CN113062455B - 一种钢结构节点吸能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢结构节点吸能装置，包括：外套筒，其端部固定设置有磁性层Ⅰ；套杆，其一端固定设置有磁性层Ⅱ，另一端活动套设在外套筒中；外套筒中固定设置有缓冲弹簧，缓冲弹簧两端分别与套杆的端部和外套筒固定相接；磁性层Ⅰ和磁性层Ⅱ内均设置有开关，且磁性层Ⅰ和磁性层Ⅱ相对一侧的磁性相同；第一固定圈，其固定设置在套杆上，第一固定圈上可拆卸安装有多根支撑肋片；第二固定圈，其固定设置在所述外套筒上，支撑肋片的端部与第二固定圈为滑动连接，且支撑肋片与第二固定圈之间设置有限位弹簧。本发明可以减缓钢柱两翼缘受冲击后的变形速度，抵消或减小翼缘的变形趋势，达到了在冲击作用下保护钢结构节点构件的目的。

Description

一种钢结构节点吸能装置
技术领域
本发明属于建筑结构技术领域，更具体地说，本发明涉及一种钢结构节点吸能装置。
背景技术
钢结构节点是建筑结构系统的主要元素之一。一般而言，构材会受限于生产或运送的最大尺寸，所以将两个以上的固定连接起来的构件称为结构节点。同时因为节点种类选择性大，有时为了增加结构韧性，或消减结构内力，也会刻意设计特殊节点。钢结构节点的位置大致位于结构支撑或接合点，接续的方式常见有滚接、铰接和刚接；其中刚接是指构件与构件之间既能传递垂直和水平作用，又能传递转动力矩的连接方式。刚接时构件与构件之间的作用力可分解为垂直力、水平力和弯矩，而且装配式结构的关键在于如何有效地解决各装配部件的连接问题。建筑物中的梁、柱节点，是不同方向梁、柱交汇点，因此节点是整个建筑物抵抗外力的薄弱处，节点的抗破坏能力决定整个建筑物的抗破坏能力。为了对节点形成保护，提高钢结构节点的承重性能和稳定性能，需要对传统的钢结构节点的结构进行改进。
钢柱是钢结构节点的主要构件，钢柱的横截面大都呈“工”字型结构，即钢柱通常包括有两个相对的翼缘。在钢柱侧面受到外力冲击时，两个翼缘会发生形变，从而对钢结构节点的结构连接产生破坏。因此需要对翼缘结构进行改进，对钢柱的翼缘进行保护，防止外界撞击导致翼缘结构变形。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种钢结构节点吸能装置，包括：
外套筒，其端部固定设置有磁性层Ⅰ；
套杆，其一端固定设置有磁性层Ⅱ，另一端活动套设在所述外套筒中，且另一端端部固定设置有磁性层Ⅲ；所述外套筒中固定设置有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧两端分别与套杆的端部和外套筒固定相接；所述磁性层Ⅰ、磁性层Ⅱ和磁性层Ⅲ均设置有开关，且磁性层Ⅰ与磁性层Ⅱ相对一侧的磁性相同，磁性层Ⅰ与磁性层Ⅲ相对的一侧磁性相同；
第一固定圈，其固定设置在所述套杆上，所述第一固定圈上可拆卸安装有多根支撑肋片；
第二固定圈，其固定设置在所述外套筒上，所述支撑肋片的端部与第二固定圈为滑动连接，且支撑肋片与第二固定圈之间设置有限位弹簧。
优选的是，其中，所述支撑肋片一体成型设置有安装柱，所述安装柱端部一体成型设置有导向柱；所述限位弹簧两端分别与导向柱和第二固定圈固定相接。
优选的是，其中，所述支撑肋片的端部与第二固定圈的滑动连接方式为：
所述支撑肋片的端部设置有扁平片状结构的限位片，所述第二固定圈开设有与支撑肋片数量相同的开口，所述开口两侧分别设置有滑槽，所述限位片的边缘与滑槽为滑动连接。
优选的是，其中，所述限位片端部设置有弧形钩，所述第二固定圈上设置有与弧形钩相适配的挂槽。
优选的是，其中，所述支撑肋片的一端设置有安装环，所述安装环通过紧固螺栓固定在所述第一固定圈的表面；所述安装环与支撑肋片为固定连接或转动连接。
优选的是，其中，所述套杆表面一体成型设置有限位长条，所述外套筒内壁开设有与限位长条相适配的限位槽，所述限位长条滑动嵌入在限位槽中。
优选的是，其中，所述第一固定圈与套杆为一体成型的结构，所述第二固定圈与外套筒为一体成型的结构。
优选的是，其中，所述第一固定圈与套杆为过盈配合，所述第二固定圈与外套筒为过盈配合。
优选的是，其中，所述外套筒上设置有连接柱，所述连接柱与外套筒为螺纹连接或一体成型设置。
优选的是，其中，所述外套筒与磁性层Ⅰ之间、套杆与磁性层Ⅱ之间均设置有缓冲垫层。
本发明至少包括以下有益效果：
（1）、本发明提供的钢结构节点吸能装置用于对钢柱进行保护，当将磁性层Ⅰ和磁性层Ⅱ的开关开启时，由于磁性层Ⅰ和磁性层Ⅱ相对的一侧的磁性相同，磁性层Ⅰ和磁性层Ⅲ相对的一侧的磁性相同，因此产生斥力，当钢柱的翼缘受到撞击时，撞击的惯性力使吸能装置两端有相对收缩的趋势，而两个磁性层产生的斥力能够抵消部分惯性力，进而抵消或减小这个趋势，使得翼缘的变形减缓，达到在冲击作用下保护钢柱构件的目的。同时，磁性层Ⅰ和磁性层Ⅱ的开关开启后，磁性层Ⅰ和磁性层Ⅱ分别吸附在钢柱翼缘内侧，在不需要任何附加结构的情况下实现吸能装置在钢柱内的安装固定。
（2）、缓冲弹簧在受到压缩时，为套杆和外套筒提供弹力，进一步帮助吸能装置减缓翼缘的变形速度；在两个磁性层的开关关闭时，缓冲弹簧为套杆提供支撑，限制套杆穿入外套筒的深度。
（3）、支撑肋片和限位弹簧相配合，用于为套杆和外套筒提供弹性支撑；在翼缘受到冲击时，支撑肋片压缩限位弹簧，限位弹簧产生的弹力同样可抵消冲击的惯性力，减缓翼缘的变形，进一步对翼缘形成缓冲保护，增加吸能装置结构的稳定性；同时，支撑肋片还可以防止套杆在外套筒内发生周向转动。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明提供的钢结构节点吸能装置结构示意图；
图2为本发明提供的钢结构节点吸能装置剖视结构示意图；
图3为本发明提供的钢结构节点吸能装置第二固定圈的结构示意图；
图4为本发明提供的钢结构节点吸能装置安装在钢柱中的示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语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，并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。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。
此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1-4所示：本发明的一种钢结构节点吸能装置，包括：
外套筒1，其端部固定设置有磁性层Ⅰ2；
套杆3，其一端固定设置有磁性层Ⅱ4，另一端活动套设在所述外套筒1中，且另一端的端部固定设置有磁性层Ⅲ13；所述外套筒3中固定设置有缓冲弹簧5，所述缓冲弹簧5两端分别与套杆3的端部3和外套筒3固定相接；所述磁性层Ⅰ2、磁性层Ⅱ4和磁性层Ⅲ13均设置有开关，且磁性层Ⅰ2和磁性层Ⅱ4相对一侧的磁性相同，磁性层Ⅰ2与磁性层Ⅲ13相对的一侧磁性相同；
第一固定圈6，其固定设置在所述套杆3上，所述第一固定圈6上可拆卸安装有四根支撑肋片7；
第二固定圈8，其固定设置在所述外套筒1上，所述支撑肋片7的端部与第二固定圈8为滑动连接，且支撑肋片7与第二固定圈8之间设置有限位弹簧9。
工作原理：将钢结构节点吸能装置置于钢柱相对的翼缘100之间，并开启磁性层Ⅰ2、磁性层和磁性层Ⅲ13的开关，磁性层Ⅰ2和磁性层Ⅱ4便分别吸附在钢柱翼缘的内侧，从而将整个吸能装置固定在钢柱内；同时由于磁性层Ⅰ2与磁性层Ⅱ4相对的一侧磁性相同，磁性层Ⅰ2与磁性层Ⅲ13相对的一侧磁性相同，因而磁性层Ⅰ2与磁性层Ⅱ4之间产生斥力，磁性层Ⅰ2与磁性层Ⅲ13之间产生斥力；当钢柱的翼缘100受到撞击时，撞击的惯性力使吸能装置两端有相对收缩的趋势，而三个磁性层产生的斥力能够抵消部分惯性力，进而抵消或减小这个收缩趋势，使得翼缘100的变形减缓，达到了在冲击作用下保护钢柱构件的目的。吸能装置因外部冲击而发生收缩时，磁性层Ⅱ4、套杆3、第一固定圈6和支撑肋片7一起向靠近磁性层Ⅰ2的方向运动。关闭磁性层Ⅰ2和磁性层Ⅱ4的开关后，即可将吸能装置从钢柱中取下。缓冲弹簧5在受到压缩后，为套杆3和外套筒1提供弹力，帮助吸能装置进一步减缓翼缘100的变形速度；在两个磁性层的开关关闭时，缓冲弹簧5为套杆3提供支撑，限制套杆3进入外套筒1的深度。支撑肋片7和限位弹簧9相配合，用于实现套杆3和外套筒1的弹性连接；在翼缘100受到冲击时，支撑肋片7压缩限位弹簧9，限位弹簧9产生弹力，同样可抵消一部分冲击的惯性力，进一步减缓翼缘100的变形，进一步对翼缘形成缓冲保护，从而增加了吸能装置结构的稳定性；同时，支撑肋片7还可以防止套杆3在外套筒1内发生周向转动，使吸能装置的使用可靠性更高。磁性层Ⅰ2和磁性层Ⅱ4可为开关式永磁吸盘或电磁铁。
在上述技术方案中，所述支撑肋片7一体成型设置有安装柱71，所述安装柱71端部一体成型设置有导向柱72；所述限位弹簧9两端分别与导向柱72和第二固定圈8固定相接。导向柱72、第二固定圈8与限位弹簧9可采用焊接的方式固定，或者限位弹簧9焊接在第二固定圈8表面，导向柱72穿设在限位弹簧9中。
在上述技术方案中，所述支撑肋片7的端部与第二固定圈8的滑动连接方式为：
所述支撑肋片7的端部设置有扁平片状结构的限位片73，所述第二固定圈8开设有与支撑肋片7数量相同的开口81，所述开口81两侧分别设置有滑槽82，所述限位片73的边缘与滑槽82为滑动连接。限位片73与滑槽82相配合，为支撑肋片7提供了沿外套筒1轴向方向运动范围的同时，还对支撑肋片7具有限位作用；在两个磁性层将吸能装置吸附在钢柱上，以及翼缘100在受到冲击的过程中，支撑肋片7均会沿外套筒8的轴向方向运动相应距离，因此限位片73和滑槽82的设置不仅实现了支撑肋片7与第二固定圈8的滑动连接，还解决了支撑肋片7的运动限位问题。
在上述技术方案中，所述限位片73端部设置有弧形钩74，所述第二固定圈8上设置有与弧形钩74相适配的挂槽83。当弧形钩74挂在挂槽83上时，表明吸能装置达到了最大吸附间距，限位弹簧9和缓冲弹簧5达到了最大拉伸距离，此时吸能装置不能再继续拉伸，因此弧形挂钩74可以防止限位片脱离第二固定圈8。根据不同钢柱翼缘间距的不同，可制造不同吸附拉伸规格的吸能装置，每个规格的吸能装置均有最大的吸附间距，这种设置使得不同钢柱翼缘都能有最为匹配、效果最好的吸能装置。
在上述技术方案中，所述支撑肋片7的一端设置有安装环，所述安装环通过紧固螺栓10固定在所述第一固定圈6的表面；所述安装环与支撑肋片7为固定连接或转动连接。通过紧固螺栓10将安装环固定在第一固定圈6上，便于支撑肋片7的安装拆卸；支撑肋片7与安装环采用转动的连接方式，在安装紧固螺栓10时，可以转动支撑肋片7，为拧动紧固螺栓10腾出操作空间。
在上述技术方案中，所述套杆3表面一体成型设置有限位长条31，所述外套筒1内壁开设有与限位长条31相适配的限位槽11，所述限位长条31滑动嵌入在限位槽11中。当第一固定圈6上未安装支撑肋片7时，可以依靠限位长条31和限位槽11对套杆进行限位，防止套杆3发生周向转动，同时这种设置对套杆3的伸缩具有导向作用。
在上述技术方案中，所述第一固定圈6与套杆3为一体成型的结构，所述第二固定圈8与外套筒1为一体成型的结构。
在上述技术方案中，所述第一固定圈6与套杆3为过盈配合，所述第二固定圈8与外套筒1为过盈配合。
在上述技术方案中，所述外套筒1上设置有连接柱101，所述连接柱101与外套筒1为螺纹连接或一体成型设置。连接柱101连接一定长度的长杆后，可以提升吸能装置的安装高度。
在上述技术方案中，所述外套筒1与磁性层Ⅰ2之间、套杆3与磁性层Ⅱ4之间均设置有缓冲垫层12。缓冲垫层12用于对磁性层Ⅰ2、磁性层Ⅱ4、外套筒1和套杆3提供缓冲保护。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种钢结构节点吸能装置，其特征在于，包括：
外套筒，其一端固定设置有磁性层Ⅰ，另一端活动套设有套杆；
套杆，其一端固定设置有磁性层Ⅱ，另一端活动套设在所述外套筒中，且另一端端部固定设置有磁性层Ⅲ；所述外套筒中固定设置有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧两端分别与套杆的端部和外套筒固定相接；所述磁性层Ⅰ、磁性层Ⅱ和磁性层Ⅲ均设置有开关，且磁性层Ⅰ与磁性层Ⅱ相对一侧的磁性相同，磁性层Ⅰ与磁性层Ⅲ相对的一侧磁性相同；
第一固定圈，其固定设置在所述套杆上，所述第一固定圈上可拆卸安装有多根支撑肋片；
第二固定圈，其固定设置在所述外套筒上，所述支撑肋片的端部与第二固定圈为滑动连接，且支撑肋片与第二固定圈之间设置有限位弹簧。
2.如权利要求1所述的钢结构节点吸能装置，其特征在于，所述支撑肋片一体成型设置有安装柱，所述安装柱端部一体成型设置有导向柱；所述限位弹簧两端分别与导向柱和第二固定圈固定相接。
3.如权利要求1所述的钢结构节点吸能装置，其特征在于，所述支撑肋片的端部与第二固定圈的滑动连接方式为：
所述支撑肋片的端部设置有扁平片状结构的限位片，所述第二固定圈开设有与支撑肋片数量相同的开口，所述开口两侧分别设置有滑槽，所述限位片的边缘与滑槽为滑动连接。
4.如权利要求3所述的钢结构节点吸能装置，其特征在于，所述限位片端部设置有弧形钩，所述第二固定圈上设置有与弧形钩相适配的挂槽。
5.如权利要求1所述的钢结构节点吸能装置，其特征在于，所述支撑肋片的一端设置有安装环，所述安装环通过紧固螺栓固定在所述第一固定圈的表面；所述安装环与支撑肋片为固定连接或转动连接。
6.如权利要求1所述的钢结构节点吸能装置，其特征在于，所述套杆表面一体成型设置有限位长条，所述外套筒内壁开设有与限位长条相适配的限位槽，所述限位长条滑动嵌入在限位槽中。
7.如权利要求1所述的钢结构节点吸能装置，其特征在于，所述第一固定圈与套杆为一体成型的结构，所述第二固定圈与外套筒为一体成型的结构。
8.如权利要求1所述的钢结构节点吸能装置，其特征在于，所述第一固定圈与套杆为过盈配合，所述第二固定圈与外套筒为过盈配合。
9.如权利要求1所述的钢结构节点吸能装置，其特征在于，所述外套筒上设置有连接柱，所述连接柱与外套筒为螺纹连接或一体成型设置。
10.如权利要求1所述的钢结构节点吸能装置，其特征在于，所述外套筒与磁性层Ⅰ之间、套杆与磁性层Ⅱ之间均设置有缓冲垫层。
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