CN111395567A - 一种转动摩擦耗能器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转动摩擦耗能器，包括第一转动组件、第二转动组件、多个摩擦片和多个紧固件；第一转动组件包括第一连接板和第一夹板，第二转动部件包括第二连接板和第二夹板；多个第一夹板与多个第二夹板依次平行间隔且转动连接，第一夹板与第二夹板之间均贴合设有所述摩擦片，各紧固件平行间隔布置且均依次穿过所述第二夹板、摩擦片和第一夹板；以第一夹板与第二夹板转动点为中心，第一夹板上设有多个用于紧固件穿过的圆弧通孔。本发明的转动摩擦耗能器能够在第一连接件和第二连接件受到转动变形时，使紧固件沿着圆弧通孔滑动，耗散地震能量，减轻工程结构损伤。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构耗能构件，具体涉及一种转动摩擦耗能器。
背景技术
地震灾害对人类生命财产安全造成了巨大的威胁，使用消能减震技术保护建筑工程结构是减轻地震灾害的有限手段。消能减震技术就是在结构中安装额外的耗能器吸收地震能量，仅而保护主体结构构件，减轻损伤。
现有技术中按照结构变形的消能减震装置可分为以下几类：轴向型和剪切型，即消能减震装置利用结构中的轴向变形、剪切变形进行耗能。例如：防屈曲约束支撑是利用结构两点间的轴向变形促使金属材料屈服进而耗能；金属剪切板耗能器利用上下楼层间的相对剪切变形促使金属材料屈服进而耗能。但是由于现有技术中的工程结构日益复杂，在地震作用下结构构件除了轴向和剪切变形外，也存在着大量的转动变形。现有技术中消能减震装置无法利用结构构件的转动变形耗散地震能量。
因此，需要研发出一种能够利用结构构件的转动变形耗散地震能量的耗能器。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种转动摩擦耗能器，该转动摩擦耗能器既能够利用结构的转动变形耗散地震能量，减轻工程结构损伤，且便于检查和更换。
为实现上述目的，本发明提供了一种转动摩擦耗能器，包括第一转动组件、第二转动组件、多个摩擦片和多个紧固件；
所述第一转动组件包括第一连接板和至少一个设置于所述第一连接板上的第一夹板，所述第二转动部件包括第二连接板和至少两个间隔平行设置于所述第二连接板上的第二夹板；
多个所述第一夹板与多个所述第二夹板依次平行间隔且转动连接，所述第一夹板与第二夹板之间均贴合设有所述摩擦片，各所述紧固件平行间隔布置且均依次穿过所述第二夹板、所述摩擦片和所述第一夹板；
以所述第一夹板与所述第二夹板转动点为中心，所述第一夹板上设有多个用于所述紧固件穿过的圆弧通孔，所述紧固件可选择的沿所述圆弧通孔滑动。
作为优选方案，所述摩擦片的数量等于第一夹板的数量加上第二夹板的数量再减一。
作为优选方案，所述第二夹板的数量比第一连接板上的第一夹板的数量多1个，多个第一夹板分别插入到多个第二夹板的间隔内。
作为优选方案，所述紧固件为预紧螺栓，所述预紧螺栓的端部依次安装有防松垫片和预紧螺母。
作为优选方案，还包括销轴，各所述第一夹板与各所述第二夹板板均设有中心孔，所述销轴转动安装在所述中心孔内。
作为优选方案，设所述圆弧通孔的中线的弧长为L，圆弧通孔的中线到中心孔的距离为R，第一夹板与第二夹板在结构振动下可能绕圆形销轴转过的相对弧度为D，则L>D*R。
作为优选方案，所述第一夹板上以所述中心孔为中心均匀设有多个圆弧通孔，所述第二夹板上以所述中心孔为中心均匀设有多个与所述圆弧通孔对应的第一安装孔，所述摩擦片上设有多个与第一安装孔对应的第二安装孔，所述紧固件设有多个，各所述紧固件分别依次匹配穿过所述第一安装孔、所述第二安装孔所述圆弧通孔。
作为优选方案，所述圆弧通孔的数量为2个或3个或5个或6个。
作为优选方案，所述摩擦片为聚四氟乙烯、金属合金或无石棉有机物，或者为复合摩擦材料。
作为优选方案，所述第一夹板至少为一个，所述第一夹板与所述第一连接板固定垂直设置；所述第二夹板为至少为两个，两个所述第二夹板与所述第二连接板固定垂直布置，所述第一夹板与所述第二夹板板交叉布置，所述第一夹板与所述第二夹板平行布置。
相比较现有技术，本发明的有益效果：
本发明的转动摩擦耗能器包括第一连接板、第二连接板、至少一个第一夹板、至少两个第二夹板和多个摩擦片，第一夹板位于相邻的第二夹板之间，且第一夹板与第二夹板平行转动连接，使第一转动组件和第二转动组件能够转动连接；第一连接板和第二连接板和工程结构中存在转动变形的构件连接，在第一夹板与第二夹板之间贴合有摩擦片，多个紧固件平行间隔布置且均依次穿过第二夹板、摩擦片、第一夹板和第二夹板，这样能够利用紧固件固定连接第一夹板与第二夹板，同时，紧固件夹紧第一夹板与第二夹板能够对摩擦片提供预应力；且以第一夹板与第二夹板转动点为中心，第一夹板上设有多个用于紧固件穿过的圆弧通孔，紧固件可选择的沿圆弧通孔滑动。本发明的转动摩擦耗能器能够在第一连接件和第二连接件受到结构构件传来的转动变形时，使紧固件沿着圆弧通孔滑动，以实现耗散结构能量、避免地震作用下框架结构柱和梁柱节点发生破坏。
将本发明的转动摩擦耗能器安装在建筑工程结构存在转动变形的位置处，可吸收地震作用时输入到结构中的地震能量，减轻建筑工程结构损伤；利用紧固件提供预应力，使转动摩擦耗能器在长期风荷载下具有较好的耐疲劳性能，且能够在很小位移下就产生摩擦耗能，耗能效果好，能够很好的保护梁柱主体结构的安全；通过紧固件连接，实际工程中安装方便、不影响建筑使用功能，且震后易于修复和更换；整个转动耗能器的结构非常简单，生产和使用较为便利，工作效果可靠且成本较低。
附图说明
图1为本发明的转动摩擦耗能器的结构示意图；
图2为本发明的转动摩擦耗能器的爆炸结构示意图；
图3为本发明的转动摩擦耗能器的第一夹板的结构示意图；
图4为本发明的转动摩擦耗能器的第二夹板的结构示意图；
图5为摩擦片的结构示意图。
其中：
1、第一中心孔；2、第二中心孔；3、第一安装孔；4、摩擦片中心孔；5、第二安装孔；6、销轴；7、预紧螺栓；8、预紧螺帽；9、防松垫片；10、圆弧通孔；11、第一连接板；12、第二连接板；13、第一夹板；14、第二夹板；15、摩擦片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-5所示，为本发明所提供的转动摩擦耗能器的优选实施例，包括第一转动组件和第二转动组件，第一转动组件包括第一连接板11、第二连接板12、至少一个第一夹板13、至少两个第二夹板14、至少两片摩擦板15和多个紧固件。本实施例中，第一夹板13为一个，第二夹板14为两个，摩擦片15为两个，紧固件7为四个；第一连接板11和第二连接板12用于与结构构件相连。第一夹板13位于两个第二夹板14之间，即一层连接板一层摩擦片的形式；两个摩擦板15均贴合设置在第一夹板13与第二夹板14之间，四个紧固件7平行间隔布置且均依次穿过第二夹板14、摩擦片15、第一夹板13和第二夹板14；且以第一夹板与第二夹板转动点为中心，第一夹板上设有多个用于紧固件穿过的圆弧通孔，紧固件可选择的沿圆弧通孔滑动。设置圆弧通孔能够在第一连接件和第二连接件受到转动变形的震力时，使紧固件沿着圆弧通孔滑动，以实现耗散结构能量、避免地震作用下框架结构柱和梁柱节点发生破坏。
将本发明的转动摩擦耗能器安装在框架梁端可能产生塑性铰的区域，简单合理，易于实现“强柱弱梁”和“强节点弱构件”的延性设计要求；利用紧固件为摩擦片15提供预应力，有效的增加了转动摩擦耗能器的早期的刚度，有利于控制风振以及抵抗地基微振动，使转动摩擦耗能器在长期风荷载下具有较好的耐疲劳性能，且能够在很小位移下就产生摩擦耗能和剪切变形耗能，耗能效果较好，能够很好的保护梁柱主体结构的安全；通过紧固件7连接，实际工程中安装方便、不影响建筑使用功能，且震后易于修复和更换；整个转动耗能器的结构非常简单，生产和使用较为便利，工作效果可靠且成本较低。
在其他实施例中，第一夹板13为平行且间隔垂直于第一连接板上的2个、第二夹板14为平行且间隔垂直于第二连接板上的为3个，2个第一夹板位于3个第二夹板14之间的间隔内依次相互叠合在一起，摩擦片15为4片、圆形销轴6和多个紧固件，相互配合形成转动摩擦耗能器。
圆形销轴6所述销轴6垂直穿设于第一夹板13、第二夹板14、摩擦片15三者之间的通孔中。
其中，第一夹板13垂直于第一连接板11，第二夹板14垂直于第二连接板12。为提高耗能器结构连接的稳固性以及充分发挥耗能作用，使第二夹板14的数量比第一连接板11上的第一夹板13的数量多1个，使多个第一夹板13分别插入到多个第二夹板14的间隔内，并且相匹配的，摩擦片15的数量等于第一夹板13的数量加上第二夹板14的数量再减一，这样保证相邻的第一夹板13与第二夹板14之间均安装有摩擦片15，实现转动摩擦耗能功能。
进一步的，第一夹板13设有第一中心孔1，两个第二夹板14均设有相对应第二中心孔2，采用销轴6安装在第一中心孔1和第二中心孔2内，以使第一夹板13和第二夹板14能够转动连接。第一中心孔1和第二中心孔2的直径可根据具体的转动耗能节点性能的要求进行设计。
其中，紧固件7为预紧螺栓，预紧螺栓的端部依次穿过第二夹板14、摩擦片15、第一夹板13的圆弧通孔10、摩擦片15和第二夹板14之后在其端部安装有防松垫片9和预紧螺母8，以对第一夹板11、第二夹板12和摩擦片15施加压力，并固定连接第一夹板13和第二夹板14。预紧螺母8下方有防松垫片9，防松垫片9的作用是防止螺母8松动造成预紧力组件施加的压力减少；特别注意的是预紧螺杆也从圆弧通孔10中穿过，使结构在振动情况下带动耗能器变形，预紧螺杆7绕着圆弧形通孔10中心线运动，始终与圆弧通孔10不触碰。
本申请中的第一夹板14的圆弧通孔10是转动摩擦耗能器的特点所在，通过圆弧通孔10释放了转动摩擦耗能器转动所需要的力，以充分的发挥其耗能作用；圆弧通孔10的宽度大于预紧螺杆的直径，设圆弧形通孔10中线的弧长为L，则L>D*R。其中R为圆弧通孔10中线到第一中心孔1中心的距离，D为第一夹板11与第二夹板12在结构振动下可能绕圆形销轴转过的相对弧度；D由设计结果确定。
其中，摩擦片15的材料主要为常见摩擦材料制成，如:聚四氟乙烯，金属(铜锌、铝镁)合金，无石棉有机物等，或者为复合摩擦材料，如聚四氟乙烯和铅的混合物。其中摩擦片15的厚度、摩擦片15的尺寸大小在本实施例当中也不需要做具体的规定，同样根据本转动摩擦耗能器的性能需求进行合理的设计。
具体的，第一夹板13的远离第一连接板11的一端为圆弧状；第二夹板14的远离所述第二连接板13的一端为圆弧状。第一夹板13上以第一中心孔1为中心均匀设有四个圆弧通孔10，第二夹板14上以第二中心孔2为中心均匀设有四个与圆弧通孔10对应的第一安装孔3，预紧螺栓7穿过摩擦片上预留的摩擦按摩中心孔4，摩擦片15上设有四个与第一安装孔3对应的第二安装孔5，紧固件7设有四个，各紧固件7分别依次匹配穿过第一安装孔3、第二安装孔5的圆弧通孔10。第一安装孔3和第二安装孔5的孔径相同，第一中心孔1、第二中心孔2和摩擦片中心孔4的孔径相同。各个孔径的大小根据转动摩擦耗能器的耗能性能进行选择。
将本发明的转动摩擦耗能器安装在建筑工程结构存在转动变形的位置处，可吸收地震作用时输入到结构中的地震能量，减轻建筑工程结构损伤；利用紧固件提供预应力，使转动摩擦耗能器在长期风荷载下具有较好的耐疲劳性能，且能够在很小位移下就产生摩擦耗能，耗能效果好，能够很好的保护梁柱主体结构的安全；通过紧固件连接，实际工程中安装方便、不影响建筑使用功能，且震后易于修复和更换；整个转动耗能器的结构非常简单，生产和使用较为便利，工作效果可靠且成本较低。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种转动摩擦耗能器，其特征在于，包括第一转动组件、第二转动组件、多个摩擦片和多个紧固件；
所述第一转动组件包括第一连接板和至少一个设置于所述第一连接板上的第一夹板，所述第二转动部件包括第二连接板和至少两个间隔平行设置于所述第二连接板上的第二夹板；
多个所述第一夹板与多个所述第二夹板依次平行间隔且转动连接，所述第一夹板与第二夹板之间均贴合设有所述摩擦片，各所述紧固件平行间隔布置且均依次穿过所述第二夹板、所述摩擦片和所述第一夹板；
以所述第一夹板与所述第二夹板转动点为中心，所述第一夹板上设有多个用于所述紧固件穿过的圆弧通孔，所述紧固件可选择的沿所述圆弧通孔滑动。
2.根据权利要求1所述的转动摩擦耗能器，其特征在于，所述摩擦片的数量等于第一夹板的数量加上第二夹板的数量再减一。
3.根据权利要求1所述的转动摩擦耗能器，其特征在于，所述第二夹板的数量比第一连接板上的第一夹板的数量多1个，多个第一夹板分别插入到多个第二夹板的间隔内。
4.根据权利要求1所述的转动摩擦耗能器，其特征在于，所述紧固件为预紧螺栓，所述预紧螺栓的端部依次安装有防松垫片和预紧螺母。
5.根据权利要求4所述的转动摩擦耗能器，其特征在于，还包括销轴，各所述第一夹板与各所述第二夹板板均设有中心孔，所述销轴转动安装在所述中心孔内。
6.根据权利要求5所述的转动摩擦耗能器，其特征在于，设所述圆弧通孔的中线的弧长为L，圆弧通孔的中线到中心孔的距离为R，第一夹板与第二夹板在结构振动下可能绕圆形销轴转过的相对弧度为D，则L>D*R。
7.根据权利要求4所述的转动摩擦耗能器，其特征在于，所述第一夹板上以所述中心孔为中心均匀设有多个圆弧通孔，所述第二夹板上以所述中心孔为中心均匀设有多个与所述圆弧通孔对应的第一安装孔，所述摩擦片上设有多个与第一安装孔对应的第二安装孔，所述紧固件设有多个，各所述紧固件分别依次匹配穿过所述第一安装孔、所述第二安装孔所述圆弧通孔。
8.根据权利要求7所述的转动摩擦耗能器，其特征在于，所述圆弧通孔的数量为2个或3个或5个或6个。
9.根据权利要求1所述的转动摩擦耗能器，其特征在于，所述摩擦片为聚四氟乙烯、金属合金或无石棉有机物，或者为复合摩擦材料。
10.根据权利要求1所述的转动摩擦耗能器，其特征在于，所述第一夹板至少为一个，所述第一夹板与所述第一连接板固定垂直设置；所述第二夹板为至少为两个，两个所述第二夹板与所述第二连接板固定垂直布置，所述第一夹板与所述第二夹板板交叉布置，所述第一夹板与所述第二夹板平行布置。
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