CN113802909A - 一种自复位耗能支撑结构及组装方法 - Google Patents

一种自复位耗能支撑结构及组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种自复位耗能支撑结构及组装方法,自复位耗能支撑结构包括框体、支撑杆、自复位组件和摩擦耗能组件,自复位组件包括碟簧组和限位环,碟簧组和限位环分别套装于支撑杆,且限位环位于碟簧组的两端,碟簧组的两侧还分别与内封板和下封板抵接,碟簧组由形状记忆合金制成;摩擦耗能组件包括挡板和焊接于挡板两端的摩擦块,挡板固定套装于支撑杆,侧封板内侧设置有摩擦槽,摩擦块设置于摩擦槽内且可以相对摩擦槽滑动;支撑杆受到压力或拉力时,摩擦块与摩擦槽发生相对位移而摩擦耗能,碟簧组发生形变耗能;当外力撤除时,碟簧组能够自动恢复至原状。该自复位耗能支撑结构具有结构损伤小和残余变形小的优点。

Description

一种自复位耗能支撑结构及组装方法
技术领域
本发明属于工程耗能减震的技术领域,如结构工程、机械工程和地下工程,尤其涉及结构工程中的一种自复位耗能支撑结构及组装方法。
背景技术
钢支撑框架在中小地震下能提供较高的弹性刚度,因而广泛应用于实际工程中,传统支撑在拉、压状态下屈曲以耗散地震输入能量,但支撑在受压时易发生失稳而导致其丧失承载及耗能能力,进而影响框架的抗震性能。在传统支撑基础上,屈曲约束支撑可提供稳定的耗能能力,但由于其屈服后刚度较低,大震后主体结构将留存较大的残余变形。既有研究表明,残余变形是决定结构震后修复成本的关键因素之一,当残余变形超过0.5%时,修复受损结构的成本大于拆除重建的成本。为了减少甚至消除震后结构损伤及残余变形,损伤控制机制以及结构可恢复的研究已逐渐引起人们的重视。
鉴于此,有必要提供一种新型的自复位耗能支撑结构及组装方法,以解决或至少缓解上述技术缺陷。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种自复位耗能支撑结构及组装方法,旨在解决现有技术中支撑结构残余变形大的技术问题。
为实现上述目的,根据本发明的一个方面,本发明提供一种自复位耗能支撑结构,包括框体,所述框体包括上封板、与所述上封板相对设置的下封板以及连接所述上封板和所述下封板的侧封板,所述框体内设置有与所述上封板平行设置的内封板,所述下封板上设有圆孔;
支撑杆,所述支撑杆一端穿射所述下封板的所述圆孔且与所述内封板连接;
自复位组件,所述自复位组件包括碟簧组和限位环,所述碟簧组和所述限位环分别套装于所述支撑杆,且所述限位环位于所述碟簧组的两端,所述碟簧组的两侧还分别与所述内封板和所述下封板抵接,所述碟簧组由形状记忆合金制成;
摩擦耗能组件,所述摩擦耗能组件包括挡板和焊接于所述挡板两端的摩擦块,所述挡板固定套装于所述支撑杆,所述侧封板内侧设置有摩擦槽,所述摩擦块设置于所述摩擦槽内且能够相对所述摩擦槽滑动。
在一实施例中,所述挡板包括相对设置的上挡板和下挡板,所述碟簧组包括上碟簧组和下碟簧组,所述限位环包括上限位环和下限位环,所述上碟簧组的两端分别与所述内封板和所述上挡板抵接,所述上限位环设置于所述上碟簧组靠近所述内封板的一端,所述下碟簧组的两端分别与所述下挡板和所述下封板抵接,所述下限位环设置于所述下碟簧组靠近所述下封板的一端。
在一实施例中,所述摩擦耗能组件还包括预应力索,所述预应力索的两端分别固定于所述侧封板,所述预应力索预设有拉应力以将摩擦槽和所述摩擦块之间形成正压力。
在一实施例中,所述碟簧组由多个碟簧串联或并联形成。
在一实施例中,所述自复位耗能支撑结构还包括塑性耗能组件,所述塑性耗能组件包括耗能板,所述耗能板的一端与所述侧封板焊接,所述耗能板的另一端与所述支撑杆连接,所述耗能板的另一端能够与所述支撑杆一同运动而产生形变耗能。
在一实施例中,所述耗能板由低屈服应力材料制成,所述耗能板能够在产生形变耗能后先于所述摩擦耗能组件和自复位组件屈服且保证主体结构不受损伤继续工作。
在一实施例中,所述塑性耗能组件还包括连接环,所述侧封板上均设置有所述耗能板,所述连接环安装在所述支撑杆上,所述连接环的两端分别与所述耗能板连接。
在一实施例中,所述耗能板包括相对设置的两块E型板,所述E型板的背部与所述侧封板焊接,所述连接环包括可拆卸连接的两个半圆环,所述半圆环与所述E型板的可拆卸连接。
在一实施例中,所述上封板的外侧连接有安装耳,所述支撑杆伸出所述下封板一段距离设置。
根据本发明的另一个方面,本发明提供还一种自复位耗能支撑结构的组装方法,包括以下步骤:
步骤一:备料,准备上封板,下封板,侧封板,内封板,上挡板,下挡板,摩擦块,预应力索,限位环,耗能板,半圆环,碟簧,安装耳;在下封板、内封板、上挡板和下挡板上分别开设供支撑杆穿过的圆形孔洞;在上、下封板开设螺栓孔;在侧封板内部开设摩擦槽并在其内侧中部两边以及顶部、底部沿宽度方向分别开设螺栓孔;将耗能板切割为E型耗能板,并分别在E型耗能板的开口侧端部开设与半圆环相对应的圆形孔洞;
步骤二:将上挡板、下挡板分别穿过支撑杆并在相应位置焊接固定并在上挡板、下挡板两侧分别焊接摩擦块;将E型耗能板于侧封板中线位置对称放置并将其焊接于摩擦槽之间的中部位置;
步骤三:将碟簧按照预定的串联或并联方式依次从支撑杆上、下端穿过再将上、下限位环依次从支撑杆上、下端穿过,使得最内侧碟簧与上、下挡板外侧抵接、碟簧之间相互抵接以及限位环与最外侧碟簧内部抵接后,将上、下限位环于抵接位置与最外侧碟簧内部的支撑杆焊接;
步骤四:将两块侧封板的摩擦槽分别与摩擦块抵接,同时将预应力索分别穿过侧封板中部的螺栓孔并通过拧紧螺栓以达到所需的预紧力;
步骤五:将半圆环分别将支撑杆围裹再将其置于E型耗能板开口侧夹缝中,将其连接端圆形孔洞与E型耗能板开口侧端部的圆形孔洞对齐后,通过对穿螺栓连接固定;
步骤六:将内封板从两块侧封板中部穿过至与最外侧碟簧抵接位置并将其焊接固定于侧封板内部;将下封板穿过支撑杆与最外侧碟簧抵接并通过膨胀螺栓连接固定于侧封板底部;将上封板与侧封板顶部通过膨胀螺栓连接固定并将安装耳焊接于上封板外侧。
上述方案中,自复位耗能支撑结构包括框体、支撑杆、自复位组件和摩擦耗能组件,框体包括上封板、与上封板相对设置的下封板以及连接上封板和下封板的侧封板,框体内设置有与上封板平行设置的内封板,下封板上设有圆孔;支撑杆一端穿射下封板的圆孔且与内封板连接;自复位组件包括碟簧组和限位环,碟簧组和限位环分别套装于支撑杆,且限位环位于碟簧组的两端,碟簧组的两侧还分别与内封板和下封板抵接,碟簧组由形状记忆合金制成;摩擦耗能组件包括挡板和焊接于挡板两端的摩擦块,挡板固定套装于支撑杆,侧封板内侧设置有摩擦槽,摩擦块设置于摩擦槽内且可以相对摩擦槽滑动;支撑杆受到压力或拉力时,摩擦块与摩擦槽发生相对位移而摩擦耗能,碟簧组发生形变耗能;当外力撤除时,碟簧组能够自动恢复至原状。上述方案中,摩擦耗能组件在地震作用下,一直伴随着支撑杆的运动而发挥作用,可持续不断的吸收并耗散地震能量。焊接于挡板两端的摩擦块有效的增加了摩擦面,有效增加了摩擦耗能,增大了自复位耗能支撑结构的耗能能力;自复位组件的碟簧组由形状记忆合金制成,可在支撑杆受拉或受压时发生形变耗能,当外力去除时,又可以在自身材料特征的作用下恢复到原来的状态,减小残余变形。该自复位耗能支撑结构具有耗能能力强、结构损伤小和残余变形小的优点。
具体地,本发明具有以下有益效果:
1、本发明通过提出的一种自复位耗能支撑结构,地震作用下,支撑杆受拉或受压时,摩擦耗能组件、塑性耗能组件以及自复位组件在框体和支撑杆的辅助作用下协同作用。解决了传统支撑在受压时易发生失稳而导致其丧失承载及耗能能力进而影响框架的抗震性能的问题,改善了屈曲约束支撑(BRB)屈服后刚度较低,大震后主体结构将留存较大的残余变形的问题。
2、摩擦耗能组件在地震作用下,一直伴随着支撑杆的运动而发挥作用,可持续不断的吸收并耗散地震能量。焊接于挡板两端的摩擦块有效的增加了摩擦面,且摩擦块与摩擦槽侧面接触部分设为同直径圆弧缓冲段,有效避免了两者碰撞时发生应力集中。预应力索由高强钢丝旋绞制成,可通过拧紧螺栓高效稳定的施加预紧力进而增加组件的摩擦阻力。
3、塑性耗能组件通过将塑性变形集中于低屈服点钢板制成的E型耗能板,使得E型耗能板优先屈服,可达到预期的损伤控制效果。E型耗能板为双层设计,沿中轴线对称布置,提升了支撑结构的承载能力及整体协调性。连接环于E型耗能板层间被夹持,实现了E型耗能板与支撑杆之间的无开孔铰接,避免了局部削弱带来的应力集中问题且具有可按需分配布置的优点。
4、自复位组件除了可以通过利用SMA碟簧组实现显著的自复位效果,碟簧之间的接触摩擦致使其刚度增大也会产生一定的耗能效果,故可进一步减小结构的残余变形。在支撑杆受拉状态下,下碟簧组在下挡板的挤压下发生形变耗能,随着拉力的撤去,下碟簧组可逐渐恢复原状,期间上部碟簧组保持原状;在支撑杆受压状态下,上碟簧组在上挡板的挤压下发生形变耗能,随着压力的撤去,上碟簧组可逐渐恢复原状,期间下碟簧组保持原状。焊接于支撑杆上的限位环,避免了碟簧随支撑杆运动而滑脱。
5、框体通过螺栓将上、下封板与侧封板围接,实现支撑受损零部件便于更换的目标,满足绿色可持续政策要求,大大降低了结构修复成本。
6、支撑组件、框体以及摩擦耗能组件统一采用高强钢,保证了支撑结构足够的强度及刚度,挡板厚度设置稍厚于封板,避免拉、压作用下挡板产生面外失稳。
7、本发明在摩擦耗能机制的基础上引入低屈服点钢构件以满足损伤控制需求,同时应用除可提供一定的耗能能力外还可实现结构可恢复功能的SMA碟簧,通过调整低屈服点钢和高强度钢材料的应用比例、SMA碟簧不同的组配方式、摩擦预紧力的数值等可有效平衡整体构件的耗能能力与自复位能力,进而提高结构的可修复性。
8、本发明摩擦耗能组件、塑性耗能组件以及自复位组件独立协同作用,互不影响,故具有较强的可持续性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对实施方式或现有技术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方式,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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例自复位耗能支撑结构的立体结构示意图;
图2为图1在A-A方向的剖面示意图;
图3为本发明实施例框体和内封板的分解结构示意图;
图4为本发明实施例支撑杆、碟簧组和挡板的立体结构示意图;
图5为本发明实施例摩擦耗能组件的结构示意图;
图6为本发明实施例塑性耗能组件的结构示意图;
图7为本发明实施例碟簧组连接方式的结构示意图;
图8为本发明实施例自复位耗能支撑结构受拉变形的结构示意图;
图9为本发明实施例自复位耗能支撑结构受压变形的结构示意图;
图10为本发明另一实施例自复位耗能支撑结构的组装方法的流程示意图。
附图标号说明:
1、框体;101、上封板;102、下封板;103、侧封板;104、内封板;201、上挡板;202、下挡板;203、上碟簧组;204、下碟簧组;205、上限位环;206、下限位环;207、支撑杆;3、摩擦块;4、摩擦槽;5、预应力索;6、耗能板;7、连接环;8、膨胀螺栓;9、对穿螺栓;10、安装耳。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,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方式,都属于本发明保护的范围。
需要说明,本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。
并且,本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
参见图1-图9,根据本发明的一个方面,本发明提供一种自复位耗能支撑结构,包括框体1,框体1包括上封板101、与上封板101相对设置的下封板102以及连接上封板101和下封板102的侧封板103,框体1内设置有与上封板101平行设置的内封板104,下封板102上设有圆孔;
支撑杆207,支撑杆207一端穿射下封板102的圆孔且与内封板104连接;
自复位组件,自复位组件包括碟簧组和限位环,碟簧组和限位环分别套装于支撑杆207,且限位环位于碟簧组的两端,碟簧组的两侧还分别与内封板104和下封板102抵接,碟簧组由形状记忆合金制成;
摩擦耗能组件,摩擦耗能组件包括挡板和焊接于挡板两端的摩擦块3,挡板固定套装于支撑杆207,侧封板103内侧设置有摩擦槽4,摩擦块3设置于摩擦槽4内且可以相对摩擦槽4滑动;
支撑杆207受到压力或拉力时,摩擦块3与摩擦槽4发生相对位移而摩擦耗能,碟簧组发生形变耗能;当外力撤除时,碟簧组能够自动恢复至原状。
上述实施例中,摩擦耗能组件在地震作用下,一直伴随着支撑杆207的运动而发挥作用,可持续不断的吸收并耗散地震能量。焊接于挡板两端的摩擦块3有效的增加了摩擦面,有效增加了摩擦耗能,增大了自复位耗能支撑结构的耗能能力;自复位组件的碟簧组由形状记忆合金制成,可在支撑杆207受拉或受压时发生形变耗能,当外力去除时,又可以在自身材料特征的作用下自动恢复到原来的状态,减小残余变形。该实施例具有耗能能力强、结构损伤小和残余变形小的优点。
此外,框体1通过螺栓将上、下封板102与侧封板103围接,实现支撑受损零部件便于更换的目标,满足绿色可持续政策要求,大大降低了结构修复成本。支撑杆207、各封板以及摩擦耗能组件统一采用高强钢制成,保证了支撑结构足够的强度及刚度,挡板厚度设置稍厚于封板,避免拉、压作用下挡板产生面外失稳。
在一实施例中,挡板包括相对设置的上挡板201和下挡板202,碟簧组包括上碟簧组203和下碟簧组204,限位环包括上限位环205和下限位环206,上碟簧组203的两端分别与内封板104和上挡板201抵接,上限位环205设置于上碟簧组203靠近内封板104的一端,下碟簧组204的两端分别与下挡板202和下封板102抵接,下限位环206设置于下碟簧组204靠近下封板102的一端,摩擦槽4的宽度大于摩擦块3的宽度。具体地,可以将摩擦块3与摩擦槽4侧面接触部分设为同直径圆弧缓冲段,有效避免两者碰撞时发生应力集中。在支撑杆207受拉状态下,下碟簧组204在下挡板202的挤压下发生形变耗能,随着拉力的撤去,下碟簧组204可逐渐恢复原状,期间上碟簧组203保持原状;在支撑杆207受压状态下,上碟簧组203在上挡板201的挤压下发生形变耗能,随着压力的撤去,上碟簧组203可逐渐恢复原状,期间下碟簧组204保持原状。焊接于支撑杆207上的限位环,避免了碟簧组随支撑杆207运动而滑脱。该实施例能够确保在支撑杆207受拉或者受压时,均有碟簧组残余形变耗能,并能够在外力撤除后自动恢复至原状态,减小残余形变。
在一实施例中,摩擦耗能组件还包括预应力索5,预应力索5的两端分别固定于侧封板103,预应力索5预设有拉应力以将摩擦槽4和摩擦块3之间形成正压力,通过形成摩擦阻力吸收耗能。预应力索5由高强钢丝旋绞制成,可通过拧紧螺栓高效稳定的施加预紧力进而增加组件的摩擦阻力。
在一实施例中,碟簧组由多个碟簧串联或并联形成。碟簧具有结构简单、压缩能力强、力学性能稳定等特点,并且可以通过不同的串、并联组合形式以满足特定的轴向刚度、变形能力或承载能力要求。将SMA(ShapeMemory Alloy,形状记忆合金)材料应用于碟簧可使得其在原有特点基础上获得良好的自复位能力,通过不同的组合形式可实现碟簧变形能力与承载能力可调,从而达成结构可恢复的目标。此外,碟簧之间的接触摩擦会使其刚度增大,故在增大一定耗能能力的同时可进一步减小结构的残余变形。
在一实施例中,自复位耗能支撑结构还包括塑性耗能组件,塑性耗能组件包括耗能板6,耗能板6的一端与侧封板103焊接,耗能板6的另一端与支撑杆207连接,耗能板6的另一端能够与支撑杆207一同运动而产生形变耗能。具体地,耗能板6由低屈服应力材料制成,耗能板6能够在产生形变耗能后先于所述其他构件屈服且保证主体结构不受损伤继续工作。该实施例中,如在地震作用下,支撑杆207受拉或受压时,摩擦耗能组件、塑性耗能组件以及自复位组件在框体和支撑杆207组件的辅助作用下协同作用,解决了传统支撑结构在受压时易发生失稳而导致其丧失承载及耗能能力进而影响框架的抗震性能的问题,改善了屈曲约束支撑屈服后刚度较低,大震后主体结构将留存较大的残余变形的问题,进一步提高了支撑结构的屈服刚度和减小了外力去除后主体结构的残余变形。并且,该实施例在摩擦耗能机制的基础上引入低屈服点钢构件以满足损伤控制需求,同时应用除可提供一定的耗能能力外还可实现结构可恢复功能的SMA碟簧,通过调整低屈服点钢和高强度钢材料的应用比例、SMA碟簧不同的组配方式、摩擦预紧力的数值等可有效平衡整体构件的耗能能力与自复位能力,进而提高结构的可修复性。本发明摩擦耗能组件、塑性耗能组件以及自复位组件独立协同作用,互不影响,故具有较强的可持续性能。
上述低屈服钢对应牌号大致有LYP100、LYP160、LYP190、LYP225可供选择,技术人员可通过调整低屈服点钢和高强度钢材料的应用比例、上碟簧组203和下碟簧组204不同的组配方式、预应力索5施加的摩擦预紧力的数值等来有效平衡整体构件的耗能能力与自复位能力,进而可减少构件的损伤以提高结构的可修复性。通过塑性耗能组件、摩擦耗能组件和自复位组件三者的协同和调节作用,可适应不同环境下的实际需求。
在一实施例中,上封板101和下封板102上均设置有耗能板6,连接环7安装在支撑杆207上,连接环7的两端分别与耗能板6连接。具体地,耗能板6包括相对设置的两块E型板,E型板的背部与侧封板103焊接,连接环7包括可拆卸连接的两个半圆环,半圆环与E型板的可拆卸连接。塑性耗能组件通过将塑性变形集中于低屈服点钢板制成的E型耗能板,使得E型耗能板优先屈服,可达到预期的损伤控制效果。E型耗能板为双层设计,沿中轴线对称布置,提升了支撑结构的承载能力及整体协调性。半圆环于两个E型耗能板层间被夹持,两个半圆环组成连接环7夹持支撑杆207,实现了E型耗能板与支撑杆207之间的无开孔铰接,避免了局部削弱带来的应力集中问题且具有可按需分配布置的优点。
在一实施例中,上封板101的外侧连接有安装耳10,支撑杆207伸出下封板102一段距离设置。安装耳10主要与外部部件连接的作用。
根据本发明的另一个方面,本发明提供还一种自复位耗能支撑结构的组装方法,包括以下步骤:
步骤一:备料,准备上封板101,下封板102,侧封板103,内封板104,上挡板201,下挡板202,摩擦块3,预应力索5,限位环,耗能板6,半圆环,碟簧,安装耳10;在下封板102、内封板104、上挡板201和下挡板202上分别开设供支撑杆207穿过的圆形孔洞;在上、下封板102开设螺栓孔;在侧封板103内部开设摩擦槽4并在其内侧中部两边以及顶部、底部沿宽度方向分别开设螺栓孔;将耗能板6切割为E型耗能板,并分别在E型耗能板的开口侧端部开设与半圆环相对应的圆形孔洞;
步骤二:将上挡板201、下挡板202分别穿过支撑杆207并在相应位置焊接固定并在上挡板201、下挡板202两侧分别焊接摩擦块3;将E型耗能板于侧封板103中线位置对称放置并将其焊接于摩擦槽4之间的中部位置;
步骤三:将碟簧按照预定的串联或并联方式依次从支撑杆207上、下端穿过再将上、下限位环206依次从支撑杆207上、下端穿过,使得最内侧碟簧与上、下挡板202外侧抵接、碟簧之间相互抵接以及限位环与最外侧碟簧内部抵接后,将上、下限位环206于抵接位置与最外侧碟簧内部的支撑杆207焊接;
步骤四:将两块侧封板103的摩擦槽4分别与摩擦块3抵接,同时将预应力索5分别穿过侧封板103中部的螺栓孔并通过拧紧螺栓以达到所需的预紧力;
步骤五:将半圆环分别将支撑杆207围裹再将其置于E型耗能板开口侧夹缝中,将其连接端圆形孔洞与E型耗能板开口侧端部的圆形孔洞对齐后,通过对穿螺栓9连接固定;
步骤六:将内封板104从两块侧封板103中部穿过至与最外侧碟簧抵接位置并将其焊接固定于侧封板103内部;将下封板102穿过支撑杆207与最外侧碟簧抵接并通过膨胀螺栓8连接固定于侧封板103底部;将上封板101与侧封板103顶部通过膨胀螺栓8连接固定并将安装耳10焊接于上封板101上。
下面对本发明支撑杆207受拉和受压时,各部件的运动和所起的作用做出具体说明。支撑杆207受拉时,带动着上限位环205、下限位环206、上碟簧组203、下碟簧组204、上挡板201以及下挡板202整体向下封板102方向移动;同时,塑性耗能组件中的E型耗能板由于其封口侧焊接固定于侧封板、开口侧通过半圆环固定于支撑杆207,故随着支撑杆207的运动,E型耗能板开口侧在连接环7的带动下受向下的剪力作用向下封板102方向发生形变耗能;此外,在下挡板202往下封板102方向移动时,下碟簧组204于下挡板202与下封板102之间受挤压变形,随着支撑杆207拉力的去除,下碟簧组204利用SMA的自复位特性可逐渐恢复初始状态,可达到显著减小或消除残余变形的效果,而上碟簧组203由于上限位环205的作用保持原始状态。同理,支撑杆207受压时,带动着整个支撑杆207包括上限位环205、下限位环206、上碟簧组203、下碟簧组204、上挡板201以及下挡板202整体向上封板101方向移动,也表现为E型耗能板开口侧在连接环7的带动下受向上的剪力作用向上封板101方向发生形变耗能以及上碟簧组203于上挡板201与内封板104之间受挤压变形,随着支撑杆207压力的去除,上碟簧组203利用SMA的自复位特性可逐渐恢复初始状态,亦可达到显著减小或消除残余变形的效果,而下碟簧组204由于下限位环206的作用保持原始状态。特别地,无论支撑杆207处于受拉或受压状态时,在预应力索5施加预紧力的基础上,焊接于上挡板201、下挡板202的摩擦块3也时刻伴随着支撑杆207的运动而在摩擦槽4内产生相对位移故而摩擦耗能,提高整个自复位耗能支撑结构的耗能能力。此外,随着支撑杆207的运动,除了由自复位组件提供的可恢复能力外,塑性耗能组件中的E型耗能板在预期的地震作用下能够优先屈服,使得主体结构依旧保持弹性可持续工作。总言之,地震作用下自复位耗能支撑结构无论处于受拉或受压状态,摩擦耗能组件、塑性耗能组件以及自复位组件都在支撑杆207以及框架的辅助作用下协同作用,使得自复位耗能支撑结构具有稳定的耗能能力以及优良的自复位能力,同时实现了预期的损伤控制模式,有利于减少结构的残余变形并提高其可修复性以节约修复成本。本发明实施例上封板101、下封板102与侧封板103都采用了螺栓连接,因而当自复位耗能支撑结构内部零件损坏时,便于更换,因而本发明具有优良的可循环性能,并符合我国可持续发展战略。
以上仅为本发明的可选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的技术构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种自复位耗能支撑结构,其特征在于,包括:
框体,所述框体包括上封板、与所述上封板相对设置的下封板以及连接所述上封板和所述下封板的侧封板,所述框体内设置有与所述上封板平行设置的内封板,所述下封板上设有圆孔;
支撑杆,所述支撑杆一端穿射所述下封板的所述圆孔且与所述内封板连接;
自复位组件,所述自复位组件包括碟簧组和限位环,所述碟簧组和所述限位环分别套装于所述支撑杆,且所述限位环位于所述碟簧组的两端,所述碟簧组的两侧还分别与所述内封板和所述下封板抵接,所述碟簧组由形状记忆合金制成;
摩擦耗能组件,所述摩擦耗能组件包括挡板和焊接于所述挡板两端的摩擦块,所述挡板固定套装于所述支撑杆,所述侧封板内侧设置有摩擦槽,所述摩擦块设置于所述摩擦槽内且能够相对所述摩擦槽滑动。
2.根据权利要求1所述的自复位耗能支撑结构,其特征在于,所述挡板包括相对设置的上挡板和下挡板,所述碟簧组包括上碟簧组和下碟簧组,所述限位环包括上限位环和下限位环,所述上碟簧组的两端分别与所述内封板和所述上挡板抵接,所述上限位环设置于所述上碟簧组靠近所述内封板的一端,所述下碟簧组的两端分别与所述下挡板和所述下封板抵接,所述下限位环设置于所述下碟簧组靠近所述下封板的一端。
3.根据权利要求1所述的自复位耗能支撑结构,其特征在于,所述摩擦耗能组件还包括预应力索,所述预应力索的两端分别固定于所述侧封板,所述预应力索预设有拉应力以将摩擦槽和所述摩擦块之间形成正压力。
4.根据权利要求1所述的自复位耗能支撑结构,其特征在于,所述碟簧组由多个碟簧串联或并联形成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的自复位耗能支撑结构,其特征在于,所述自复位耗能支撑结构还包括塑性耗能组件,所述塑性耗能组件包括耗能板,所述耗能板的一端与所述侧封板焊接,所述耗能板的另一端与所述支撑杆连接,所述耗能板的另一端能够与所述支撑杆一同运动而产生形变耗能。
6.根据权利要求5所述的自复位耗能支撑结构,其特征在于,所述耗能板由低屈服应力材料制成,所述耗能板能够在产生形变耗能后先于所述自复位组件和摩擦耗能组件屈服且保证主体结构不受损伤继续工作。
7.根据权利要求5所述的自复位耗能支撑结构,其特征在于,所述塑性耗能组件还包括连接环,所述侧封板上均设置有所述耗能板,所述连接环安装在所述支撑杆上,所述连接环的两端分别与所述耗能板连接。
8.根据权利要求7所述的自复位耗能支撑结构,其特征在于,所述耗能板包括相对设置的两块E型板,所述E型板的背部与所述侧封板焊接,所述连接环包括可拆卸连接的两个半圆环,所述半圆环与所述E型板的可拆卸连接。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的自复位耗能支撑结构,其特征在于,所述上封板的外侧连接有安装耳,所述支撑杆伸出所述下封板一段距离设置。
10.一种自复位耗能支撑结构的组装方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:备料,准备上封板,下封板,侧封板,内封板,上挡板,下挡板,摩擦块,预应力索,限位环,耗能板,半圆环,碟簧,安装耳;在下封板、内封板、上挡板和下挡板上分别开设供支撑杆穿过的圆形孔洞;在上、下封板开设螺栓孔;在侧封板内部开设摩擦槽并在其内侧中部两边以及顶部、底部沿宽度方向分别开设螺栓孔;将耗能板切割为E型耗能板,并分别在E型耗能板的开口侧端部开设与半圆环相对应的圆形孔洞;
步骤二:将上挡板、下挡板分别穿过支撑杆并在相应位置焊接固定并在上挡板、下挡板两侧分别焊接摩擦块;将E型耗能板于侧封板中线位置对称放置并将其焊接于摩擦槽之间的中部位置;
步骤三:将碟簧按照预定的串联或并联方式依次从支撑杆上、下端穿过再将上、下限位环依次从支撑杆上、下端穿过,使得最内侧碟簧与上、下挡板外侧抵接、碟簧之间相互抵接以及限位环与最外侧碟簧内部抵接后,将上、下限位环于抵接位置与最外侧碟簧内部的支撑杆焊接;
步骤四:将两块侧封板的摩擦槽分别与摩擦块抵接,同时将预应力索分别穿过侧封板中部的螺栓孔并通过拧紧螺栓以达到所需的预紧力;
步骤五:将半圆环分别将支撑杆围裹再将其置于E型耗能板开口侧夹缝中,将其连接端圆形孔洞与E型耗能板开口侧端部的圆形孔洞对齐后,通过对穿螺栓连接固定;
步骤六:将内封板从两块侧封板中部穿过至与最外侧碟簧抵接位置并将其焊接固定于侧封板内部;将下封板穿过支撑杆与最外侧碟簧抵接并通过膨胀螺栓连接固定于侧封板底部;将上封板与侧封板顶部通过膨胀螺栓连接固定并将安装耳焊接于上封板外侧。
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