CN113389288A

CN113389288A - 一种具有复合耗能机制的自复位连梁

Info

Publication number: CN113389288A
Application number: CN202110624707.XA
Authority: CN
Inventors: 王德斌; 王世鹏
Original assignee: Dalian Jiaotong University
Current assignee: Dalian Jiaotong University
Priority date: 2021-06-04
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2041-06-04
Also published as: CN113389288B

Abstract

本发明提供一种具有复合耗能机制的自复位连梁，包括加载控制装置、挤压内摩擦剪切固定板、挤压内摩擦剪切活动板，所述挤压内摩擦剪切活动板穿入所述加载控制装置内，所述挤压内摩擦剪切活动板的下部与所述挤压内摩擦剪切固定板之间通过两个挤压摩擦耗能系统和位于两个挤压摩擦耗能系统中间的黏弹性材料剪切耗能系统连接，挤压摩擦耗能系统包括上下两个转轴、前后两个外挤压摩擦板和多组碟簧，属于位移相关型耗能机制；黏弹性材料剪切耗能包括上下两个夹紧转轴和前后两个外剪切板。本发明采用转动挤压摩擦、黏弹性材料剪切复合耗能机制，同时可根据复位、耗能需求设置倾斜面角度及碟簧初始预压力。

Description

一种具有复合耗能机制的自复位连梁

技术领域

本发明涉及土木建筑结构技术领域，具体而言是一种复位连梁，尤其涉及一种具有复合耗能机制的自复位连梁。

背景技术

近年来数次强震造成的人员伤亡虽有下降，经抗震设计的结构已实现大震不倒的目标，但结构震后过大的残余变形使建筑本身使用功能中断，并产生高额的维修费用。研究表明，结构震后残余层间位移角超过0.5％时，修复成本将高于重建成本。自复位支撑能够实现结构震后残余变形接近为零，并可实现震后不经修复即可恢复使用功能，但有关自复位耗能连梁的研究却鲜有研究。目前已有耗能连梁多为金属剪切屈服耗能、摩擦耗能、黏弹性材料的剪切挤压耗能，现有的连梁具有如下缺点：(1)现有连梁往往耗能机制单一，无法满足多种外部荷载条件；(2)目前已有耗能连梁并不具备自复位能力，无法消除变形后的残余位移；(3)已有耗能连梁尚无法进行多列多层布置，不能在连梁形式上进行有效拓展。有关自复位耗能连梁的研究极其有限。

发明内容

根据上述技术问题，本发明开发了一种具有复合耗能机制的挤压摩擦及黏弹性耗能的自复位连梁，该连梁能够有效降低结构的残余变形具有较强的消能减震能力，并且能够根据抗震需求进行多列多层布置。

本发明采用的技术手段如下：

一种具有复合耗能机制的自复位连梁，包括上下设置的加载控制装置和挤压内摩擦剪切固定板，所述加载控制装置为正置的T形板，所述挤压内摩擦剪切固定板为倒置的T型板；

所述加载控制装置的竖直部加工有通槽，挤压内摩擦剪切活动板的上部伸入所述通槽内，所述通槽的槽壁上加工有多个竖直设置的长条形通孔，安装销穿过所述长条形通孔和所述挤压内摩擦剪切活动板，且所述安装销的两端具有第一轴肩限位凸起；

所述挤压内摩擦剪切活动板的下部与所述挤压内摩擦剪切固定板之间通过两个挤压摩擦耗能系统和设置在两个所述挤压摩擦耗能系统之间的黏弹性材料剪切耗能系统连接；

所述挤压摩擦耗能系统包括两个轴向分别穿过所述挤压内摩擦剪切活动板下部和所述挤压内摩擦剪切固定板的竖直部的转轴、两个对称设置在所述挤压内摩擦剪切活动板前后两侧的外挤压摩擦板，所述外挤压摩擦板的上部和下部分别套设在两个所述转轴上，且所述外挤压摩擦板的上部靠近所述挤压内摩擦剪切活动板的一侧和所述外挤压摩擦板的下部靠近所述挤压内摩擦剪切固定板的一侧分别与所述挤压内摩擦剪切活动板的下部和所述挤压内摩擦剪切固定板键连接；所述转轴的两端分别具有轴肩凸起，且所述轴肩凸起与所述外挤压摩擦板之间设有套设在所述转轴上的弹性预紧件；

所述黏弹性材料剪切耗能系统包括两个轴向分别穿过所述挤压内摩擦剪切活动板下部和所述挤压内摩擦剪切固定板的竖直部的夹紧转轴、两个对称设置在所述挤压内摩擦剪切活动板前后两侧的外剪切板，所述外剪切板的上部和下部分别套设在两个所述夹紧转轴上，所述外剪切板与所述挤压内摩擦剪切活动板之间、所述外剪切板与所述挤压内摩擦剪切固定板之间均设有黏弹性材料，且所述夹紧转轴的两端分别进行螺栓预紧。

所述挤压内摩擦剪切活动板在所述外挤压摩擦板的上部所在处、所述挤压内摩擦剪切固定板在所述外挤压摩擦板的下部所在处分别加工有多个凹槽，所述外挤压摩擦板的上部和下部分别加工有多个与所述凹槽相匹配的凸起，且所述凸起设置在所述凹槽内，所述凸起和所述凹槽形成所述键连接。

所述弹性预紧件为多组碟簧。

工作原理：加载前，外挤压摩擦板的凸起和挤压内摩擦剪切固定板、挤压内摩擦剪切活动板的凹槽相匹配，完全处于扣紧状态；组合碟簧提供初始预压力，其初始预压力高于外挤压摩擦板与挤压内摩擦剪切固定板、挤压内摩擦剪切活动板之间的屈服承载力，确保阻尼单元能够完全复位。加载过程中，挤压内摩擦剪切活动板与所述加载控制装置的倾斜面处于挤压摩擦状态进行耗能，同时外剪切板与挤压内摩擦剪切活动板和挤压内摩擦剪切固定板之间的黏弹性材料进行剪切耗能。整个加载过程中碟簧处于线弹性压缩变形状态，卸载过程中，碟簧为阻尼单元提供复位力，确保阻尼单元消除全部残余变形。同时，挤压摩擦板的凸起、凹槽可设置为不同角度，且可设为有平台段或无平台段即仅为三角形凸起、凹槽紧扣模式。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用转动挤压摩擦耗能，可根据复位、耗能需求设置倾斜面角度和平台段弧长及组合碟簧初始预压力；

2、本发明将挤压摩擦耗能与黏弹性材料剪切耗能相结合，能够满足位移型和速度型阻尼器的耗能特点，进而满足不同外部荷载作用；

3、该自复位耗能阻尼单元形式简单，能够沿平面内和垂直于连梁平面方向设置多个阻尼单元，以此满足连梁耗能能力需求。

基于上述理由本发明可在连梁等领域广泛推广。

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具有复合耗能机制的自复位连梁结构示意图。

图2为本发明具体实施方式中一种具有复合耗能机制的自复位连梁主视图。

图3为本发明具体实施方式中加载控制装置结构示意图。

图4为本发明具体实施方式中挤压内摩擦剪切活动板结构示意图。

图5为本发明具体实施方式中挤压内摩擦剪切固定板结构示意图。

图6为本发明具体实施方式中外挤压摩擦板结构示意图。

图7为本发明具体实施方式中外剪切板结构示意图。

图8为本发明具体实施方式中转轴结构示意图。

图9为本发明具体实施方式中安装销结构示意图。

图10为本发明具体实施方式中黏弹性材料结构示意图。

图中：1、加载控制装置；2、挤压内摩擦剪切固定板；3、挤压内摩擦剪切活动板；4、外挤压摩擦板；5、外剪切板；6、黏弹性材料；7、转轴；8、碟簧；9、安装销；10、夹紧转轴；11、凹槽；12、凸起。

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1～10所示，一种具有复合耗能机制的自复位连梁，包括上下设置的加载控制装置1和挤压内摩擦剪切固定板2，所述加载控制装置1为正置的T形板，所述挤压内摩擦剪切固定板2为倒置的T型板；

所述加载控制装置1的竖直部加工有通槽，挤压内摩擦剪切活动板3的上部伸入所述通槽内，所述通槽的槽壁上加工有多个竖直设置的长条形通孔，安装销9穿过所述长条形通孔和所述挤压内摩擦剪切活动板3，且所述安装销9的两端具有第一轴肩限位凸起；

所述挤压内摩擦剪切活动板3的下部与所述挤压内摩擦剪切固定板2之间通过两个挤压摩擦耗能系统和设置在两个所述挤压摩擦耗能系统之间的黏弹性材料剪切耗能系统连接；

所述挤压摩擦耗能系统包括两个轴向分别穿过所述挤压内摩擦剪切活动板3下部和所述挤压内摩擦剪切固定板2的竖直部的转轴7、两个对称设置在所述挤压内摩擦剪切活动板3前后两侧的外挤压摩擦板4，所述外挤压摩擦板4的上部和下部分别套设在两个所述转轴7上，且所述外挤压摩擦板4的上部靠近所述挤压内摩擦剪切活动板3的一侧和所述外挤压摩擦板4的下部靠近所述挤压内摩擦剪切固定板2的一侧分别与所述挤压内摩擦剪切活动板3的下部和所述挤压内摩擦剪切固定板2键连接；所述转轴7的两端分别具有轴肩凸起，且所述轴肩凸起与所述外挤压摩擦板4之间设有套设在所述转轴7上的碟簧8；

所述黏弹性材料剪切耗能系统包括两个轴向分别穿过所述挤压内摩擦剪切活动板下部和所述挤压内摩擦剪切固定板的竖直部的夹紧转轴10、两个对称设置在所述挤压内摩擦剪切活动板3前后两侧的外剪切板5，所述外剪切板5的上部和下部分别套设在两个所述夹紧转轴10上，所述外剪切板5与所述挤压内摩擦剪切活动板3之间、所述外剪切板5与所述挤压内摩擦剪切固定板2之间均设有黏弹性材料6，且所述夹紧转轴10的两端分别进行螺栓预紧。

所述挤压内摩擦剪切活动板3在所述外挤压摩擦板4的上部所在处、所述挤压内摩擦剪切固定板2在所述外挤压摩擦板4的下部所在处分别加工有多个凹槽11，所述外挤压摩擦板4的上部和下部分别加工有多个与所述凹槽11相匹配的凸起12，且所述凸起12设置在所述凹槽11内，所述凸起12和所述凹槽11形成所述键连接。

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

1.一种具有复合耗能机制的自复位连梁，其特征在于，包括上下设置的加载控制装置和挤压内摩擦剪切固定板，所述加载控制装置为正置的T形板，所述挤压内摩擦剪切固定板为倒置的T型板；

2.根据权利要求1所述的一种具有复合耗能机制的自复位连梁，其特征在于，所述挤压内摩擦剪切活动板在所述外挤压摩擦板的上部所在处、所述挤压内摩擦剪切固定板在所述外挤压摩擦板的下部所在处分别加工有多个凹槽，所述外挤压摩擦板的上部和下部分别加工有多个与所述凹槽相匹配的凸起，且所述凸起设置在所述凹槽内，所述凸起和所述凹槽形成所述键连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有复合耗能机制的自复位连梁，其特征在于，所述弹性预紧件为多组碟簧。