CN110005899A - 拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，包括承重吊杆、横向自复位耗能斜撑、纵向自复位耗能斜撑、可调式铰链和支撑螺杆，当管道作为管线容器时，还包括吊架，承重吊杆的顶部与主体结构进行连接，其底部通过支撑螺杆与吊架进行连接，横、纵向自复位耗能斜撑的两端分别通过可调式铰链连接吊架与主体结构，管道插入吊架内并固定；当线槽作为管线容器时，还包括水平横杆，水平横杆通过承重吊杆、横、纵向自复位耗能斜撑与主体结构进行连接，线槽通过螺栓固接于水平横杆上。本发明具有构造简单、耗能复位兼顾、特性可调、便于规格化等优点，能够增加机电管道设施的自复位能力，从而提升整个管线体系的可恢复性。

Description

拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架
技术领域
本发明是一种用于管道工程的抗震支架，具体为一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架。背景技术
在城市生命线防灾安全中，消防、通信、电力、燃气等机电工程的安全性非常重要，其抗震防灾能力的提升对于城市整体防灾能力的提升具有巨大的促进作用。随着，社会经济和专业技术的发展，对于机电管线工程的安全性要求越来越高。我国《建筑抗震设计规范》G50011-2010中规定“抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。”“非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。”因此，如何提升管道工程在灾害下的性能成为当前工程师关注的热点之一。
近来，利用振动控制技术保护管线工程已经日渐引发关注，许多已公开的机电工程抗震支吊架专利中引入了该项技术，如一种用于抗震支架的减震机构（ZL201820475040.5）、一种加强型减震抗震支架（ZL201721571457.3）、一种电力设备抗震支架用高效减震阻尼器（ZL201820291917.5）等。然而，关于这些装置震后可恢复性目前在抗震支架领域关注较少，但如何主动提升城市的防灾能力，加强灾害预防和灾后恢复能力对于提高国家安全和社会稳定、保障经济和社会发展显得尤为重要。特别是随着经济的持续发展，人们渴望灾后城市功能的快速恢复，渴望震灾对日常生活影响的不断降低，“韧性城市”的理念愈发受到关注，结构和生命线工程的可恢复性研究愈发收到重视。
本专利利用耗能减振和自恢复的技术理念，基于阻尼耗能、预应力和形状记忆的原理，开发一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，实现承载变形控制、耗能减震和震后自复位一体的功能，从而为抗震支吊架提供一种新的保护理念，从抗、减向灾后可恢复发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，用于机电工程管线的承载、震灾保护和灾后自恢复。本发明提供了有别于一般抗震支架的耗能减震保护技术和预应力自复位功能，利用套筒式构造结合阻尼材料耗散振动能量，借助预应力拉索或形状记忆合金提供自动复位能力，具有制作简单、功能划分明确、耗能稳定、复位能力强、可规格化生产等特点。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，包括承重吊杆、横向自复位耗能斜撑、纵向自复位耗能斜撑、可调式铰链和支撑螺杆，还包括多个吊架，多个吊架间隔套设在管道的外圈，所述承重吊杆的顶部与主体结构进行连接，其底部通过支撑螺杆与吊架进行连接，所述横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑的两端分别通过可调式铰链连接吊架与主体结构；
当线槽作为管线容器时，还包括水平横杆，所述水平横杆通过间隔设置的多根承重吊杆、横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑与主体结构进行连接，线槽设置在相邻的两根承重吊杆之间并通过螺栓固接于水平横杆上；
所述横向自复位耗能斜撑的水平投影垂直于管道或水平横杆的长度方向，所述纵向自复位耗能斜撑的水平投影重合于管道或水平横杆长度方向的中心轴线；所述横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑结构相同，包括外套管、内套管、复位拉索、锚固隔板、拉索连接件、固定调节螺母、耗能调节螺杆、滑动垫片和耗能调节螺母，所述内套管部分套设在外套管内并通过耗能调节螺杆穿设于外套管和内套管的横截面由两端的耗能调节螺母进行固定，所述外套管内表面和内套管外表面之间设置耗能件，所述耗能调节螺杆和耗能调节螺母与外套管外表面之间设置滑动垫片；所述外套管和内套管的内部相对的两个横截面内壁上平行设有一对锚固隔板，复位拉索两端套上拉索连接件并通过固定调节螺母连接于两侧的锚固隔板上。进一步的，所述外套管和内套管采用圆形或方形钢管。
进一步的，所述外套管内表面和内套管外表面之间设置的耗能件为设置于两个重叠面的摩擦滑动面。
进一步的，所述摩擦滑动面采用聚四氟乙烯或改性聚乙烯摩擦材料。
进一步的，所述外套管内表面和内套管外表面之间设置的耗能件为设置于两个重叠面之间的耗能夹层。
进一步的，所述耗能夹层采用粘弹性高性能阻尼橡胶或泡沫铝。
进一步的，所述耗能件通过粘结方式制得。
进一步的，所述承重吊杆为C型槽钢或轻型钢管件，所述承重吊杆通过预埋件和长螺母与主体结构连接。
进一步的，所述复位拉索为钢拉索、形状记忆合金拉索或纤维拉索。
优选的，当管道作为管线容器时，所述横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑间隔设置在相邻的两个吊架上，连接横向自复位耗能斜撑的吊架同时与承重吊杆进行连接；当线槽作为管线容器时，每根承重吊杆与水平横杆的连接处均同时连接一根横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑。
其主要原理是：横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑具有足够大的静摩擦承载能力和适当的动摩擦耗能能力，同时通过复位拉索在震后可以自动复位；当没有振动或振动较小时，横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑的静摩擦特性使得其几乎不发生变形，和承重吊杆共同作用形成一个稳定的空间结构，提供足够的刚度和承载能力；当振动较大时，管道振动导致管道与主体结构之间在空间上相对变形，横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑承受超过静摩擦力的内力，内套管和外套管发生相对滑动，通过接触面的摩擦层耗散振动能量，保护管道和主体结构；当振动结束或变小后，由于复位拉索的作用，内套管和外套管恢复初始的相对位置，从而将管道拉回原来位置；并可通过拧动固定调节螺母和耗能调节螺母，改变斜撑的自复位和摩擦特性。
有益效果：本发明提供的一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架具有构造简单、耗能能力强、自恢复性好、特性可调等优点。在正常使用过程中，本发明的横向自复位耗能支撑和纵向自复位耗能支撑由于静摩擦和复位拉索的作用，不发生变形，具有足够的刚度和承载能力，实现机电工程设备支吊架的功能。当地震引起管线较大振动时，横向自复位耗能支撑和纵向自复位耗能支撑发生滑动摩擦变形，耗散振动能量，保护管线和主体结构。震后，复位拉索控制横向自复位耗能支撑和纵向自复位耗能支撑恢复初始状态，使得管道复位。同时，通过固定调节螺母和耗能调节螺母可改变斜撑的摩擦和复位特性，从而使得产品规格化和工程独特性两个矛盾的方面得到相互协调。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述减震支架当管道作为管线容器时的右视图。
图2是本发明所述减震支架当管道作为管线容器时的正视图。
图3是本发明的自复位耗能斜撑的剖面构造示意图。
图4是本发明自复位耗能斜撑以耗能夹层作为耗能件的剖面构造示意图。
图5是图3中的1-1剖面示意图。
图6是图4中的1-1剖面示意图。
图7是本发明所述减震支架当线槽作为管线容器时的正视图。
图中：1、承重吊杆；2、横向自复位耗能斜撑；21、外套管；22、内套管；23、复位拉索；24、锚固隔板；25、拉索连接件；26、固定调节螺母；27、耗能调节螺杆；28、滑动垫片；29、耗能调节螺母；3、纵向自复位耗能斜撑；4、管道；5、吊架；6、可调式铰链；7、支撑螺杆；8、线槽；9、水平横杆。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，如图1-7所示，包括承重吊杆1、横向自复位耗能斜撑2、纵向自复位耗能斜撑3、可调式铰链6和支撑螺杆7，当管道4作为管线容器时，还包括吊架5，所述承重吊杆1的顶部与主体结构进行连接，其底部通过支撑螺杆7与吊架5进行连接，所述横向自复位耗能斜撑2和纵向自复位耗能斜撑3的两端分别通过可调式铰链6连接吊架5与主体结构，管道4插入吊架5内并固定；
当线槽8作为管线容器时，还包括水平横杆9，所述水平横杆9通过承重吊杆1、横向自复位耗能斜撑2和纵向自复位耗能斜撑3与主体结构进行连接，线槽8通过螺栓固接于水平横杆9上；
所述横向自复位耗能斜撑2和纵向自复位耗能斜撑2结构相同，包括外套管21、内套管22、复位拉索23、锚固隔板24、拉索连接件25、固定调节螺母26、耗能调节螺杆27、滑动垫片28和耗能调节螺母29，所述内套管22部分套设在外套管21内并通过耗能调节螺杆27穿设于外套管21和内套管22的横截面由两端的耗能调节螺母29进行固定，所述外套管21内表面和内套管22外表面之间设置耗能件，所述耗能件通过粘结方式制得；所述耗能调节螺杆27和耗能调节螺母29与外套管21外表面之间设置滑动垫片28；所述外套管21和内套管22的内部相对的两个横截面内壁上平行设有一对锚固隔板24，复位拉索23两端套上拉索连接件25并通过固定调节螺母26连接于两侧的锚固隔板24上；所述复位拉索为钢拉索、形状记忆合金拉索或纤维拉索。
所述外套管21和内套管22采用圆形或方形钢管。
所述外套管21内表面和内套管22外表面之间设置的耗能件为设置于两个重叠面的摩擦滑动面，如图3所示，所述摩擦滑动面采用聚四氟乙烯或改性聚乙烯摩擦材料。
或者所述外套管21内表面和内套管22外表面之间设置的耗能件为设置于两个重叠面之间的耗能夹层，如图4所示，所述耗能夹层采用粘弹性高性能阻尼橡胶或泡沫铝。
所述承重吊杆1为C型槽钢或轻型钢管件，所述承重吊杆1通过预埋件和长螺母与主体结构连接。
优选的，当管道4作为管线容器时，所述横向自复位耗能斜撑2和纵向自复位耗能斜撑3间隔设置在相邻的两个吊架上，连接横向自复位耗能斜撑2的吊架同时与承重吊杆1进行连接；当线槽8作为管线容器时，每根承重吊杆1与水平横杆9的连接处均同时连接一根横向自复位耗能斜撑2和纵向自复位耗能斜撑3。
本发明所述支架的制作步骤如下所示：
（1）根据主体结构和机电设备的相关特性，确定减震设备支架的相关参数，特别是横向自复位耗能斜撑2和纵向自复位耗能斜撑3的各部分尺寸；
（2）根据设计规格，在工厂加工外套管21和内套管22，对外套管21内表面和内套管22外表面进行摩擦处理；在复位拉索23两端安装拉索连接件25，并将复位拉索23与内套管22内的锚固隔板24通过固定调节螺母26固定，另一端与预留在外的锚固隔板24固定；将内套管22插入外套管21，对准预留滑动孔洞，将滑动垫片28置于外套管21外侧，插入耗能调节螺杆27，拧上耗能调节螺母29；将预留在外的锚固隔板24固定到外套管21内，拧动固定调节螺母26调节复位拉索23预应力；将外套管21和内套管22端部盖板焊上，完成横向自复位耗能斜撑2和纵向自复位耗能斜撑3的拼装；
（3）转动耗能调节螺母29，并对不同拧紧状态的自复位耗能斜撑轴向变形特性进行检测，根据检测数据对其摩擦变形和自复位特性进行标定；
（4）通过预埋件和长螺母将承重吊杆1与主体结构连接，利用支撑螺杆7将吊架5与承重吊杆1连接，管道4插入吊架5并固定；或者利用支撑螺杆7将水平承载横杆9与承重吊杆1连接，再将线槽8搁置于水平承载横杆9上，并用螺栓将线槽8固定；
（5）用可调式铰链6将横向自复位耗能斜撑2和纵向自复位耗能斜撑3安装于主体结构和吊架5或水平承载横杆9之间，现场根据工程的实际情况拧动耗能调节螺母29，调节自复位耗能斜撑参数。

Claims (10)

1.一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，其特征在于，包括承重吊杆、横向自复位耗能斜撑、纵向自复位耗能斜撑、可调式铰链和支撑螺杆，还包括多个吊架，多个吊架间隔套设在管道的外圈，所述承重吊杆的顶部与主体结构进行连接，其底部通过支撑螺杆与吊架进行连接，所述横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑的两端分别通过可调式铰链连接吊架与主体结构；
当线槽作为管线容器时，还包括水平横杆，所述水平横杆通过间隔设置的多根承重吊杆、横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑与主体结构进行连接，线槽设置在相邻的两根承重吊杆之间并通过螺栓固接于水平横杆上；
所述横向自复位耗能斜撑的水平投影垂直于管道或水平横杆的长度方向，所述纵向自复位耗能斜撑的水平投影重合于管道或水平横杆长度方向的中心轴线；所述横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑结构相同，包括外套管、内套管、复位拉索、锚固隔板、拉索连接件、固定调节螺母、耗能调节螺杆、滑动垫片和耗能调节螺母，所述内套管部分套设在外套管内并通过耗能调节螺杆穿设于外套管和内套管的横截面由两端的耗能调节螺母进行固定，所述外套管内表面和内套管外表面之间设置耗能件，所述耗能调节螺杆和耗能调节螺母与外套管外表面之间设置滑动垫片；所述外套管和内套管的内部相对的两个横截面内壁上平行设有一对锚固隔板，复位拉索两端套上拉索连接件并通过固定调节螺母连接于两侧的锚固隔板上。
2.根据权利要求1所述的一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，其特征在于，所述外套管和内套管采用圆形或方形钢管。
3.根据权利要求1所述的一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，其特征在于，所述外套管内表面和内套管外表面之间设置的耗能件为设置于两个重叠面的摩擦滑动面。
4.根据权利要求3所述的一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，其特征在于，所述摩擦滑动面采用聚四氟乙烯或改性聚乙烯摩擦材料。
5.根据权利要求1所述的一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，其特征在于，所述外套管内表面和内套管外表面之间设置的耗能件为设置于两个重叠面之间的耗能夹层。
6.根据权利要求5所述的一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，其特征在于，所述耗能夹层采用粘弹性高性能阻尼橡胶或泡沫铝。
7.根据权利要求1所述的一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，其特征在于，所述耗能件通过粘结方式制得。
8.根据权利要求1所述的一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，其特征在于，所述承重吊杆为C型槽钢或轻型钢管件，所述承重吊杆通过预埋件和长螺母与主体结构连接。
9.根据权利要求1所述的一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，其特征在于，所述复位拉索为钢拉索、形状记忆合金拉索或纤维拉索。
10.根据权利要求1所述的一种拉索复合阻尼自复位耗能管线抗震支架，其特征在于，当管道作为管线容器时，所述横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑间隔设置在相邻的两个吊架上，连接横向自复位耗能斜撑的吊架同时与承重吊杆进行连接；当线槽作为管线容器时，每根承重吊杆与水平横杆的连接处均同时连接一根横向自复位耗能斜撑和纵向自复位耗能斜撑。
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