CN110219382B - 一种高效耗能自复位防屈曲支撑 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效耗能自复位防屈曲支撑，其技术方案要点是：一种高效耗能自复位防屈曲支撑，包括活塞杆、上密封筒、密封缸体、下密封连接件，活塞杆穿设于上密封筒，密封缸体内填充有阻尼材料，所述活塞杆套设有下储油箱限位耗能端筒、上储油箱密封耗能端板，活塞杆朝向下密封连接件的一端设有固定耗能端板，活塞杆远离下密封连接件的侧壁设置有突出部，突出部可穿设于上密封筒并与所述上储油箱密封耗能端板抵接，上储油箱密封耗能端板与下储油箱限位耗能端筒之间设置有阻尼复位机构。本发明不仅具有自复位能力，并且具有稳定可靠的高效耗能能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种减震装置，尤其涉及到一种高效耗能自复位防屈曲支撑。
背景技术
结构被动控制技术是土木工程抗震领域研究最早应用最多的一种减震控制方法，结构被动控制技术在理论和应用上均取得了丰硕的成果。被动控制的基本原理是在结构某些部位安装耗能装置，通过装置自身耗能来降低建筑结构的地震响应。被动控制具有造价低廉、构造简单、易于维护且无需外部能源支持等优点，因此在土木工程界得到广泛关注，在实际工程中也得到了大力推广应用。
防屈曲支撑构件作为结构被动控制领域一种重要技术，从20世纪70年代至今经历了将近50年的发展，现在已经作为一种技术成熟、标准完备的抗侧力耗能减震装置广泛应用于各大工程项目中。防屈曲支撑构件大多作为耗能减震装置应用于多层/高层建筑抗侧力体系或既有建筑改造加固中，是通过钢材自身发生弹塑性变形耗散地震能量。结构经历大震后，结构会产生较大残余变形，结构残余变形会严重影响结构在后续余震作用下结构安全性，强震作用下结构产生的过大侧向变形和残余变形是结构破坏倒塌的直接原因。因此，有研究人员提出了具有自复位能力的防屈曲支撑，但是相关研究处于起步阶段，目前提出的自复位防屈曲支撑构件大多存在构造复杂或者造价高昂的问题，并且耗能能力差甚至不具备耗能能力。现有自复位支撑耗能方式大多是摩擦耗能，摩擦面粗糙度会随着支撑的重复往复变形改变，并且随着时间及外部环境因素的改变会造成构件中预压力丢失，都会造成自复位支撑的耗能能力减小，构件耗能能力可靠度较低。能否设计一种高效耗能自复位防屈曲支撑，使得支撑构件不仅具有自复位能力，而且具有优秀的耗能能力，并且构件的耗能能力稳定，基本不受外部环境因素及时间因素影响。如何设计一种高效耗能自复位防屈曲支撑，解决自复位支撑耗能能力差一直是一个难以解决的工程难题。
因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效耗能自复位防屈曲支撑，不仅具有自复位能力，并且具有稳定可靠的高效耗能能力。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：一种高效耗能自复位防屈曲支撑，包括活塞杆、上密封筒、密封缸体、下密封连接件，所述活塞杆穿设于所述上密封筒，所述密封缸体内填充有阻尼材料，所述活塞杆套设有下储油箱限位耗能端筒、上储油箱密封耗能端板，所述下储油箱限位耗能端筒及上储油箱密封耗能端板分别抵接于密封缸体底部及上密封筒，所述活塞杆朝向下密封连接件的一端设置有固定耗能端板，所述固定耗能端板位于所述下储油箱限位耗能端筒底部并可抵接于下储油箱限位耗能端筒的底面，所述活塞杆远离下密封连接件的侧壁设置有突出部，所述突出部可穿设于所述上密封筒并与所述上储油箱密封耗能端板抵接，所述上储油箱密封耗能端板与下储油箱限位耗能端筒之间设置有阻尼复位机构，所述阻尼复位机构包括若干个套设于所述活塞杆的耗能隔板、设置于耗能隔板两侧的弹簧，所述阻尼材料在下储油箱限位耗能端筒、阻尼复位机构、上储油箱密封耗能端板之间根据支撑构件不同变形状态自动调节自由流通。
本发明的进一步设置为：所述上储油箱密封耗能端板及耗能隔板边缘均设置为宽翼缘结构。
本发明的进一步设置为：所述上储油箱密封耗能端板、下储油箱限位耗能端筒、耗能隔板侧壁与所述密封缸体内壁之间留有供阻尼材料流通的缝隙和/或所述上储油箱密封耗能端板、下储油箱限位耗能端筒、耗能隔板侧壁开设有供阻尼材料流通的阻尼孔/阻尼槽。
本发明的进一步设置为：所述下储油箱限位耗能端筒底部设置有流通孔，所述固定耗能端板盖合所述流通孔。
本发明的进一步设置为：所述弹簧为碟形弹簧、螺旋弹簧或波形弹簧。
本发明的进一步设置为：所述固定耗能端板螺纹连接于所述活塞杆，所述活塞杆螺纹连接有抵接于所述固定耗能端板的螺母，所述螺母抵接于固定耗能板端面朝向下密封连接件的端面。
本发明的进一步设置为：密封缸体底面开设有供阻尼材料充入所述密封缸体内腔的填充孔。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1)当整个支撑构件受到压力作用时，外力推动活塞杆朝向下密封连接件移动，并使固定耗能端板跟随活塞杆移动，同时通过阻尼复位机构起到阻尼缓冲耗能作用，外力消失后，通过阻尼复位机构驱动活塞杆复位；当整个支撑构件受到拉力作用时，外力拉动活塞杆背离下密封连接件移动，固定耗能端板带动下储油箱限位耗能端筒同步移动，同时通过阻尼复位机构及阻尼材料流动起到阻尼缓冲耗能作用，外力消失后，通过阻尼复位机构驱动活塞杆复位；因此可保证整个支撑构件无论是受拉力作用或压力作用时，阻尼复位机构均处于受力状态，为构件自复位提供恢复力；并且在初始状态下，由于下储油箱限位耗能端筒与密封缸体底部之间紧密接触，因此阻尼材料在初始状态下不会进入下储油箱中。下储油箱限位耗能端筒筒壁可进一步限制阻尼复位机构的运动方向，具有限位能力。
2)当外力推动活塞杆朝向下密封连接件移动时，突出部抵接于上储油箱密封耗能端板，并带动上储油箱密封耗能端板同步移动，从而使弹簧被压缩，达到缓冲阻尼耗能作用；当外力拉动活塞杆背离下密封连接件移动时，固定耗能端板带动下储油箱限位耗能端筒同步移动，使弹簧被压缩，达到缓冲阻尼耗能作用；并且通过耗能隔板可以减小弹簧在拼装时可能出现的初始拼装缝隙。
3)通过上储油箱密封耗能端板及耗能隔板边缘为宽翼结构使其与密封缸体之间对阻尼材料的剪切面积明显加大，构件内部部件对阻尼材料的剪切与挤压作用显著提升了支撑构件耗能能力；
4)通过阻尼孔方便阻尼材料在上储油箱密封耗能端板、耗能隔板及下储油箱限位耗能端筒之间流通，起到阻尼作用，并提升支撑构件的耗能能力及自复位能力。
5)支撑构件受压时阻尼材料通过下储油箱限位耗能端筒预留流通孔在上储油箱和下储油箱之间自动调节，支撑受拉时阻尼材料通过下储油箱限位耗能端筒与密封缸体之间剪切缝隙在上储油箱和下储油箱之间自动调节。高效耗能自复位防屈曲支撑在变形时内部各部件之间的摩擦力也能提供一定耗能能力。
6)支撑构件中上密封筒与内部固定架构造核心部件均可拆卸，主要部件均可在工厂中进行规格化批量加工，构件主要采用螺纹或高强螺栓进行拼装。
7)本发明利用高效耗能自复位防屈曲支撑，使自复位支撑构件耗能能力弱且耗能可靠度低的问题得以解决，充分发挥防屈曲支撑的自复位能力和耗能能力，进一步加强了结构在地震等作用下的安全性。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图；
图2是实施例1受压力作用变形示意图；
图3是实施例1受拉力作用变形示意图；
图4是实施例2的结构示意图；
图5是实施例3的结构示意图。
图中数字所表示的相应部件名称：1、活塞杆；2、上密封筒；3、密封缸体；4、下储油箱限位耗能端筒；5、下密封连接件；6、固定耗能端板；7、弹簧；8、耗能隔板；9、上储油箱密封耗能端板；10、上连接件；11、阻尼材料；12、突出部；13、螺母；14、阻尼孔；15、流通孔；16、填充孔。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1：如图1至图3所示，本发明提出的一种高效耗能自复位防屈曲支撑，包括活塞杆1、上密封筒2、密封缸体3、下密封连接件5，密封缸体3内填充有阻尼材料11，阻尼材料11可以为粘滞阻尼材料、阻尼油等各种不同类型阻尼材料；密封缸体3可以为密封整体式、底部预留孔或者分体式；上密封筒2与下密封连接件5分设于密封缸体3两端，活塞杆1穿设于所述上密封筒2；在活塞杆1上固定连接有上连接件10，并且上连接件10和下密封连接件5分别与活塞杆1端部和密封缸体3底部连接固定；在密封缸体3底面开设有供阻尼材料11充入所述密封缸体3内腔的填充孔16。
活塞杆1套设有下储油箱限位耗能端筒4、上储油箱密封耗能端板9，下储油箱限位耗能端筒4及上储油箱密封耗能端板9分别抵接于密封缸体3底面及上密封筒2，下储油箱限位耗能端筒4开口朝向下密封连接件5，并且上储油箱密封耗能端板9、下储油箱限位耗能端筒4、所述密封缸体3内壁之间留有供阻尼材料11流通的缝隙。活塞杆1远离下密封连接件5的侧壁设置有突出部12，突出部12外侧壁成圆形设置，突出部12可穿设于上密封筒2并与上储油箱密封耗能端板9抵接，突出部12与上密封筒2之间采取密封处理。活塞杆1朝向下密封连接件5的一端螺纹连接有固定耗能端板6，固定耗能端板6位于下储油箱限位耗能端筒4并可抵接于下储油箱限位耗能端筒4的底面，并且活塞杆1还螺纹连接有抵接于固定耗能端板6的螺母13，螺母13抵接于固定耗能端板6朝向下密封连接件5的端面。上储油箱密封耗能端板9、密封缸体3和上密封筒2之间空间构成上储油箱，下储油箱限位耗能端筒4与密封缸体3之间空间形成下储油箱。上储油箱密封耗能端板9与下储油箱限位耗能端筒4之间设置有阻尼复位机构，阻尼材料11在下储油箱限位耗能端筒4、阻尼复位机构、上储油箱密封耗能端板9之间流通。当整个支撑构件受到压力作用时，外力推动活塞杆1朝向下密封连接件5移动，并使固定耗能端板6跟随活塞杆1移动，同时通过阻尼复位机构起到阻尼缓冲耗能作用，外力消失后，通过阻尼复位机构驱动活塞杆1复位；当整个支撑构件受到拉力作用时，外力拉动活塞杆1背离下密封连接件5移动，固定耗能端板6带动下储油箱限位耗能端筒4同步移动，同时通过阻尼复位机构及阻尼材料11流动及对阻尼材料的剪切作用起到阻尼缓冲耗能作用，外力消失后，通过阻尼复位机构驱动活塞杆1复位；因此可保证整个支撑构件无论是受拉力作用或压力作用时，阻尼复位机构均处于受力状态，为构件自复位提供恢复力。
下储油箱限位耗能端筒4顶部设置有流通孔15，初始状态及支撑受拉状态下，固定耗能端板6盖合所述流通孔15，支撑受压状态下，固定耗能端板6脱离下储油箱限位耗能端筒4使其未盖合流通孔15。支撑构件受压时阻尼材料11通过下储油箱限位耗能端筒4预留流通孔15在上储油箱和下储油箱之间自动调节，支撑受拉时阻尼材料11通过下储油箱限位耗能端筒4与密封缸体3之间剪切缝隙在上储油箱和下储油箱之间自动调节。高效耗能自复位防屈曲支撑在变形时内部各部件之间的摩擦力也能提供一定耗能能力。
并且在初始状态下，由于下储油箱限位耗能端筒4与密封缸体3底部之间紧密接触，因此阻尼材料11在初始状态下不会进入下储油箱中。下储油箱限位耗能端筒4筒壁可进一步限制阻尼复位机构的运动方向，具有限位能力。
其中阻尼复位机构包括多个(数量根据实际情况而定)套设于活塞杆1的耗能隔板8、设置于耗能隔板8两侧的弹簧7，弹簧7可以为碟形弹簧、螺旋弹簧或波形弹簧，采用碟形弹簧作为自复位原件时，通过对碟形弹簧叠合、对合或混合等不同形式组合，拼装出构件所需承载力和变形量。当外力推动活塞杆1朝向下密封连接件5移动时，突出部12抵接于上储油箱密封耗能端板9，并带动上储油箱密封耗能端板9同步移动，从而使弹簧7被压缩，达到支撑自复位耗能作用；当外力拉动活塞杆1背离下密封连接件5移动时，固定耗能端板6带动下储油箱限位耗能端筒4同步移动，使弹簧7被压缩，达到支撑自复位耗能作用；并且通过耗能隔板8可以减小弹簧7在拼装时可能出现的初始拼装缝隙。
实施例2，与实施例1不同之处在于：如图4所示，上储油箱密封耗能端板9及耗能隔板8边缘均设置为宽翼缘结构。通过上储油箱密封耗能端板9及耗能隔板8边缘为宽翼结构使其与密封缸体3之间对阻尼材料11的剪切面积明显加大，构件内部部件对阻尼材料11的剪切与挤压作用显著提升了支撑构件耗能能力。
实施例3，与实施例1不同之处在于：如图5所示，在上储油箱密封耗能端板9、耗能隔板8及下储油箱限位耗能端筒4均开设有供阻尼材料11流通的阻尼孔14，上储油箱密封耗能端板9、耗能隔板8及下储油箱限位耗能端筒4贴合于密封缸体3内壁或与密封缸体3留有间隙。通过阻尼孔14方便阻尼材料11在上储油箱密封耗能端板9、耗能隔板8及下储油箱限位耗能端筒4之间流通，起到阻尼作用，并提升支撑构件的耗能能力及自复位能力。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (5)
1.一种高效耗能自复位防屈曲支撑，包括活塞杆(1)、上密封筒(2)、密封缸体(3)、下密封连接件(5)，所述活塞杆(1)穿设于所述上密封筒(2)，所述密封缸体(3)内填充有阻尼材料(11)，上密封筒(2)设置于密封缸体(3)的上端部，下密封连接件(5)设置在密封缸体(3)的下端部；
其特征在于：所述活塞杆(1)套设有下储油箱限位耗能端筒(4)、上储油箱密封耗能端板(9)，所述下储油箱限位耗能端筒(4)及上储油箱密封耗能端板(9)分别抵接于密封缸体(3)底部及上密封筒(2)，所述活塞杆(1)朝向下密封连接件(5)的一端设置有固定耗能端板(6)，所述固定耗能端板(6)位于所述下储油箱限位耗能端筒(4)的底端并可抵接于下储油箱限位耗能端筒(4)的底面，所述活塞杆(1)远离下密封连接件(5)的侧壁设置有突出部(12)，所述突出部(12)穿设于所述上密封筒(2)并可与所述上储油箱密封耗能端板(9)抵接，所述上储油箱密封耗能端板(9)与下储油箱限位耗能端筒(4)之间设置有阻尼复位机构，所述阻尼复位机构包括若干个套设于所述活塞杆(1)的耗能隔板(8)、设置于耗能隔板(8)两侧的弹簧(7)，所述阻尼材料(11)在下储油箱限位耗能端筒(4)、阻尼复位机构、上储油箱密封耗能端板(9)之间流通；
所述固定耗能端板(6)螺纹连接于所述活塞杆(1)，所述活塞杆(1)螺纹连接有抵接于所述固定耗能端板(6)的螺母(13)，所述螺母(13)抵接于固定耗能端板(6)朝向下密封连接件(5)的端面；
所述密封缸体(3)底面开设有供阻尼材料(11)充入所述密封缸体(3)内腔的填充孔(16)。
2.根据权利要求1所述的一种高效耗能自复位防屈曲支撑，其特征在于：所述上储油箱密封耗能端板(9)及耗能隔板(8)边缘均设置为宽翼缘结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种高效耗能自复位防屈曲支撑，其特征在于：所述上储油箱密封耗能端板(9)、下储油箱限位耗能端筒(4)、耗能隔板(8)侧壁与所述密封缸体(3)内壁之间留有供阻尼材料(11)流通的缝隙和/或所述上储油箱密封耗能端板(9)、下储油箱限位耗能端筒(4)、耗能隔板(8)侧壁开设有供阻尼材料(11)流通的阻尼孔(14)。
4.根据权利要求3所述的一种高效耗能自复位防屈曲支撑，其特征在于：所述下储油箱限位耗能端筒(4)底部设置有流通孔(15)，所述固定耗能端板(6)可盖合所述流通孔(15)。
5.根据权利要求1所述的一种高效耗能自复位防屈曲支撑，其特征在于：所述弹簧(7)为碟形弹簧、螺旋弹簧或波形弹簧。
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