:
Figure GDA0002879287430000122
塑性极限弯矩Mp为:
Figure GDA0002879287430000123
其中ξ为截面形状系数,由弧形钢板截面为矩形,其形状系数取1.5;b为弧形钢板宽度;h为弧形钢板厚度。
又由:
Figure GDA0002879287430000124
Figure GDA0002879287430000125
可得:
Figure GDA0002879287430000126
所以弧形钢板先在端部出现塑性铰,后在跨中出现塑性铰。
由公式(3)、(4)得极限荷载PP为:
Figure GDA0002879287430000127
屈服位移
由横力弯曲能量公式:
Figure GDA0002879287430000131
将公式(2)带入公式(6)解得屈服位移为:
Figure GDA0002879287430000132
屈服荷载Py为:Py=ΔP·KSteel
本发明中的碟形弹簧刚度计算
本发明所述的支撑装置采用碟形弹簧作为复位系统,与其他复位材料相比,碟形弹簧拥有体积占比小,承压均匀,缓冲减震能力强及价格低等优点;
根据碟形弹簧国家标准GB/T 1972-2005,碟形弹簧载荷-变形特性曲线与h0/t(h0为无支承面碟簧压平时的计算值,t为碟簧厚度)相关,当h0/t>4时其特性曲线呈非线性关系,当h0/t≤4时其特性曲线呈线性关系,本发明所述的装置采用A系列碟形弹簧,其h0/t≈4,可近似将其特性曲线认为线性相关,碟形弹簧采用复合组合方式,不考虑碟簧与中心杆之间的摩擦关系,其承载力与变形公式为:
FZ=n×F;fZ=i×f
其组合碟簧刚度为:KSpring=FZ/fZ
式中FZ为与变形量fZ对应的组合碟簧负荷;n为叠合组合碟簧中碟簧片数;F为单片碟簧的负荷;fZ为组合碟簧变形量;i为组合弹簧中叠合碟簧组数;f为单片碟簧的变形量;KSpring为组合碟簧刚度。
本发明所述的自复位耗能支撑由耗能部分和复位部分及外围约束构件组装而成,采用弧形钢板作为耗能部分时,弧形钢板由于存在初始弯曲,故当承受拉压作用时,弧形钢板为弯曲屈服型耗能元件,其破化形态为弯曲破坏;
进一步的,采用碟形弹簧作为复位部分,为本发明所述的支撑装置提供恢复力,以实现对结构在震后的复位,减小结构的残余变形,碟形弹簧成本低廉,性能稳定且受外部环境影响较小,是一种理想的复位材料;
进一步的,采用记忆合金束丝作为兼具耗能、复位性能的元件,当弧形钢板处于受压状态时,弧形钢板将向凸起方向发生压缩位移,上部弧形钢板和下部弧形钢板对记忆合金束丝进行张拉作用,记忆合金束丝通过拉伸效应将地震能量转化为热能,并散发至外界环境中,以此实现记忆合金束丝的补充耗能效果;在记忆合金束丝张拉耗能的同时,由于记忆合金的形状记忆效应,将对上部弧形钢板和下部弧形钢板进行复位效果,限制弧形钢板的过渡塑性变形,进而避免弧形钢板因过屈曲而导致刚度严重退化,进而提高弧形钢板的耗能性能。
进一步的,通过设置中间连接件,将左右两组支撑组件连接在一起,使之形成为一个整体,其优点在于:使得该耗能支撑可以拆卸运输,降低了运输和安装的难度;由于中间连接件的尺寸和螺栓开孔位置是可以随本发明支撑装置安装时的实际情况进行调整的,因此在安装和检修更换时更加便利;
进一步的,通过设置中部承力板而言,在中间承力板中部开有直径略大于中心杆1~2mm的孔径,将带有螺纹的中心杆穿过预留中心孔,采用中间限位螺母将中部承力板固定,实现了连接弧形钢板以及通过运动压缩碟形弹簧,以此为本发明装置提供恢复力;
进一步的,通过设置端部限位螺母实现了在为弹簧施加预应力阶段起到固定端部承力板的作用以及支撑工作过程中防止中心杆由于过大位移脱离端部承力板;
进一步的,通过设置中间限位螺母实现了在预应力施加阶段,通过转动端部限位螺母,调节端部限位螺母的位置,对碟形弹簧的预应力施加;以及起到将中心杆与中间承力板连接为一个整体的作用,实现中间承力板与中心杆同时运动的目的。
针对现有自复位耗能支撑成本造价高、不利于震后再利用、安装复杂等缺点,本发明耗能支撑装置构造简单,耗能机理明确可靠,且能在震后通过替换耗能元件实现支撑的再次利用,从制造成本和使用成本上都较低,将弧形钢板作为主要耗能构件,成本低廉,且对小震反应敏感,能有效提高耗能效率;将碟形弹簧作为主要复位组件,成本低廉,且对环境适应程度高,耐久性能优越;此外将记忆合金束丝作为次要耗能组件兼具复位性能,实现支撑的双重耗能和双重复位,此外采用双弓对拉构造,以记忆合金束丝的拉力限制弧形钢板的过屈曲现象,进一步提高耗能性能。

Claims (7)

1.一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置,其特征在于,包括左连接件(1)、第一支撑组件(2)、第二支撑组件(4)及右连接件(5),左连接件(1)与第一支撑组件(2)的左端连接,第一支撑组件(2)的右端与第二支撑组件(4)的左端连接,第二支撑组件(4)的右端与右连接件(5)连接;第一支撑组件(2)与第二支撑组件(4)对称设置,第一支撑组件(2)和第二支撑组件(4)的结构相同;
第一支撑组件(2)或第二支撑组件(4)包括平行设置的上部约束板(13)和下部约束板(14)以及设置在上部约束板(13)和下部约束板(14)之间的左端承力板(6)、中间承力板(7)、右端承力板(8)、中心杆(9)、碟形弹簧(10)、弧形钢板组(11)、中间限位螺母(12);左端承力板(6)设置在上部约束板(13)和下部约束板(14)之间的左端,右端承力板(8)设置在上部约束板(13)和下部约束板(14)之间的右端;左端承力板(6)和右端承力板(8)上均设置有中心预留孔,且中心预留孔位于同一轴线;中心杆(9)依次穿过左端承力板(6)上的中心预留孔和右端承力板(8)上的中心预留孔设置,且两端出露,中心杆(9)上设置有螺纹;中心杆(9)的一端与左连接件(1)或右连接件(5)焊接固定连接,中心杆(9)的另一端为自由端;左连接件(1)和右连接件(5)分别与建筑物固定连接;
中间承力板(7)设置在左端承力板(6)和右端承力板(8)之间,中间承力板(7)上设置有预留中心孔,中间承力板(7)通过预留中心孔套设在中心杆(9)上;中间限位螺母(12)包括第一中间限位螺母(121)和第二中间限位螺母(122);第一中间限位螺母(121)设置在中间承力板(7)的左侧;第二中间限位螺母(122)设置在中间承力板(7)的右侧;碟形弹簧(10)套设在中心杆(9)上,碟形弹簧(10)包括第一碟形弹簧(101)和第二碟形弹簧(102);第一碟形弹簧(101)设置在左端承力板(6)与第一中间限位螺母(121)之间,第二碟形弹簧(102)设置在第二中间限位螺母(122)和右端承力板(8)之间;弧形钢板组(11)包括第一弧形钢板组(111)和第二弧形钢板组(112),第一弧形钢板组(111)设置在左端承力板(6)与中间承力板(7)之间,第二弧形钢板组(112)设置在中间承力板(7)和右端承力板(8)之间;
第一弧形钢板组(111)和第二弧形钢板组(112)分别包括对称设置的上部弧形钢板和下部弧形钢板,上部弧形钢板设置在中心杆(9)轴线的上方,下部弧形钢板设置在中心杆(9)轴线的下方;
第一弧形钢板组(111)和第二弧形钢板组(112)上分别对称设置两根记忆合金束丝(16),两根记忆合金束丝(16)分别设置在中心杆(9)的两侧;记忆合金束丝(16)的上端与上部弧形钢板的跨中固定连接,下端与下部弧形钢板的跨中固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置,其特征在于,还包括中间连接件(3),中间连接件(3)设置在第一支撑组件(2)和第二支撑组件(4)之间;中间连接件(3)的左端与第一支撑组件(2)的右端通过螺栓连接,中间连接件(3)的右端与第二支撑组件(4)的左端通过螺栓连接。
3.根据权利要求2所述的一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置,其特征在于,中间连接件(3)采用双工字形结构;双工字形结构的左端上翼板与第一支撑组件(2)的上部约束板(13)连接,双工字形结构的左端下翼板与第一支撑组件(2)的下部约束板(14)连接,双工字形结构的右端上翼板与第二支撑组件(4)的上部约束板(13)连接,双工字形结构的右端下翼板与第二支撑组件(2)的下部约束板(14)连接。
4.根据权利要求1所述的一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置,其特征在于,还包括端部限位螺母(15),端部限位螺母(15)设置在中心杆(9)的左右两端;端部限位螺母(15)包括第一端部限位螺母(151)和第二端部限位螺母(152);第一端部限位螺母(151)设置在中心杆(9)的左端且位于左端承力板(6)的左侧,第二端部限位螺母(152)设置在中心杆(9)的右端且位于右端承力板(8)的右侧。
5.根据权利要求1所述的一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置,其特征在于,第一中间限位螺母(121)与中间承力板(7)之间紧密接触;第二中间限位螺母(122)与中间承力板(7)之间紧密接触。
6.根据权利要求1所述的一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置,其特征在于,中间承力板(7)上的中心预留孔的直径较中心杆(9)的直径大1-2mm。
7.根据权利要求1所述的一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置,其特征在于,中间承力板(7)与上部约束板(13)和下部约束板(14)之间设置间隙。
CN201910239458.5A 2019-03-27 2019-03-27 一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置 Active CN109853770B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910239458.5A CN109853770B (zh) 2019-03-27 2019-03-27 一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910239458.5A CN109853770B (zh) 2019-03-27 2019-03-27 一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109853770A CN109853770A (zh) 2019-06-07
CN109853770B true CN109853770B (zh) 2021-02-26

Family

ID=66902077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910239458.5A Active CN109853770B (zh) 2019-03-27 2019-03-27 一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109853770B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111241635B (zh) * 2020-01-08 2022-05-13 太原科技大学 一种厚板同径异速蛇形轧制轧后弯曲曲率计算模型及方法
CN111962703A (zh) * 2020-08-18 2020-11-20 广州大学 一种自复位防屈曲支撑及其消能方法
CN112502307A (zh) * 2020-11-20 2021-03-16 广州大学 一种自恢复型消能支撑及其消能方法
CN112681548B (zh) * 2020-12-14 2022-03-01 大连交通大学 一种位移放大型多级软钢耗能自复位支撑
CN113944360B (zh) * 2021-11-15 2022-11-29 重庆大学 多阶自复位支撑构件及其组装方法
CN114606854A (zh) * 2021-12-17 2022-06-10 中铁二院工程集团有限责任公司 桥梁高墩防屈曲支撑

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW305914B (en) * 1996-10-14 1997-05-21 Hawse Co Ltd Direction-type active joint and its damping usage
US8590258B2 (en) * 2011-12-19 2013-11-26 Andrew Hinchman Buckling-restrained brace
JP6359382B2 (ja) * 2014-08-21 2018-07-18 株式会社フジタ 床振動制御装置
CN206189642U (zh) * 2016-11-25 2017-05-24 西安建筑科技大学 一种弧形软钢消能拉压阻尼器
CN206570979U (zh) * 2017-03-02 2017-10-20 西京学院 一种高耗能减震减压自复位装置
CN207959577U (zh) * 2018-03-15 2018-10-12 沈阳建筑大学 分离式直角耗能加固构件
CN108798181A (zh) * 2018-08-29 2018-11-13 沈阳建筑大学 一种组合式耗能阻尼器
CN108951922A (zh) * 2018-08-29 2018-12-07 沈阳建筑大学 一种具有限位复位功能的圆筒拉压阻尼器
CN109457828B (zh) * 2018-11-16 2024-02-13 长安大学 一种双约束自复位防屈曲耗能支撑

Also Published As

Publication number Publication date
CN109853770A (zh) 2019-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109853770B (zh) 一种自复位双弓对拉双重耗能支撑装置
CN109457828B (zh) 一种双约束自复位防屈曲耗能支撑
CN112922182B (zh) 一种自复位变阻尼变刚度粘弹性及摩擦复合阻尼器
CN113802909B (zh) 一种自复位耗能支撑结构及组装方法
CN102808464B (zh) 一种纤维预拉杆式自定心型钢屈曲约束支撑
CN112962807B (zh) 一种摩擦型自复位现浇梁柱节点
CN201826255U (zh) 履带式金属耗能阻尼器
CN109024960B (zh) 一种sma自复位摩擦阻尼器
CN201665929U (zh) 防拉压屈服金属弯曲耗能阻尼器
CN112267591A (zh) 一种可更换耗能内芯的自复位防屈曲支撑
CN113944360A (zh) 多阶自复位支撑构件及其组装方法
WO2020252835A1 (zh) 一种带摩擦阻尼器的震后快速恢复的剪切型钢桁架连梁
CN111074776A (zh) 一种高烈度地震区悬索桥合理抗震新体系结构
CN114775788B (zh) 一种装配式自复位抗震钢桁架梁体系
CN113047433B (zh) 一种装配式自复位耗能框架梁柱连接体系及施工方法
CN101775855A (zh) 防拉压屈服金属弯曲耗能阻尼器
CN113622535A (zh) 基于锌铝合金的自复位阻尼器及其制作方法
CN212271761U (zh) 一种基于压电和形状记忆合金的复合型轴向耗能装置
CN210421490U (zh) 一种具有自复位功能的sma-木质摩擦阻尼器
CN109296102B (zh) 一种能够实现刚度退化与耗能的剪力键阻尼支撑
CN111706142A (zh) 一种基于压电和形状记忆合金的复合型轴向耗能装置
CN218952439U (zh) 一种网架结构的杆件加固装置
CN208137169U (zh) 一种自消能自回位轻型桁架体系
CN220579784U (zh) 一种缓冲耗能新型防落梁装置
CN114508176B (zh) 含碟簧螺栓连接组件的梁柱节点

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant