CN113882735A - 一种转动摩擦连梁阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种转动摩擦连梁阻尼器，包括左耗能部和右耗能部，所述左耗能部和右耗能部通过横板连接，所述左耗能部包括左端板和左竖板，所述右耗能部包括右端板和右竖板，所述左竖板上设置有第一通孔，所述右竖板上设置有第二通孔，所述横板与所述第一通孔和第二通孔的对应处均设置有横板通孔，通过高强螺栓将两块横板分别连接于左竖板和右竖板的前后两侧；所述第二通孔的孔径大于所述第一通孔的孔径。本发明提供的变形能力可控，具备较大的伸缩能力，震后易于检查、无需更换的转动摩擦连梁阻尼器，其具有广泛的应用前景。

Description

一种转动摩擦连梁阻尼器
技术领域
本发明属于建筑结构的减隔震领域，具体涉及一种转动摩擦连梁阻尼器。
背景技术
在剪力墙结构和框架—剪力墙结构中，连梁是连接相邻剪力墙的重要结构单元。在正常使用工况下，结构处于弹性工作状态，连梁协同两侧剪力墙，为结构提供足够的抗侧刚度及承载力；地震工况下，连梁先于两侧剪力墙发生屈服，设计合理的连梁会在与剪力墙的连接处形成塑性铰，使结构具备足够的延性。但在实际设计过程中，连梁往往由于跨高比过小，容易出现剪切破坏，导致连梁的耗能作用有限，且震后难以修复。并且，地震荷载难以预计，连梁的内力和变形状态难以完全实现设计目标。
为了发挥连梁位置的特殊性，真正实现提高结构的延性，提升结构耐震性能，而在连梁位置设置耗能阻尼器是目前较为优选的方法，其具有以下的优势：1)对比传统的钢筋混凝土连梁，阻尼器的耗能能力更强，可大幅提高结构的抗震能力；2)阻尼器出力可控，使连梁安全性提升；3)对比其他层间设置耗能阻尼器方案，连梁阻尼器所需安装空间小，可完全隐藏在连梁内部，有利于实现更好的建筑效果。
目前已有部分学者做出了相关研究，如中国专利ZL2016103993405和ZL2019107388650。这两个专利都是阻尼器设置在连梁跨中，结构变形时，阻尼器两端一端向上，一端向下，同时阻尼器自身的长度需要增加。通过研究发现，现有的连梁阻尼器仍存在如下问题：1)利用材料屈服后耗能的阻尼器，以产品损坏作为代价，震后需要更换；2)利用材料屈服后耗能的阻尼器，经历地震后，难以通过简单目测方法判断其是否已经损坏；3)现有平动变形的摩擦型连梁阻尼器，难以实现耗能效果，原因为现有平动变形的摩擦阻尼器自身的长度无法增加，其协同连梁和剪力墙结构的变形轨迹有待改进；4)现有平动变形的摩擦型连梁阻尼器，连接方式为一端焊接，一端螺栓或销轴连接，其安装孔的安装公差会降低阻尼器的工作效率。
发明内容
为了至少解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案是提供一种变形能力可控，具备较大的伸缩能力，震后易于检查、无需更换的转动摩擦连梁阻尼器。
为了至少实现上述目的之一，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种转动摩擦连梁阻尼器，包括：左耗能部和右耗能部，所述左耗能部和右耗能部通过横板连接，所述左耗能部包括左端板和左竖板，所述右耗能部包括右端板和右竖板，所述左竖板上设置有第一通孔，所述右竖板上设置有第二通孔，所述横板与所述第一通孔和第二通孔的对应处均设置有横板通孔，通过高强螺栓将两块横板分别连接于左竖板和右竖板的前后两侧；所述第二通孔的孔径大于所述第一通孔的孔径；
进一步地，所述横板通孔与第一通孔的孔径相等，与所述高强螺栓为紧密的间隙配合；
进一步地，所述左竖板、右竖板在前后方向设置有多个，且平行、对齐排列，多个左竖板和右竖板之间在其前侧、后侧设置横板。
进一步地，前侧所述横板或后侧所述横板在上下方向设置有多个，多个同侧所述横板平行、对齐排列，且之间具有固定间隙；
进一步地，在所述横板通孔圆周外设置有凹槽，所述凹槽设置在横板与左竖板和右竖板的接触面侧，所述凹槽内嵌有与凹槽形状匹配的摩擦环；
进一步地，在通孔连接处，还设置连接组件，所述连接组件包括第一垫板、第二垫板、第三垫板、防松垫圈和蝶形弹簧；
进一步地，在高强螺栓的螺栓头处依次穿设防松垫圈、第一垫板、第二垫板、横板、摩擦环、左竖板或右竖板、摩擦环、横板、第二垫板、蝶形弹簧、第三垫板、防松垫圈和螺母；
进一步地，所述高强螺栓和所述螺母将所有部件连接在同一厚度位置；
进一步地，所述左竖板和右竖板分别与左端板、右端板垂直设置并通过焊接连接；
进一步地，所述左端板上焊接有多个左锚筋，所述右端板上焊接有多个右锚筋；
进一步地，所述横板、左竖板与右竖板的材质均采用钢材。
本发明提供的转动摩擦连梁阻尼器与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)转动摩擦连梁阻尼器设置在连梁中部，利用其自身可转动及伸长的特性，在地震工况下，形成转动耗能节点，从而提高结构在地震中的安全性；
(2)利用在横板中设置环形凹槽，将摩擦环嵌固，使摩擦环在阻尼器静止和运行过程中，与横板及竖板的接触面积始终不变，保证摩擦耗能效果的稳定；
(3)转动摩擦阻尼器变形能力强，在转动的同时长度可伸缩机构变形轨迹更适合用于连梁；
(4)区别于传统金属型连梁阻尼器，转动摩擦连梁阻尼器为非一次性设备，震后无需更换，易于震后检查，并可通过设置简单标记判断螺栓是否发生松动。
总之，本发明提出了一种变形能力强，在转动的同时长度可伸缩，震后易于检查、无需更换的转动摩擦连梁阻尼器，其具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明转动摩擦连梁阻尼器的结构正视图；
图2为本发明生转动摩擦连梁阻尼器的俯视图；
图3为本发明左竖板的结构示意图；
图4为本发明右竖板的结构示意图；
图5为本发明横板的结构示意图；
图6为本发明转动摩擦连梁阻尼器转动变形示意图；
图7为本发明转动摩擦连梁阻尼器耗能曲线(图中，F：摩擦阻尼力，s：阻尼器变形量)；
其中，1左端板，101左锚筋，2右端板，201右锚筋，3左竖板，301第一通孔，4右竖板，401第二通孔，5横板，501横板通孔，6高强螺栓，601螺母，7防松垫圈，8第一垫板，801第二垫板，802第三垫板，9蝶形弹簧，10摩擦环。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
在本发明的描述中，需要理解的是，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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电性连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下，将通过具体实施例对本发明提供的转动摩擦连梁阻尼器作详细说明：
如图1-6所示，本发明提供的转动摩擦连梁阻尼器，包括左耗能部和右耗能部，所述左耗能部包括左端板1和左竖板3，所述右耗能部包括右端板2和右竖板4，所述左竖板3上设置有第一通孔301，所述右竖板4上设置有第二通孔401，所述左耗能部和右耗能部通过横板5连接，所述横板5与所述第一通孔301和第二通孔401的对应处均设置有横板通孔501，横板5水平放置并垂直于左竖板3和右竖板4，；所述左竖板3、右竖板4在前后方向上设置有多个，且平行、对齐排列；多个左竖板3和右竖板4之间在其前侧、后侧设置横板5；前侧横板5或后侧横板5在上下方向设置有多个，多个同侧横板5的起点和终端对其，即平行、对齐排列，且横板5之间具有固定间隙；通过高强螺栓6将两块横板5分别与左竖板3和右竖板4前后两侧连接；第一通孔301的孔径和横板通孔501的孔径与高强螺栓6的直径形成紧密的间隙配合，第二通孔401的孔径大于高强螺栓6的直径，具体孔径竖直需根据阻尼器最大变形量计算确定；
本发明提供的转动摩擦连梁阻尼器还包括连接组件，利用连接组件将横板5与左竖板3、右竖板4连接起来；连接组件包括第一垫板8、第二垫板801、第三垫板802、防松垫圈7和蝶形弹簧9；在横板通孔501圆周外设置有凹槽，所述凹槽设置在横板5与左竖板3、右竖板4的接触面侧，所述凹槽内嵌有与凹槽形状匹配的摩擦环10；
根据本发明的高强螺栓6将横板5与左竖板3和右竖板4连接在一起，从高强螺栓6的螺栓头处依次叠放防松垫圈7、第一垫板8、第二垫板801、横板5、摩擦环10、左竖板3或右竖板4、摩擦环10、横板5、第二垫板801、蝶形弹簧9、第三垫板802、防松垫圈7和螺母601；
根据本发明的高强螺栓6和螺母601将上述部件连接在同一厚度位置，使各个部件上下表面相互接触，通过调整预压荷载大小，得到所需摩擦阻尼力，也可根据实际需要的阻尼力大小，调整横板5、左竖板3和右竖板4的数量；
根据本发明的左竖板3和右竖板4分别与左端板1、右端板2垂直设置并通过焊接连接；左端板1和右端板2安装在连梁跨中，分别通过左锚筋101和右锚筋201与连梁中部断开后形成的两个断面连接，左锚筋101、右锚筋201分别与左端板1、右端板2通过焊接连接；
根据本发明的横板5、左竖板3与右竖板4的材质均采用钢材。
本发明提供的转动摩擦连梁阻尼器的工作原理，具体包括：
本发明提供的转动摩擦连梁阻尼器设置在连梁跨中，通过高强螺栓施加预压载荷，将左、右竖板和横板及内嵌摩擦环、碟簧元件等串联在一起。
当横板5和左竖板3、右竖板4在左右两侧连梁随剪力墙侧向变形引起的相互转动和平动时，左耗能部将仅产生转动变形，右耗能部将产生转动和平动变形；其中，右竖板4上的第二通孔401孔径大于高强螺栓6直径，而右侧横板组(横板组包括横板5、摩擦环10和第一垫板8、第二垫板801、第三垫板802)通孔内径等于高强螺栓6的直径；初始状态下，右竖板4和横板组的孔心对齐(如图2所示)；外力作用下，连梁阻尼器结构发生侧向变形，设置在连梁跨中的阻尼器两端产生竖向变形差，带动横板5发生转动，横板5左端同左竖板3产生相对转动摩擦，横板5同右竖板4产生相对转动和平动摩擦；高强螺栓6在右竖板4的通孔中位置发生变化，实现阻尼器的在转动的同时可伸长的特性。
由此可见，正常使用工况下，转动摩擦连梁阻尼器两端受力小于阻尼器启动力时，给结构提供足够的抗侧刚度及承载力，不影响结构在正常使用工况下的安全性。地震工况下，在随着结构的变形，转动摩擦连梁阻尼器两端受力大于阻尼器启动力，连梁将带动阻尼器两端产生上下位移差，阻尼器的每个螺栓节点产生转动摩擦，提供限制机构变形方向的阻尼力。螺栓节点处摩擦环及其上下钢板之间的摩擦将机械能转变成热能，从而提高结构在地震中的安全性。
转动摩擦阻尼器出力及变形量计算方法：
Figure BDA0003291318070000051
Figure BDA0003291318070000052
T：摩擦环扭矩；R0：摩擦环内径；R1：摩擦环外径；μ：摩擦系数；Pb：螺栓拉力；F：摩擦阻尼力；nb：螺栓数量；nu：单侧竖板数量；L：转动臂长。
本发明提供的转动摩擦连梁阻尼器与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)转动摩擦连梁阻尼器设置在连梁中部，利用其自身可转动及伸长的特性，在地震工况下，自动形成耗能铰点，从而提高结构在地震中的安全性；
(2)利用在横板中设置圆形内嵌槽，将摩擦环嵌固，使摩擦环在阻尼器非运行和运行过程中，均与横板接触面积始终不变，保证摩擦耗能效果的稳定；
(3)更加合理的利用连梁所处位置特点，在连梁跨中设置转动属性的摩擦阻尼器，在地震工况下，形成转动耗能机构；转动摩擦阻尼器变形能力可控，根据所需变形量，得到更为合理的变形轨迹；
(4)本发明提供的转动摩擦连梁阻尼器具备较大的伸缩能力；
(5)区别于传统金属型连梁阻尼器，转动摩擦连梁阻尼器为非一次性设备，震后无需更换，易于震后检查，并可通过设置简单标记判断阻尼器是否发生松动。
总之，本发明提出了一种变形能力可控，具备较大的伸缩能力，震后易于检查、无需更换的转动摩擦连梁阻尼器，其具有广泛的应用前景。
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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (11)

1.一种转动摩擦连梁阻尼器，其特征在于，包括左耗能部和右耗能部，所述左耗能部和右耗能部通过横板连接，所述左耗能部包括左端板和左竖板，所述右耗能部包括右端板和右竖板，所述左竖板上设置有第一通孔，所述右竖板上设置有第二通孔，所述横板与所述第一通孔和第二通孔的对应处均设置有横板通孔，通过高强螺栓将两块横板分别连接于左竖板和右竖板的前后两侧；所述第二通孔的孔径大于所述第一通孔的孔径。
2.根据权利要求1所述的转动摩擦连梁阻尼器，其特征在于，所述横板通孔与第一通孔的孔径相等，与所述高强螺栓为紧密的间隙配合。
3.根据权利要求2所述的转动摩擦连梁阻尼器，其特征在于，所述左竖板、右竖板在前后方向设置有多个，且平行、对齐排列，多个所述左竖板和右竖板之间在其前侧和后侧设置横板。
4.根据权利要求3所述的转动摩擦连梁阻尼器，其特征在于，前侧所述横板或后侧所述横板在上下方向设置有多个，多个同侧所述横板平行、对齐排列，且之间具有固定间隙。
5.根据权利要求4所述的转动摩擦连梁阻尼器，其特征在于，在所述横板通孔圆周外设置有凹槽，所述凹槽设置在横板与左竖板和右竖板的接触面侧，所述凹槽内嵌有与凹槽形状匹配的摩擦环。
6.根据权利要求5所述的转动摩擦连梁阻尼器，其特征在于，在通孔连接处，还设置连接组件，所述连接组件包括第一垫板、第二垫板、第三垫板、防松垫圈和蝶形弹簧。
7.根据权利要求6所述的转动摩擦连梁阻尼器，其特征在于，在高强螺栓的螺栓头处依次穿设防松垫圈、第一垫板、第二垫板、横板、摩擦环、左竖板或右竖板、摩擦环、横板、第二垫板、蝶形弹簧、第三垫板、防松垫圈和螺母。
8.根据权利要求7所述的转动摩擦连梁阻尼器，其特征在于，所述高强螺栓和所述螺母将所有部件连接在同一厚度位置。
9.根据权利要求8所述的转动摩擦连梁阻尼器，其特征在于，所述左竖板和右竖板分别与左端板、右端板垂直设置并通过焊接连接。
10.根据权利要求9所述的转动摩擦连梁阻尼器，其特征在于，所述左端板上焊接有多个左锚筋，所述右端板上焊接有多个右锚筋。
11.根据权利要求10所述的转动摩擦连梁阻尼器，其特征在于，所述横板、左竖板与右竖板的材质均采用钢材。
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