CN111877585B - 一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器，包括矩形框架，加载控件穿入所述矩形框架内，所述加载控件在所述矩形框架内的两端分别对称套有至少一个抛物线耗能钢板；所述抛物线耗钢板呈抛物线状；所述加载控件在两个抛物线耗钢板之间安装有碟簧自恢复装置，所述碟簧自恢复装置包括左右对称设置的两个拦阻滑块和多个碟簧组。加载过程中，加载控件轴间凸起推动拦阻滑块移动，拦阻滑块接触抛物线耗能钢板后，碟簧组及抛物线耗能钢板同时发生线弹性变形并均具有可恢复能力；随着碟簧组达到变形上限，则将推动抛物线钢板发生屈服变形并耗能。

Description

一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器

技术领域

本发明应用于土木建筑结构，具体是一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器。

背景技术

近年数次强烈地震造成的人员伤亡虽已下降，经抗震设计的结构已实现了大震不倒的目标，但结构过大的塑性残余变形不仅使建筑结构使用功能中断，给震后修复工作带来巨大困难。结构虽然满足了“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防要求，但震后存在较大的残余变形仍可能进一步加大结构的倒塌概率。一旦残余位移角大于0.5％时，修复或加固成本将高于重建成本，最后只能推倒重建，造成巨大的经济损失。自复位耗能装置兼具耗能和复位系统的双重功能，耗能系统可有效耗散外部输入能量，保护主体结构免于严重损坏，复位系统则能够有效降低甚至消除结构的残余变形。因此，开发震后残余变形小、具有自复位功能并能对非结构构件进行更换的新型抗震结构体系对降低震害产生的经济损失具有重要意义。

发明内容

根据上述技术问题，而提供一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器。

本发明采用的技术手段如下：

一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器，包括矩形框架，加载控件穿入所述矩形框架内，所述加载控件在所述矩形框架内的两端分别对称套有至少一个抛物线耗能钢板；

所述抛物线耗钢板的纵截面呈抛物线状，且所述抛物线耗能钢板的对称轴与所述加载控件的对称轴重合，所述抛物线耗能钢板的开口端朝向所述矩形框架，且抛物线耗能钢板的开口端与所述矩形框架相抵，所述抛物线耗能钢板远离其开口端的一端与加工在所述加载控件上的轴肩凸起的端面相抵；

所述加载控件在两个所述轴肩凸起之间安装有碟簧减震耗能装置，所述碟簧减震耗能装置包括左右对称设置的两个拦阻滑块，且所述拦阻滑块套设在所述加载控件上，并与所述加载控件活动连接，两个所述拦阻滑块之间设有多个套设在所述加载控件上的多个碟簧组，加载过程中轴间凸起可推动拦阻滑块发生移动。

进一步地，所述加载控件在所述矩形框架内的两端分别对称套有多个依次接触连接的所述抛物线耗能钢板，且每个所述抛物线耗能钢板的开口端之间的距离从矩形框架至所述轴肩凸起的方向上依次减小，可将其视为多个钢板构成的减震弹簧，小变形情况下具有可恢复作用。

进一步地，所述矩形框架由上下设置的两个约束侧板和左右设置的两个约束端板通过螺栓固定形成。

进一步地，所述两个约束端板上分别对称加工有贯穿孔，左右延伸的所述加载控件的一端穿过一个所述贯穿孔后进入另一个所述贯穿孔内。

进一步地，所述拦阻滑块靠近所述轴肩凸起的一侧加工有内径与所述轴肩凸起相匹配的凹槽，且所述凹槽的槽深大于所述轴肩凸起的轴向长度。

进一步地，所述抛物线耗能钢板的开口端的外沿与所述抛物线耗能钢板的对称轴两侧的矩形框架的内壁之间具有弹性间隙或不具有弹性间隙，具有弹性间隙时，抛物线钢板组可视为减震弹簧，具有一定可恢复性能，不具有弹性间隙时，抛物线钢板组弹性变形则有所降低，在相对低位移条件下即可发生塑性变形。

进一步地，所述抛物线耗钢板以其对称轴方向为Y轴，垂直于所述对称轴方向为X轴，以所述抛物线耗能钢板远离所述开口端的一端为坐标原点，所述抛物线耗能钢板所在的抛物线坐标方程为：

y＝a×x²；

其中a满足如下条件：a>0，满足开口方向向外，a值不能过小，以此保证抛物线钢板组减震弹簧更具弹性；同时，其值不能过大否则无法体现碟板弹簧的减震性能，此值可根据实际需求进行调整。

抛物线耗能板和碟簧组形成了可恢复系统，通过调整抛物线耗能板数量及形状尺寸、碟簧组的规格和数量、弹性间隙调整可恢复系统的承载能力和位移行程；抛物线耗能板形成了耗能系统，同时兼具钢板减震弹簧的力学性能特点，可通过调整抛物线耗能板数量、尺寸、材料改变其整个装置的减震耗能能力。

工作机理：本发明碟簧组与耗能减震抛物线钢板属于串联连接，低位移水平下加载控件带动拦阻滑块使碟簧发生压缩弹性变形，同时抛物线钢板组减震弹簧也将发生低水平线弹性变形，随着位移的增加抛物线软钢耗能板进一步发生高水平线弹性变形并使其上下两端分别向约束侧板滑移，当抛物线软钢耗能板接触到约束侧板后，由于受到约束侧板的位移限制，抛物线软钢耗能板将发生屈服变形进而吸收外部输入能量达到耗能效果。同时，本发明可通过在矩形框架增加固定限位装置限制拦阻滑块移动并使耗能减震抛物线钢板与加载控件固结，此时阻尼器可视碟簧组与耗能减震抛物线钢板为并联连接，此时两者发生同步位移，可提高阻尼器的自恢复能力，并保证相对较低位移水平下的钢板屈服耗能。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明加工方便，易于安装即可作为附加耗能装置设置于结构之中，也可对现有结构进行后期加固；

2、本发明具有自复位和耗能双重系统，小震条件下可降低结构残余变形，大震作用下可激发耗能装置进行耗能；

3、本发明可调整抛物线减震耗能钢板组与碟簧组进行并联连接，使两者同步位移，进而低位移水平下兼具可恢复及耗能作用；

4、本发明可用于各种形式的支撑结构，以及已有桥梁、框架结构节点位置的加固；

5、该发明能够提高高层建筑在风荷载作用下的舒适度，降低地震荷载作用下结构的主要构件破坏水平及残余变形。

基于上述理由本发明可在土木建筑结构等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式中一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器结构示意图。

图2为本发明具体实施方式中一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器去除矩形框架和碟簧组后结构示意图。

图3为本发明具体实施方式中加载控件结构示意图。

图4为本发明具体实施方式中一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器应用于倒Y型支撑结构中示意图。

图5为本发明具体实施方式中一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器应用于单斜杆支撑结构中示意图。

图6为本发明具体实施方式中一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器应用于节点型加固结构中示意图。

图中：1、抛物线耗能主板；2、抛物线耗能副板；3、拦阻滑块；4、约束端板；5、约束侧板；6、加载控件；7、碟簧组；8、螺栓；9、弹性间隙；10、一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器；11、倒Y型支撑结构；12、单斜杆支撑结构；13、节点型加固结构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1～6所示，一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器10，包括矩形框架，加载控件6穿入所述矩形框架内，所述矩形框架由上下设置的两个约束侧板5和左右设置的两个约束端板4通过螺栓8固定形成。所述两个约束端板4上分别对称加工有贯穿孔，左右延伸的所述加载控件6的一端穿过一个所述贯穿孔后进入另一个所述贯穿孔内。

所述加载控件6在所述矩形框架内的两端分别对称套有至少一个抛物线耗能钢板；本实施例中为两个，分别为抛物线耗能主板1和抛物线耗能副板2，所述抛物线耗能主板1和抛物线耗能副板2均呈抛物线状，且其对称轴与所述加载控件的轴线重合，开口端朝向所述约束端板4并与所述约束端板4相抵，抛物线耗能主板1和抛物线耗能副板2紧贴，抛物线耗能副板2远离其开口端的一端与加工在所述加载控件6上的轴肩凸起的端面相抵；本实施例中，所述抛物线耗能主板1和是抛物线耗能副板2的开口端的外沿均与约束侧板5之间具有弹性间隙9。抛物线耗能副板2开口端之间的距离小于所述抛物线耗能主板1开口端之间的距离，也就是说抛物线耗能主板开口端外沿与约束侧板5之间的弹性间隙9小于所述抛物线耗能副板开口端外沿与约束侧板5之间的弹性间隙9。当然也可以设有多个抛物线耗能副板，其尺寸依次减小，但是所在抛物线方程保持一致。

所述抛物线耗主板1和抛物线耗能副板2均以其对称轴方向为Y轴，垂直于所述对称轴方向为X轴，远离其开口端的一端为坐标原点，抛物线坐标方程为：

y＝a×x²；

其中a满足如下条件：a>0，满足开口方向向外，a值不能过小，以此保证抛物线钢板组减震弹簧更具弹性；同时，其值不能过大否则无法体现碟板弹簧的减震性能，此值可根据实际需求进行调整。所述加载控件6在两个所述轴肩凸起之间安装有碟簧自恢复装置，所述碟簧自恢复装置包括左右对称设置的两个拦阻滑块3，且所述拦阻滑块3套设在所述加载控件6上，并与所述加载控件6活动连接，两个所述拦阻滑块3之间设有多个套设在所述加载控件6上的多个碟簧组7。

所述拦阻滑块3靠近所述轴肩凸起的一侧加工有内径与所述轴肩凸起相匹配的凹槽，且所述凹槽的槽深大于所述轴肩凸起的轴向长度。

一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器10可应用于单斜杆、人字形、K型、Y型、D型等支撑结构，同时可用于已有建筑、桥梁结构的节点加固。本发明中仅列出倒Y型支撑结构11(附图4)、单斜杆支撑结构12(附图5)和节点型加固结构13(附图6)。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器，其特征在于，包括矩形框架，加载控件穿入所述矩形框架内，所述加载控件在所述矩形框架内的两端分别对称套有至少一个抛物线耗能钢板；

所述抛物线耗钢板的纵截面呈抛物线状，且所述抛物线耗能钢板的对称轴与所述加载控件的对称轴重合，所述抛物线耗能钢板的开口端朝向所述矩形框架，且抛物线耗能钢板的开口端与所述矩形框架相抵，所述抛物线耗能钢板远离其开口端的一端与加工在所述加载控件上的轴肩凸起的端面相抵；

所述加载控件在两个所述轴肩凸起之间安装有碟簧自恢复装置，所述碟簧自恢复装置包括左右对称设置的两个拦阻滑块，且所述拦阻滑块套设在所述加载控件上，并与所述加载控件活动连接，两个所述拦阻滑块之间设有多个套设在所述加载控件上的多个碟簧组；

所述拦阻滑块靠近所述轴肩凸起的一侧加工有内径与所述轴肩凸起相匹配的凹槽，且所述凹槽的槽深大于所述轴肩凸起的轴向长度。

2.根据权利要求1所述的一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器，其特征在于，所述加载控件在所述矩形框架内的两端分别对称套有多个依次接触连接的所述抛物线耗能钢板，且每个所述抛物线耗能钢板的开口端之间的距离从矩形框架至所述轴肩凸起的方向上依次减小。

3.根据权利要求1所述的一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器，其特征在于，所述矩形框架由上下设置的两个约束侧板和左右设置的两个约束端板通过螺栓固定形成。

4.根据权利要求3所述的一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器，其特征在于，所述两个约束端板上分别对称加工有贯穿孔，左右延伸的所述加载控件的一端穿过一个所述贯穿孔后进入另一个所述贯穿孔内。

5.根据权利要求1所述的一种自复位多级减震耗能碟簧软钢阻尼器，其特征在于，所述抛物线耗能钢板的开口端的外沿与所述抛物线耗能钢板的对称轴两侧的矩形框架的内壁之间具有弹性间隙。

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