CN113585847A - 一种装配式自复位组合碟簧x型软钢耗能装置 - Google Patents

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Abstract

一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置，属于土木工程防灾减震技术领域。X型软钢阻尼器(5)通过高强螺栓(10)固定在外套管(4)的内侧和内套管(3)的外侧。组合碟簧(6)穿套于内套管(3)与外套管(4)之间。通过内套管(3)和外套管(4)相对滑动，进而带动外挡块(7)和内挡块(8)推动挡板(9)相向滑动，最终挤压组合碟簧(6)，以实现装置无论受拉或受压，组合碟簧(6)始终处于受压状态，内套管(3)和外套管(4)在相对滑动时，也带动了X型软钢阻尼器(5)产生变形。在地震时，X型软钢阻尼器(5)可以有效耗散地震能量，并且在地震后，自复位部分可以帮助结构恢复原始状态，消除残余变形。

Description

一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置
技术领域
本发明涉及土木工程抗震技术领域，是一种应用于结构和桥梁工程领域中的耗能减震构件，装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置具有良好的耗能能力和自复位能力。
背景技术
地震作为一种严重的自然灾害，会造成建筑结构的毁坏甚至倒塌，给人们带来了严重的威胁。建筑抗震一直以来都是一个重要的课题，2011年，我国学者明确了结构抗震设计的新概念—可恢复功能结构。可恢复功能结构是指设防或罕遇地震后不需要修复或在部分使用状态下稍许修复即可恢复其使用功能的结构，并且结构体易于建造和维护，全寿命成本效益高。地震之所以能够对结构产生巨大的损害，一方面是由于现有结构还不具备抵抗复杂地震的能力，震时结构或倒塌或产生了较大的侧向变形，另一方面是在地震作用后结构产生了较大的残余位移，残余位移的存在会严重损害结构抵抗余震的能力，特别是当残余变形角大于0.5％时，结构修复成本将大于重建成本。而震时耗散地震能量和震后结构的自复位能够有效的解决永久位移的问题。
提高结构的抗震能力和震后可恢复能力，是近几年以来众多学者研究的主要内容。目前国内外学者已经发明了一些支撑，包括耗能部分和自复位部分。其中耗能部分主要通过粘性液体耗能、摩擦耗能和金属变形耗能；自复位部分主要通过形状记忆合金、钢绞线、弹簧实现。本发明采用碟簧和金属的变形分别实现了结构的自复位和耗能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是为了解决传统支撑在大震或中震作用下出现较大的残余变形而加大震后维护和重建成本的问题，为此提出一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置。
(二)技术方案
本发明为解决上述技术问题采取的方案是：一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置，其特征在于，主要由左端板(1)、右端板(2)、内套管(3)、外套管(4)、X型软钢阻尼器(5)、组合碟簧(6)、外挡块(7)、内挡块(8)、挡板(9)、高强螺栓(10)组成；
左端板(1)和右端板(2)平行相对位于最两端，内套管(3)的左端与左端板(1)固定在一起，外套管(4)的右端与右端板(2)固定在一起，外套管(4)同轴套在内套管(3)外，外套管(4)的左端与左端板(1)之间有空隙，内套管(3)的右端与右端板(2)之间有空隙；
X型软钢阻尼器(5)分为上下两层；上层X型软钢阻尼器(5)的上板面通过高强螺栓(10)固定在外套管(4)的内侧，上层X型软钢阻尼器(5)的下板面通过高强螺栓(10)固定在内套管(3)的外侧；下层X型软钢阻尼器(5)的下板面通过高强螺栓(10)固定在外套管(4)的内侧，上层X型软钢阻尼器(5)的上板面通过高强螺栓(10)固定在内套管(3)的外侧；
在内套管(3)与外套管(4)之间设有外挡块(7)、内挡块(8)、挡板(9)、组合碟簧(6)，其中内挡块(8)固定在内套管(3)外，内挡块(8)固定在外套管(4)内表面上，外挡块(7)、内挡块(8)对接于一个平面上，此对接平面垂直于内套管(3)轴向；挡板(9)紧贴外挡块(7)和内挡块(8)，挡板(9)套在内套管(3)外可以在内套管(3)与外套管(4)之间沿内套管(3)自由活动，挡板(9)的大小大于外挡块(7)，覆盖外挡块(7)、内挡块(8)对接处；组合碟簧(6)穿套于内套管(3)与外套管(4)之间；组合碟簧(6)轴向两端均为挡板(9)，而对应每一个挡板(9)的另一侧面为外挡块(7)和内挡块(8)；组合碟簧(6)和其轴向两端对应的外挡块(7)、内挡块(8)、挡板(9)组成一套组合装置；在内套管(3)与外套管(4)之间空隙的两端分别各设有一套组合装置；X型软钢阻尼器(5)位于套组合装置之间；
内套管(3)和外套管(4)、组合碟簧(6)、外挡块(7)、内挡块(8)、挡板(9)组成自复位系统；当内套管(3)和外套管(4)产生相对位移的时候，带动外挡块(7)和内挡块(8)推动挡板(9)相向滑动，最终挤压组合碟簧(6)，使得装置无论受拉还是受压，组合碟簧(6)均处于受压状态，为装置提供自恢复力。
X型软钢阻尼器(5)采用软钢材料，例如低碳钢中的LYP195软钢材料。
可根据所需要的恢复力的大小选用不同数量的X型软钢阻尼器(5)进行组合。
X型软钢阻尼器(5)利用了钢板的剪切变形，在保证装置刚度的同时拥有更好的耗能能力。X型软钢阻尼器(5)包括上板面和下板面，在上板面和下板面之间固定有多个独立有间隙平行的X型板，多个平行的X型板指的是多个X型板的板面叠合平行。X型板的板面平行于内套管(3)的轴向。
本发明所述的内套管(3)与外套管(4)均为长方形套管；内套管(3)在与X型软钢阻尼器(5)连接的部分结构为与X型软钢阻尼器(5)的上板面平行的板结构。
本发明的工作机理是：本发明所述的一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置，耗能系统和自复位系统均放置在外套管(4)与内套管(3)之间，耗能系统和自复位系统之间系并联关系。当外套管(4)和内套管(3)之间发生相对位移时：一方面，每个X型软钢阻尼器(5)产生错动变形，通过金属板进入塑性状态而耗散能量；另一方面，由于固定在内套管(3)和外套管(4)上的挡板(9)的错动，推动挡板(9)挤压组合碟簧(6)，从而为整个支撑提供自恢复力，进而有效消除X型软钢阻尼器(5)在震后产生的较大塑性变形。该阻尼器具有稳定的耗能能力和良好的自复位功能。同时可采用全预制式加工和装配，在使用期间可进行拆卸，易于检修和维护，且震后更换方便简易，全寿命成本效益高，经济效果显著。
本发明的优点在于：
本发明所述的一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置，在地震作用下减震抗震效果显著，具有良好的自复位能力，主要体现在以下几点：
1、采用碟簧作为自复位元件，一定数量的碟簧通过叠合和并合而组合在一起并在施加预压力后能满足支撑不同的轴向位移和恢复力的需求，解决了现有的自复位材料弹性变形能力不足以及造价昂贵的问题。
2、X型软钢阻尼器(5)在弹性阶段时，可为结构提供附加刚度。
3、本发明无论处于受拉还是受压状态，预压组合碟簧(6)总是处于受压状态，为支撑提供足够的自恢复力。
4、采用全预制式加工和装配，在使用期间可进行拆卸，易于检修和维护，且震后更换方便简易，全寿命成本效益高，经济效果显著。
附图说明
为了更清楚地说明本发明技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置的结构三维图。
图2为一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置的结构耗能部分三维图。
图3为一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置的结构自复位部分三维图。
图4为一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置的内套管(3)三维图。
图5为一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置的X型软钢阻尼器(5)三维图。
图6为碟簧三维图。
附图标记说明：
1—左端板；2—右端板；3—内套管；4—外套管；5—X型软钢阻尼器；6—组合碟簧；7—外挡块；8—内挡块；9—挡板；10—高强螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详细描述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置采用全装配式构件，由耗能组件和自复位组件拼装而成。在使用期间可方便拆卸更换损坏构件，易于维修和维护，且震后易更换，全寿命成本效益高。
本实施例的阻尼器中，外套管(4)与左端板(1)固接，内套管(3)与右端板(1)固接，耗能组件和自复位组件均安装在内套管(3)和外套管(4)之间。
耗能部分：X型软钢阻尼器(5)两侧分别采用高强螺栓(10)固定在外套管(4)内侧和内套管(3)外侧。当内外套管发生相对位移时，X型软钢阻尼器(5)两侧发生错动，开始耗散能量。
自复位部分：外挡块(7)固定在外套管(4)内侧，内挡块(8)固定在内套管(3)外侧，挡板(9)紧靠内挡块(8)和外挡块(7)并可以自由滑动，预压组合碟簧(6)放置在挡板(9)之间。内套管(3)、外套管(4)、组合碟簧(6)、外挡块(7)、内挡块(8)、挡板(9)、高强螺栓(10)组成自复位系统。当内外套管产生相对位移的时候，带动内挡块(8)和外挡块(7)推动挡板(9)最终挤压组合碟簧(6)，使得装置无论受拉还是受压，碟簧均处于受压状态，为装置提供自恢复力。

Claims (6)

1.一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置，其特征在于，主要由左端板(1)、右端板(2)、内套管(3)、外套管(4)、X型软钢阻尼器(5)、组合碟簧(6)、外挡块(7)、内挡块(8)、挡板(9)、高强螺栓(10)组成；
左端板(1)和右端板(2)平行相对位于最两端，内套管(3)的左端与左端板(1)固定在一起，外套管(4)的右端与右端板(2)固定在一起，外套管(4)同轴套在内套管(3)外，外套管(4)的左端与左端板(1)之间有空隙，内套管(3)的右端与右端板(2)之间有空隙；
X型软钢阻尼器(5)分为上下两层；上层X型软钢阻尼器(5)的上板面通过高强螺栓(10)固定在外套管(4)的内侧，上层X型软钢阻尼器(5)的下板面通过高强螺栓(10)固定在内套管(3)的外侧；下层X型软钢阻尼器(5)的下板面通过高强螺栓(10)固定在外套管(4)的内侧，上层X型软钢阻尼器(5)的上板面通过高强螺栓(10)固定在内套管(3)的外侧；
在内套管(3)与外套管(4)之间设有外挡块(7)、内挡块(8)、挡板(9)、组合碟簧(6)，其中内挡块(8)固定在内套管(3)外，内挡块(8)固定在外套管(4)内表面上，外挡块(7)、内挡块(8)对接于一个平面上，此对接平面垂直于内套管(3)轴向；挡板(9)紧贴外挡块(7)和内挡块(8)，挡板(9)套在内套管(3)外可以在内套管(3)与外套管(4)之间沿内套管(3)自由活动，挡板(9)的大小大于外挡块(7)，覆盖外挡块(7)、内挡块(8)对接处；组合碟簧(6)穿套于内套管(3)与外套管(4)之间；组合碟簧(6)轴向两端均为挡板(9)，而对应每一个挡板(9)的另一侧面为外挡块(7)和内挡块(8)；组合碟簧(6)和其轴向两端对应的外挡块(7)、内挡块(8)、挡板(9)组成一套组合装置；在内套管(3)与外套管(4)之间空隙的两端分别各设有一套组合装置；X型软钢阻尼器(5)位于套组合装置之间。
2.按照权利要求1所述的一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置，其特征在于，内套管(3)和外套管(4)、组合碟簧(6)、外挡块(7)、内挡块(8)、挡板(9)组成自复位系统；当内套管(3)和外套管(4)产生相对位移的时候，带动外挡块(7)和内挡块(8)推动挡板(9)相向滑动，最终挤压组合碟簧(6)，使得装置无论受拉还是受压，组合碟簧(6)均处于受压状态，为装置提供自恢复力。
3.按照权利要求1所述的一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置，其特征在于，X型软钢阻尼器(5)采用软钢材料，例如低碳钢中的LYP195软钢材料。
4.按照权利要求1所述的一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置，其特征在于，可根据所需要的恢复力的大小选用不同数量的X型软钢阻尼器(5)进行组合。
5.按照权利要求1所述的一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置，其特征在于，X型软钢阻尼器(5)利用了钢板的剪切变形，在保证装置刚度的同时拥有更好的耗能能力；X型软钢阻尼器(5)包括上板面和下板面，在上板面和下板面之间固定有多个独立有间隙平行的X型板，多个平行的X型板指的是多个X型板的板面叠合平行；X型板的板面平行于内套管(3)的轴向。
6.按照权利要求1所述的一种装配式自复位组合碟簧X型软钢耗能装置，其特征在于，内套管(3)与外套管(4)均为长方形套管；内套管(3)在与X型软钢阻尼器(5)连接的部分结构为与X型软钢阻尼器(5)的上板面平行的板结构。
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