CN111764526B - 一种组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器 - Google Patents

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Abstract

一种组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器，属于防灾减震技术领域。上下波浪形外套管和左右楔形内芯均为强度较高的钢材。左右楔形内芯分别与左右端板焊接。上下波浪形外套管内侧均有与楔形内芯形状吻合的凹槽，楔形内芯放置在上下波浪形外套管的凹槽里。高强螺栓通过锚具将上下波浪形外套管连接在一起，预压组合碟簧串在高强螺栓杆上。本发明可满足结构在地震作用下的变形和承载力要求。该阻尼器构造简单，工作机理明确，耗能性能与自复位性能能力强。本发明是为了解决普通耗能阻尼器在大震或中震作用下出现过量的残余变形而加大震后维护和重建成本以及耗能能力不足的问题。

Description

一种组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器
技术领域
本发明涉及土木工程抗震技术领域，是一种应用于建筑工程建设领域中的耗能减震构件，组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器具有良好的耗能能力和自复位能力。
背景技术
地震之所以会对结构造成巨大的损伤破坏，其原因主要是由于目前已有的结构还不具有完全抵抗复杂地震的能力。结构可能会遭受比设防烈度更强的地震作用，从而对其造成严重的损伤破坏，其中有些结构在震后虽然保持了结构整体的完整性使结构没有发生倒塌，但是由于结构在地震过程中产生了较大的塑性变形，致使结构在震后留有较大的残余变形。结构震后残余变形的存在会严重减小结构抵抗余震的能力，并且增加震后结构加固维修的费用甚至需要将结构推倒重建，从而造成了巨大的经济损失，同时也会影响人们的正常生活，所以震后结构的残余变形也是结构抗震性能设计需要考虑的一个重要性能指标。震后结构能够通过自复位或者快速加固修复技术使结构恢复正常使用功能越来越受到工程界专家学者的重视。目前，工程结构抗震需要达到新的性能目标：实现强震后工程结构、城市乃至整个社会能够快速修复使其恢复正常使用功能。2003年美国学者Brunean等第一次提出了结构可恢复功能抗震设计的概念，2009年美日学者在NEES/E-Defense美日地震工程第2阶段合作研究计划会议上提出将“可恢复功能城市”作为地震工程合作的大方向。实现可恢复功能城市的基本要求是设计和建造具有可恢复性功能的抗震结构，提高结构的抗震能力，保证桥梁震后具有可恢复性是目前结构工程学者设计和建造结构的目标任务。
自复位结构由于能够减少或者消除结构的残余变形，因此可以实现以上目标。另外，结构的耗能能力有助于减少结构的最大变形，因此自复位结构应与一定的耗能装置结合使用，这样才能同时降低最大变形和残余变形。选取最合适的阻尼器形式有利于将结构的地震反应降到最低。
发明内容
发明的目的是为了解决普通耗能阻尼器在大震或中震作用下出现过量的残余变形而加大震后维护和重建成本以及耗能能力不足的问题，为此提出一种新型组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器。
本发明为解决上述技术问题采取的方案如下。
一种组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器，其特征在于，主要由滑移摩擦耗能系统和组合碟簧受压自复位系统两部分来实现良好的耗能能力和自复位功能，包括楔形内芯1、半波浪形外套管2、组合碟簧3、锚具4、耳板5螺杆6、端板7；
半波浪形外套管2包括波浪形结构的板状套管和耳板5，所述的波浪形结构的板状套管的结构：一板状结构，沿板长度方向的一侧面A侧面(垂直板面的侧面)外表面为向上凸起的两个并排的三角形齿状结构，两个三角形齿状结构之间具有一过渡平面；相对的另一侧面B侧面(垂直板面的侧面)为平面结构，在B侧面设有平行于所述板的板面的截面为三角形的凹槽，三角形凹槽的尖端和A侧面外表面三角形齿状结构的尖端上下平行相对，三角形凹槽的侧面与A侧面外表面三角形齿状结构的侧面相平行；
B侧面两侧的板面处即B侧面的两外侧各固定设有一个耳板5，耳板5的板面垂直所述半波浪形外套管2板的板面；
两个半波浪形外套管2B侧面与B侧面平行相对组合形成波浪形外套管，两个半波浪形外套管2镜面对称组合，镜面相对的两个三角形凹槽的尖端之间的距离大于镜面相对过渡平面之间的距离；在上述组合的三角形的凹槽处分别对应放置一个与凹槽结构相匹配的楔形内芯1；沿长度方向第一个楔形内芯的左端与第二个楔形内芯的右端分别各自与波浪形外套管外侧端部的一个端板固定连接在一起，优选焊接在一起；波浪形外套管凹槽与楔形内芯之间涂抹润滑油控制摩擦系数；
镜面对称的耳板5上设有对应的通孔结构，螺杆6穿过两通孔，螺杆6的两端均为锚具4，在螺杆6上耳板5与锚具4之间套有一个组合碟簧3，每个螺杆6上套有两个组合碟簧3；在镜面对称的耳板5上沿长度方向均匀分布多个上述所述的螺杆6。
所述的楔形内芯整体为板状结构，延长度方向板面为左右两个楔形面对接形成中间上下凸起尖状、尖状两边的上下两侧均线性向中间靠拢，使得端部上下两侧间距相对较小；楔形内芯板状结构的板面垂直耳板5的板面；楔形内芯板状结构的厚度小于半波浪形外套管2板状结构的厚度；
两个半波浪形外套管2的B侧面之间具有空隙。
组合碟簧3预压串在螺杆上。所述的螺杆采用高强螺杆。
波浪形外套管和楔形内芯由钢材制成，优选强度较高的钢材制成。
所述的滑移摩擦耗能系统其特征在于：上下半波浪形外套管内侧有与楔形内芯形状相吻合的凹槽，楔形内芯放置在两个外套管内侧的凹槽里，外套管与内芯之间涂抹润滑油控制摩擦系数。左右楔形内芯分别焊接在左右两个端板上。上下外套管通过高强度螺栓连接在一起，预压组合碟簧串在高强螺栓杆上。当内芯受力发生移动时，通过外套管和内芯相互滑动产生的摩擦力来耗能。
所述的自复位系统其特征在于：将组合碟簧串在高强螺栓上，通过预紧高强螺栓，为组合碟簧施加预压力。组合碟簧仅具有受压承载力，当内芯与外套管相互滑动时，上下外套管之间缝隙增大，串在高强螺栓上的组合碟簧受到挤压，从而产生自恢复力。无论碟簧受到压力多大，都能通过楔面的正切值大于静摩擦系数来保证自复位功能的实现。
本发明的工作机理是：由于组合碟簧具有预压力，当组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器受到轴向荷载小于内芯与外套管的静摩擦力时，内芯和外套管之间不发生相对滑动。当阻尼器受到的轴向荷载大于内芯与外套管的静摩擦力时，内芯与外套管开始发生相对滑动，此时摩擦部分开始耗能，上下外套管之间的缝隙增大。由于串联预压组合碟簧的高强螺栓的两端分别与上下外套管的耳板连接，所以组合碟簧始终处于受压状态，此时组合碟簧为阻尼器提供自恢复力，且组合碟簧所受的压力随着内芯与外套管之间相对位移的增大而增加，同时，摩擦力也随之增大。
本发明可通过楔形内芯的形状控制阻尼器的可变形能力，同时通过楔形内芯楔形的角度、组合碟簧预压力和内芯与外套管之间的摩擦系数控制阻尼器的承载力。随着内芯与外套管之间的相对滑移增大，组合碟簧所受的压力越大，内芯与外套管之间的摩擦力越大，从而增大阻尼器的承载力和阻尼，对于多性能目标或多水准地震动，这种自适应性有利于优化结构的抗震性能。而且该阻尼器构造简单，工作机理明确，耗能性能与自复位性能能力强。本发明的目的是为了解决普通耗能阻尼器在大震或中震作用下出现过量的残余变形而加大震后维护和重建成本以及耗能能力不足的问题。
附图说明
图1为组合碟簧摩擦滑移自复位耗能阻尼器的结构的图4中的A-A剖视图。
图2为组合碟簧摩擦滑移自复位耗能阻尼器的结构图4中的B-B剖视图。
图3为组合碟簧摩擦滑移自复位耗能阻尼器的结构图1对应的截面图：(A)1-1横截面图、(B)2-2横截面图、(C)3-3横截面图。
图4为组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器图。
图5为组合碟簧示意图。
附图标记说明：
1—楔形内芯；2—半波浪形外套管；3—组合碟簧；
4—锚具；5—耳板；6—高强螺杆；7—端板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
具体结构件图1-5。结合图4说明新型组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器的实施方式。
所述的滑移摩擦耗能部分：左侧楔形内芯与左端板焊接，右侧楔形内芯与右端板焊接，上下波浪形外套管内侧有与楔形内芯形状相吻合的凹槽，将内芯放入到两个外套管内侧的凹槽，外套管与内芯表面之间通过涂抹润滑油来控制摩擦系数。上下波浪形外套管通过高强螺杆、耳板、锚具和组合碟簧连接在一起，通过碟簧受压使内芯和外套管之间产生压力。当内芯与外套管发生相对位移时，通过内芯和外套管的上下接触表面相对滑动产生的摩擦来耗能，同时两个内芯之间会留相应的距离，避免受压时两楔形内芯相撞。
所述的自复位部分：自复位主要通过组合碟簧和楔形形状的完美结合来实现。当楔形内芯和波浪形外套管发生相对位移的时候，上下波浪形外套管之间的缝隙将会增大，组合碟簧始终受压，且自恢复力随着内芯与外套管的相对位移增大而增大。无论碟簧受压多大，都通过楔面的正切值大于静摩擦系数来保证自复位功能的实现。

Claims (5)

1.一种组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器，其特征在于，主要由滑移摩擦耗能系统和组合碟簧受压自复位系统两部分来实现良好的耗能能力和自复位功能，包括楔形内芯（1）、半波浪形外套管（2）、组合碟簧（3）、锚具（4）、耳板（5）、螺杆（6）、端板（7）；
半波浪形外套管（2）包括波浪形结构的板状套管和耳板（5），所述的波浪形结构的板状套管的结构为板状结构，沿板状结构长度方向的上表面为A侧面，A侧面为向上凸起的两个并排的三角形齿状结构，两个三角形齿状结构之间具有一过渡平面；与A侧面相背的下表面为B侧面，B侧面为平面结构，在B侧面设有平行于板状结构板面的截面为三角形的凹槽，三角形凹槽的尖端和A侧面三角形齿状结构的尖端上下平行相对，三角形凹槽的侧面与A侧面三角形齿状结构的侧面相平行；
B侧面两侧的板面处即B侧面的两外侧各固定设有一个耳板（5），耳板（5）的板面垂直所述半波浪形外套管（2）板的板面；
两个半波浪形外套管（2）B侧面与B侧面平行相对组合形成波浪形外套管，两个半波浪形外套管（2）镜面对称组合，镜面相对的两个三角形凹槽的尖端之间的距离大于镜面相对过渡平面之间的距离；在上述组合的三角形的凹槽处分别对应放置一个与凹槽结构相匹配的楔形内芯（1）；沿长度方向第一个楔形内芯的左端与第二个楔形内芯的右端分别各自与波浪形外套管外侧端部的一个端板固定连接在一起；波浪形外套管凹槽与楔形内芯之间涂抹润滑油控制摩擦系数；
镜面对称的耳板（5）上设有对应的通孔结构，螺杆（6）穿过两通孔，螺杆（6）的两端均为锚具（4），在螺杆（6）上耳板（5）与锚具（4）之间套有一个组合碟簧（3），每个螺杆（6）上套有两个组合碟簧（3）；在镜面对称的耳板（5）上沿长度方向均匀分布多个上述所述的螺杆（6）；
所述的楔形内芯整体为板状结构，延长度方向板面为左右两个楔形面对接形成中间上下凸起尖状、尖状两边的上下两侧均线性向中间靠拢，使得端部上下两侧间距相对较小。
2.按照权利要求1所述的一种组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器，其特征在于，楔形内芯板状结构的板面垂直耳板（5）的板面；楔形内芯板状结构的厚度小于半波浪形外套管（2）板状结构的厚度。
3.按照权利要求1所述的一种组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器，其特征在于，两个半波浪形外套管（2）的B侧面之间具有空隙。
4.按照权利要求1所述的一种组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器，其特征在于，组合碟簧（3）预压串在螺杆上；所述的螺杆采用高强螺杆。
5.按照权利要求1所述的一种组合碟簧滑移摩擦自复位耗能阻尼器，其特征在于，波浪形外套管和楔形内芯由钢材制成。
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