CN112962808A - 一种新型装配式混合消能减震自复位支撑 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型装配式混合消能减震自复位支撑，包括：箱体，内部并排设置有消能件安装室和碟簧安装室；中轴板，穿过消能件安装室和碟簧安装室，中轴板可相对箱体左右自由移动；消能件安装室中安装有消能件，箱体以及中轴板均设有与外部构件铰接的连接端板，消能件包括粘弹性消能器和对称设置在粘弹性消能器左右侧的两块S形钢板，碟簧安装室设有呈预压缩状态的碟形弹簧，碟形弹簧套在所述中轴板的外侧，中轴板上位于所述碟形弹簧的两侧固定设有挡板，中轴板相对所述箱体左右自由移动时，挡板顶推碟形弹簧，使其在所述碟簧安装室中进一步被压缩。该复位支撑具有较好的适用性、良好的耗能能力及自复位能力的优点。

Description

一种新型装配式混合消能减震自复位支撑

技术领域

本发明属于建筑结构消能减震技术领域，尤其涉及一种新型装配式混合消能减震自复位支撑。

背景技术

建筑结构的消能减震技术长久以来都是学者们研究的热点问题，为了减小结构在地震作用下的损伤，降低经济损失，各种样式的阻尼器被提出并应用到实际建筑中。常用的阻尼器包括金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性或粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器，其中摩擦阻尼器存在摩擦系数不稳定、预压力损失等问题，粘滞阻尼器存在液体泄漏的问题，调谐质量阻尼器存在频率敏感性的问题。金属及粘弹性阻尼器因其易制作、易安装、易更换和耗能能力好等优点而被广泛应用。粘弹性阻尼器在相对较小变形下即可达到较好的振动控制效果，但其工作性能易受到环境温度和加载频率的影响，在阻尼力需求较大时其尺寸要求会很大，而制作大尺寸粘弹性阻尼器在工艺上存在一定难度。

此外，在强地震作用下，结构构件往往通过塑性变形能力耗能，这使得结构在震后出现明显的残余变形，甚至有些建筑会由于较大的残余变形而不得不被拆除，因此控制结构的震后残余变形变得尤其重要。为了实现这一目的，具有自复位能力的消能阻尼器逐渐被提出，常见的自复位构件包括预应力筋和形状记忆合金(SMA)，但是预应力筋存在预应力损伤的问题，而SMA易受到环境温度的影响，且其价格较高。

综上，有必要对现有的消能阻尼器进行改进。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种具有较好的适用性、良好的耗能能力及自复位能力的新型装配式混合消能减震自复位支撑。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种新型装配式混合消能减震自复位支撑,其特征在于，包括：

箱体，内部并排设置有消能件安装室和碟簧安装室；

中轴板，左端从所述箱体的右侧插入，并穿过所述消能件安装室和碟簧安装室，所述中轴板可相对所述箱体左右自由移动；

所述消能件安装室中安装有消能件，所述箱体的右端以及所述中轴板的左端均设有与外部构件铰接的连接端板，所述消能件包括粘弹性消能器和对称设置在所述粘弹性消能器左右侧的两块S形钢板；

所述粘弹性消能器的一端与所述中轴板固定连接，另一端与所述箱体固定连接，所述S形钢板的一端与所述中轴板固定连接，另一端压紧固定在所述箱体与所述粘弹性消能器之间；

所述碟簧安装室设有呈预压缩状态的碟形弹簧，所述碟形弹簧套在所述中轴板的外侧，所述中轴板上位于所述碟形弹簧的两侧固定设有挡板，所述中轴板相对所述箱体左右自由移动时，所述挡板顶推所述碟形弹簧，使其在所述碟簧安装室中进一步被压缩。

具体的，所述消能件在所述中轴板的上下侧对称设置两组。

具体的，所述粘弹性消能器包括上下平行设置的两块连接钢板和粘弹性材料层，两块所述连接钢板之间平行设有三块约束板，其中，位于中部的所述约束板与位于上方的所述连接钢板固定连接，位于两侧的所述约束板与位于下方的所述连接钢板固定连接，任一相邻的两块所述约束板之间均设有所述粘弹性材料层。

具体的，所述箱体由上下平行设置的两块板体和支撑两块所述板体的约束钢条组成。

具体的，两块所述连接钢板通过高强螺栓分别与所述中轴板和对应的所述板体固定连接。

具体的，所述碟簧安装室在所述消能件安装室的左右侧对称设置两个，每个所述碟簧安装室中均设有所述碟形弹簧。

具体的，所述S形钢板整体通过钢板冷弯成型。

具体的，所述S形钢板采用Q235钢或低屈服点钢制作。

具体的，所述碟形弹簧与所述碟簧安装室的两端壁之间均设有滑动板，所述滑动板位于两块所述挡板之间，所述碟形弹簧处于预压缩状态时，所述滑动板与对应的所述端壁相抵接。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：

本发明利用S形钢板与粘弹性消能器并联实现混合耗能机制，减小结构的损伤，同时通过预压碟形弹簧实现自复位功能，减小结构残余变形，在小震或小风下，粘弹性材料剪切变形耗能，在强震或强风下，S形钢板进入塑性状态，与粘弹性材料共同耗能，当变形较大时，S形钢板由弯曲状态转变为受拉状态，其屈服后刚度明显增大，可抑制结构变形，减小残余变形，防止粘弹性材料剪切变形超限而出现撕裂破坏。

本发明在不同的环境下均能达到良好的减震效果，且可实现多水准抗震设计，装置的损伤集中于S形钢板和粘弹性消能器，其他部件在大震或强风下仍处于弹性，灾后易检查，损伤后易实现快速修复，具有构造简单、易于制造和安装、造价和维护成本低等优点，具有较高的实用价值和经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例提供的新型装配式混合消能减震自复位支撑的结构示意图；

图2是本发明实施例涉及的粘弹性消能器结构示意图；

图3是本发明实施例涉及的新型装配式混合消能减震自复位支撑装配流程示意图；

其中：1、左连接端板；2、加劲板；3、中轴板；4、挡板；5、滑动板；6、上板体；7、下板体；8、碟形弹簧；9、约束钢条；10、S形钢板；11、粘弹性消能器；11a、连接钢板；11b、约束板；11c、粘弹性材料层；12、高强螺栓；13、右连接端板；14、螺孔。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1，一种新型装配式混合消能减震自复位支撑,包括箱体和中轴板3，箱体内部并排设置有消能件安装室和碟簧安装室，中轴板3的左端从箱体的右侧插入，并穿过消能件安装室和碟簧安装室，中轴板3可相对箱体左右自由移动，消能件安装室中安装有消能件，箱体的右端设有与外部构件铰接的右连接端板13，中轴板3的左端设有与外部构件铰接的左连接端板1，右连接端板13和左连接端板1上均螺孔14，方便与外部构件连接，设有消能件包括粘弹性消能器11和对称设置在粘弹性消能器11左右侧的两块S形钢板10，S形钢板10耗能部分可视为两个1/4圆弧钢板对接而成，粘弹性消能器11的一端与中轴板3固定连接，另一端与箱体固定连接，S形钢板10的一端与中轴板3固定连接，另一端压紧固定在箱体与所述粘弹性消能器11之间；

碟簧安装室设有呈预压缩状态的碟形弹簧8，碟形弹簧8套在中轴板3的外侧，中轴板3上位于碟形弹簧8的两侧固定设有挡板4，中轴板3相对箱体左右自由移动时，挡板4顶推碟形弹簧8，使其在碟簧安装室中进一步被压缩。

本实施例中，利用S形钢板10与粘弹性消能器11并联实现混合耗能机制，减小结构的损伤，同时通过预压碟形弹簧8实现自复位功能，减小结构残余变形，在小震或小风下，粘弹性材料剪切变形耗能，在强震或强风下，S形钢板10进入塑性状态，与粘弹性材料共同耗能，当变形较大时，S形钢板10由弯曲状态转变为受拉状态，其屈服后刚度明显增大，可抑制结构变形，减小残余变形，防止粘弹性材料剪切变形超限而出现撕裂破坏。

本实施例在不同的环境下均能达到良好的减震效果，且可实现多水准抗震设计，装置的损伤集中于S形钢板10和粘弹性消能器11，其他部件在大震或强风下仍处于弹性，灾后易检查，损伤后易实现快速修复，具有构造简单、易于制造和安装、造价和维护成本低等优点，具有较高的实用价值和经济效益。

参见图1，在实际设计中，为提升减震消能效果，消能件在中轴板3的上下侧对称设置两组。

参见图2，粘弹性消能器11包括上下平行设置的两块连接钢板11a和粘弹性材料层11c，两块连接钢板11a之间平行设有三块约束板11b，其中，位于中部的约束板11b与位于上方的连接钢板11a固定连接，位于两侧的约束板11b与位于下方的连接钢板11a固定连接，任一相邻的两块约束板11b之间均设有粘弹性材料层11c。

本实施例中，粘弹性材料层11c材料采用天然橡胶或合成橡胶，性能应满足建筑消能减震技术规程的要求。S形钢板10采用软钢，S形钢板10与粘弹性消能器11形成并联耗能机制，在小震或小风下，粘弹性阻尼器通过剪切变形耗能，在强震或强风下，结构变形较大，S形钢板10进入塑性状态，通过弯曲或轴向变形耗能，S形钢板10刚度较大，对结构变形有限制作用，对粘弹性材料有一定的保护作用，此并联混合耗能机制使得该消能支撑在不同的环境下均能达到良好的耗能能力和减震效果，且可实现多水准抗震设防。

参见图1和图3，具体的，箱体由上下平行设置的两块板体和支撑两块所述板体的约束钢条9组成，两块连接钢板11a通过高强螺栓12分别与中轴板3和对应的板体固定连接。碟簧安装室在消能件安装室的左右侧对称设置两个，每个碟簧安装室中均设有碟形弹簧8，S形钢板10整体通过钢板冷弯成型，S形钢板10采用Q235钢或低屈服点钢制作，其余板材均采用Q345钢。碟形弹簧8与碟簧安装室的两端壁之间均设有滑动板5，滑动板5位于两块挡板4之间，碟形弹簧8处于预压缩状态时，滑动板5与对应的端壁相抵接，中轴板3与作连接端板的连接处设有加劲板2。碟形弹簧8根据国家标准《蝶形弹簧标准》选取；螺栓采用高强螺栓12，本实施例中，碟形弹簧88选取国家标准(蝶形弹簧标准)中的A3系列，螺栓采用10.9级高强螺栓12。

本实施例中，挡板4与中轴板3焊接固定，对滑动板5及碟形弹簧8起限位作用，碟形弹簧8通过限位板和滑动板5支撑在中轴板3上，限位板与中轴板3焊接固定，滑动板5在加载下可滑动，从而压缩碟形弹簧8产生恢复力，中轴板3与左连接端板1焊接固定，并焊接加劲板2防止局部屈曲，上板体6、下板体7通过约束钢条9和高强螺栓12连接，保证位移协调性，右连接端板13与上板体6、下板体7焊接固定，S形钢板10及粘弹性消能器11分别通过高强螺栓12与中轴板3、上板体6、下板体7连接，左连接端板1、右连接端板13与外部结构铰接，整个支撑仅承受轴向荷载，在外荷载下，中轴板3与上板体6、下板体7产生轴向相对位移，S形钢板10及粘弹性消能器11在轴向相对变形下耗能，上板体6及下板体7推(拉)滑动板5，使碟形弹簧8产生轴向压缩，从而提供自复位能力。

本实施例，通过预压碟形弹簧8，可提供足够的弹性恢复力，保证支撑的自复位能力，降低结构的残余变形，提高结构的灾后可恢复能力，相对于预应力筋和SMA，因碟形弹簧8具有刚度大、造价低、工作性能稳定等优点，将其与阻尼器相结合提供自复位能力具有价格低，工作性能稳定的优点。

本实施例中，所有连接钢板11a及高强螺栓12均采用能力设计法设计，在大震下仍处于弹性状态，支撑的损伤集中于S形钢板10和粘弹性消能器11，支撑主要由螺栓装配而成，整个支撑没有封闭空间，因此该自复位支撑装配简便，损伤易检查，损伤后易实现快速修复。

在实际设计中，S形钢板10的刚度、承载力可通过钢板的厚度、宽度和弧度进行自由调节，粘弹性消能器11的刚度和极限剪切位移通过粘弹性材料层11c的剪切面积和厚度进行设计，S形钢板10最初以弯曲变形耗能，在结构变形较大时，S形钢板10由弯曲状态转变为受拉状态，其屈服后刚度会明显增大，对结构变形有明显抑制作用，可减小结构残余变形，同时可防止粘弹性材料剪切变形超限而出现撕裂破坏。

可以理解的是，在实际应用中，中轴板3支撑碟形弹簧8的区域应对四角进行光滑处理，减小摩擦；S形钢板10应成对使用，保证正反向加载的对称性；碟形弹簧8应预压以提供足够的恢复力；左连接端板1与上板体6及下板体7之间预留足够的空隙，右连接端板13与中轴板3之间预留足够的空隙，以适应建筑结构的变形能力。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种新型装配式混合消能减震自复位支撑,其特征在于，包括：

箱体，内部并排设置有消能件安装室和碟簧安装室；

中轴板(3)，左端从所述箱体的右侧插入，并穿过所述消能件安装室和碟簧安装室，所述中轴板(3)可相对所述箱体左右自由移动；

所述消能件安装室中安装有消能件，所述箱体的右端以及所述中轴板(3)的左端均设有与外部构件铰接的连接端板，所述消能件包括粘弹性消能器(11)和对称设置在所述粘弹性消能器(11)左右侧的两块S形钢板(10)；

所述粘弹性消能器(11)的一端与所述中轴板(3)固定连接，另一端与所述箱体固定连接，所述S形钢板(10)的一端与所述中轴板(3)固定连接，另一端压紧固定在所述箱体与所述粘弹性消能器(11)之间；

所述碟簧安装室内设有呈预压缩状态的碟形弹簧(8)，所述碟形弹簧(8)套在所述中轴板(3)的外侧，所述中轴板(3)上位于所述碟形弹簧(8)的两侧固定设有挡板(4)，所述中轴板(3)相对所述箱体左右自由移动时，所述挡板(4)顶推所述碟形弹簧(8)，使其在所述碟簧安装室中进一步被压缩。

2.根据权利要求1所述的新型装配式混合消能减震自复位支撑,其特征在于：所述消能件在所述中轴板(3)的上下侧对称设置两组。

3.根据权利要求2所述的新型装配式混合消能减震自复位支撑,其特征在于：所述粘弹性消能器(11)包括上下平行设置的两块连接钢板(11a)和粘弹性材料层(11c)，两块所述连接钢板(11a)之间平行设有三块约束板(11b)，其中，位于中部的所述约束板(11b)与位于上方的所述连接钢板(11a)固定连接，位于两侧的所述约束板(11b)与位于下方的所述连接钢板(11a)固定连接，任一相邻的两块所述约束板(11b)之间均设有所述粘弹性材料层(11c)。

4.根据权利要求3所述的新型装配式混合消能减震自复位支撑,其特征在于：所述箱体由上下平行设置的两块板体和支撑两块所述板体的约束钢条(9)组成。

5.根据权利要求4所述的新型装配式混合消能减震自复位支撑,其特征在于：两块所述连接钢板(11a)通过高强螺栓(12)分别与所述中轴板(3)和对应的所述板体固定连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的新型装配式混合消能减震自复位支撑,其特征在于：所述碟簧安装室在所述消能件安装室的左右侧对称设置两个，每个所述碟簧安装室中均设有所述碟形弹簧(8)。

7.根据权利要求6所述的新型装配式混合消能减震自复位支撑,其特征在于：所述S形钢板(10)整体通过钢板冷弯成型。

8.根据权利要求6所述的新型装配式混合消能减震自复位支撑,其特征在于：所述S形钢板(10)采用Q235钢或低屈服点钢制作。

9.根据权利要求6所述的新型装配式混合消能减震自复位支撑,其特征在于：所述碟形弹簧(8)与所述碟簧安装室的两端壁之间均设有滑动板(5)，所述滑动板(5)位于两块所述挡板(4)之间，所述碟形弹簧(8)处于预压缩状态时，所述滑动板(5)与对应的所述端壁相抵接。

10.根据权利要求6所述的新型装配式混合消能减震自复位支撑,其特征在于：所述中轴板(3)与所述连接端板的连接处设有加劲板(2)。

Images