CN114382190A - 碟簧坡面自复位屈曲约束支撑 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，属于屈曲约束支撑技术领域，包括耗能系统和自复位系统。耗能系统包括耗能核心板、约束板和填充板，耗能核心板分别设有耗能段和连接段，约束板和填充板用于约束耗能段受压屈服后发生的平面外变形；自复位机构包括外复位板和内复位板，外复位板与内复位板的相对面上设置有可滑动配合的坡面结构，两个外复位板由弹性连接组件相连，弹性连接组件为内、外复位板之间坡面的相对滑动提供弹性恢复力。本发明提供的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，能够消除耗能构件的震后残余变形，且构造更为简单，造价更为低廉，有利于在工程结构中的广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于屈曲约束支撑技术领域，更具体地说，是涉及一种碟簧坡面自复位屈曲约束支撑。
背景技术
屈曲约束支撑是被广泛应用于框架结构的延性抗侧力构件，为框架提供侧向刚度，控制主体结构的侧向变形模式，同时保证结构具有充足的延性储备以满足地震时的变形需求，从而避免强震时结构的倒塌。但同时在屈曲约束支撑中会产生较大塑性变形以耗散地震能量，导致结构易于在强震后产生严重的残余变形。据统计，在强震激励下，屈曲约束支撑框架的平均残余变形达到0.8-1.8％。过大的残余变形会导致受损结构在余震中的倒塌概率大幅增加，结构震后的修复难度和费用大幅增加。自定心系统的引入是减小结构残余变形、增强结构震后可恢复性的有效途径。
目前几乎所有的带有自复位功能的耗能支撑都依赖于一个或一组耗能系统来提供能量耗散，以及一个附加自复位系统。目前，高强钢绞线和形状记忆合金常与耗能构件组合，形成具有自复位功能的耗能构件。高强钢绞线与耗能构件组合可能需要一个复杂的构造来提供足够的刚度和强度，且钢绞线张拉过程具有安全隐患，不一定是经济的；而形状记忆合金则成本较高，且其受力变形特征易受到温度场的影响，应用环境受限。因此，需要一种构件简单且造价低廉的弹性复位系统，提高施工效率、降低结构造价。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，旨在解决屈曲约束支撑震后残余变形过大，结构体系震后修复困难，解决自复位支撑构造复杂，造价高昂，应用环境受限的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，包括：
耗能核心板，所述耗能核心板的中部设有耗能段，两侧分别设有连接段，两个所述连接段的外端分别设有连接构件，所述耗能段具备沿其轴向发生形变的能力；
自复位机构，包括外复位板和内复位板，所述外复位板分别位于所述耗能核心板的上下两侧面，所述内复位板分别连接在所述连接段的上下两侧面且位于所述外复位板内侧，所述外复位板与所述内复位板的相对面上设置有可滑动配合的坡面结构，两个所述外复位板由弹性连接组件相连，所述弹性连接组件为所述外复位板和对应的所述内复位板之间坡面结构的滑动提供恢复力。
在一种可能的实现方式中，所述耗能段的宽度小于所述连接段的宽度。
在一种可能的实现方式中，所述耗能段的左右两侧分别设有填充板，所述耗能段的上下两侧面分别设有约束板，所述约束板位于同侧的两个所述内复位板之间，每个所述填充板分别连接在两个所述约束板上。
在一种可能的实现方式中，所述耗能段的左右侧壁中部均设有定位凸起，所述填充板靠近所述耗能核心板的侧壁中部设有定位凹槽，所述定位凸起卡接于对应的所述定位凹槽内。
在一种可能的实现方式中，所述内复位板靠近所述外复位板的端面上设有梯形块，所述外复位板上设有与所述梯形块适配的梯形槽，所述梯形块和梯形槽适配的斜面构成可滑动配合的所述坡面结构。
在一种可能的实现方式中，位于同一所述内复位板上的所述梯形块为至少两个，至少两个所述梯形块沿所述内复位板的长度方向间隔设置。
在一种可能的实现方式中，所述弹性连接组件为两组且分别设于同一所述外复位板的两端，所述弹性连接组件包括贯穿两个所述外复位板、两个所述内复位板和对应的所述连接段的第一螺栓，所述第一螺栓的两端分别设有第一螺帽，所述第一螺帽与所述外复位板的外表面之间设有弹性件，所述内复位板和所述连接段上分别沿自身长度方向开设有供所述第一螺栓通过的条形槽。
在一种可能的实现方式中，所述弹性件为套设在所述第一螺栓上的碟形弹簧，所述碟形弹簧的两端分别抵靠于所述第一螺帽与所述外复位板的外端面。
在一种可能的实现方式中，所述第一螺栓的两端分别套设有垫片，所述碟形弹簧一端抵靠于所述第一螺帽上，另一端借助对应的所述垫片抵靠于所述外复位板的外端面。
在一种可能的实现方式中，所述连接构件包括端板和连接在所述端板内侧面的两个边板，两个所述边板之间连接有贯穿对应的所述连接段和两个所述内复位板的第二螺栓。
本发明提供的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑的有益效果在于：与现有技术相比，当两个连接构件分别受到向外侧的拉力时，两个连接构件通过连接段向两侧拉伸耗能段，耗能段沿其轴向发生变形而逐渐伸长，使连接在连接段上下两侧面内复位板同时向外侧移动，内复位板与外复位板之间坡面结构滑动配合，以使两个外复位板相互远离，当连接构件的外力撤销后，弹性连接组件的回弹力会驱动外复位板向对应的内复位板一侧移动，外复位板和内复位板之间坡面结构通过反向滑动，以使内复位板带动连接段同时向内侧移动，以复位耗能段，达到整个装置自动复位的功能。同样的，当两个连接构件分别受到向内侧的压力时，两个连接构件通过连接段对耗能段的两端施加压力，耗能段沿其轴向发生变形而逐渐压缩，使连接在连接段上下两侧面内复位板同时向内侧移动，内复位板与外复位板之间坡面结构滑动配合，以使两个外复位板相互远离。当连接构件的外力撤销后，弹性连接组件的回弹力会驱动外复位板向对应的内复位板一侧移动，外复位板和内复位板之间坡面结构通过反向滑动，以使内复位板带动连接段同时向内侧移动，以复位耗能段，达到整个装置自动复位的功能。本发明提供的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，能够自动恢复震后变形，且构造更为简单，造价更为低廉，有利于在工程结构中的广泛应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明实施例提供的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑在未受力状态下的结构图；
图3为本发明实施例提供的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑在轴向受拉状态下的结构图；
图4为本发明实施例提供的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑的爆炸图；
图5为本发明实施例提供的耗能核心板的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的填充板的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的外复位板的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的内复位板的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的弹性连接组件的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的连接构件的结构示意图。
附图标记说明：
100、耗能核心板；110、耗能段；111、定位凸起；120、连接段；130、过渡段；200、填充板；210、定位凹槽；300、约束板；400、外复位板；410、梯形槽；500、内复位板；510、梯形块；600、弹性连接组件；610、第一螺栓；620、第一螺帽；630、碟形弹簧；640、垫片；700、连接构件；710、端板；720、边板；730、第二螺栓；800、条形槽。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1至图4，现对本发明提供的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑进行说明。碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，包括耗能核心板100和自复位机构。
耗能核心板100的中部设有耗能段110，两侧分别设有连接段120，两个连接段120的外端分别设有连接构件700，耗能段110具备沿其轴向发生形变的能力；自复位机构包括外复位板400和内复位板500，外复位板400分别位于耗能核心板100的上下两侧面，内复位板500分别连接在连接段120的上下两侧面且位于外复位板400内侧，外复位板400与内复位板500的相对面上设置有可滑动配合的坡面结构，两个外复位板400由弹性连接组件600相连，弹性连接组件600为外复位板400和对应的内复位板500之间坡面结构的滑动提供恢复力。
本发明提供的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，与现有技术相比，当两个连接构件700分别受到向外侧的拉力时，两个连接构件700通过连接段120向两侧拉伸耗能段110，耗能段110沿其轴向发生变形而逐渐伸长，使连接在连接段120上下两侧面内复位板500同时向外侧移动，内复位板500与外复位板400之间坡面结构滑动配合，以使两个外复位板400相互远离。当连接构件700的外力撤销后，弹性连接组件600的回弹力会驱动外复位板400向对应的内复位板500一侧移动，外复位板400和内复位板500之间坡面结构通过反向滑动，以使内复位板500带动连接段120同时向内侧移动，以复位耗能段110，达到整个装置自动复位的功能。同样的，当两个连接构件700分别受到向内侧的压力时，两个连接构件700通过连接段120对耗能段110的两端施加压力，耗能段110沿其轴向发生变形而逐渐压缩，使连接在连接段120上下两侧面内复位板500同时向内侧移动，内复位板500与外复位板400之间坡面结构滑动配合，以使两个外复位板400相互远离。当连接构件700的外力撤销后，弹性连接组件600的回弹力会驱动外复位板400向对应的内复位板500一侧移动，外复位板400和内复位板500之间坡面结构通过反向滑动，以使内复位板500带动连接段120同时向内侧移动，以复位耗能段110，达到整个装置自动复位的功能。本发明提供的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，能够自动恢复震后变形，且构造更为简单，造价更为低廉，有利于在工程结构中的广泛应用。
其中，耗能核心板100采用低屈服点的金属板，如低碳钢板。请参阅图5，耗能核心板100一体成型，中部的耗能段110与连接段120厚度一致，耗能段110的两侧分别对称开设有两个缺口，以使耗能段110的宽度小于连接段120的宽度。
优选的，耗能段110的宽度为连接段120的宽度的1/2，二者宽度的比值与耗能核心板100超强系数的选取有关，超强系数越大，二者比值越大，确保在耗能核心板100受到两侧的拉力时，耗能段110沿其屈服，而连接段120保持弹性。
此外，耗能段110和连接段120之间具备过渡段130，过渡段130为圆弧结构，能够使耗能段110和连接段120在宽度方向上良好过渡，减小二者之间残留应力。
请参阅图5和图6，填充板200的数量为两块，对称设置在耗能段110两侧的缺口内，其形状与缺口的形状匹配，能够尽可能的填充满对应的缺口。耗能段110的上下两侧分别设有约束板300，约束板300纵向的投影面能够完全遮盖耗能段110和两侧的填充板200。
其中，约束板300的两侧分别沿其长度方向设有多个连接孔，位于耗能段110上下两侧的约束板300通过贯穿连接孔的多个高强度螺栓连接，并且，同一侧的多个高强度螺栓贯穿两个约束板300之间对应的填充板200，另一侧的多个高强度螺栓贯穿两个约束板300之间另一个对应的填充板200，从而使两个填充板200与两个约束板300相互连接。
此外，约束板300位于同侧的两个内复位板500之间，且两端均与同侧的内复位板500之间存在间隙。
优选的，请参阅图5和图6，耗能段110左右两侧的定位凸起111分别卡接在对应的填充板200的定位凹槽210内，由于两个填充板200分别连接在上下侧的约束板300内。填充板200在约束板300的约束下，配合卡接的定位凸起111和定位凹槽210，可确保耗能段110在轴向受压时，耗能段110的压缩变形向中部发生，避免压缩变形向耗能段110的一端集中。
请参阅图2、图3、图7和图8，内复位板500靠近外复位板400的端面上设有梯形块510，外复位板400上设有与梯形块510适配的梯形槽410，梯形块510和梯形槽410适配的斜面构成可滑动配合的坡面结构。梯形块510一体成型于内复位板500靠近外复位板400的端面上，外复位板400靠近内复位板500的端面的两侧分别设有梯形槽410，外复位板400两侧梯形槽410与两个对应的内复位板500上的梯形块510配合。
在未受力的状态下，梯形块510卡接在对应的梯形槽410内，梯形块510和梯形槽410两侧均具备相互贴合的斜面。
在施加向外的拉力时，两个内复位板500向外侧移动，内复位板500上的梯形块510外侧的斜面与外复位板400两侧的梯形槽410外侧的斜面滑动，沿斜面的高度方向逐渐顶靠外复位板400，使得两个外复位板400逐渐远离。与此同时，连接在两个外复位板400之间的弹性连接组件600中的弹性部分会被逐渐压缩，不断积蓄回弹力，该回弹力会同时作用在两个外复位板400上。当作用在两个连接构件700上的外力撤销后，两个外复位板400在回弹力的作用下，分别向对应的内复位板500移动，此时，梯形块510外侧的斜面与梯形槽410外侧的斜面滑动复位，从而通过内复位板500带动两个连接段120相互靠近，使得耗能核心板100的耗能段110恢复初始状态。
在施加向内的压力时，两个内复位板500向内侧移动，内复位板500上的梯形块510内侧的斜面与外复位板400两侧的梯形槽410内侧的斜面滑动，沿斜面的高度方向逐渐顶靠外复位板400，使得两个外复位板400逐渐靠近。与此同时，连接在两个外复位板400之间的弹性连接组件600中的弹性部分会被逐渐压缩，不断积蓄回弹力，该回弹力会同时作用在两个外复位板400上。当作用在两个连接构件700上的外力撤销后，两个外复位板400在回弹力的作用下，分别向对应的内复位板500移动，此时，梯形块510内侧的斜面与梯形槽410内侧的斜面滑动复位，从而通过内复位板500带动两个连接段120相互远离，使得耗能核心板100的耗能段110恢复初始状态。
优选的，请参阅图8，设置在内复位板500上的至少两个梯形块510同时配合对应的外复位板400的梯形槽410滑动，以提高内复位板500和外复位板400滑动配合的稳定性。
优选的，请参阅图1、图和图3，两组弹性连接组件600分别设于同一外复位板400的两侧，每组弹性连接组件600包括沿外复位板400长度方向间隔布设两个。两组弹性连接组件600同时连接两个外复位板400，能够为两个外复位板400提供稳定的回弹力。
请参照图5、图8和图9，弹性连接组件600具体包括第一螺栓610、第一螺帽620、垫片640和碟形弹簧630。
具体的，两个第一螺帽620、两个垫片640和两个碟形弹簧630分别安装在第一螺栓610的两侧，位于第一螺栓610一端的第一螺帽620、碟形弹簧630和垫片640自外向内依次设置，第一螺帽620拧在第一螺栓610的端部，碟形弹簧630和垫片640套设第一螺栓610上。第一螺栓610贯穿两个外复位板400、两个内复位板500和对应的连接段120，碟形弹簧630将垫片640抵靠在外复位板400的外端面。
其中，在内复位板500和连接段120上分别沿自身长度方向开设有条形槽800。同一组的弹性连接组件600中的两个第一螺栓610均贯穿对应的条形槽800。当连接段120和内复位板500向内或向外移动时，条形槽800能够避免连接段120和内复位板500与对应的第一螺栓610出现干涉的情况。优选的，外复位板400的外端面的边缘上设有两个边缘板，两个边缘板均沿外复位板400的长度方向设置。垫片640为方形垫块，位于两个边缘板之间，方形垫片640卡设在两个边缘板之间，两个边缘板能够阻挡方形垫片640，以确保弹性连接组件600的稳定性。
请参阅图10，端板710和两个边板720焊接或一体成型。两个边板720之间形成安装间隙两个内复位板500的端部和连接段120的端部均插入到该安装间隙内，连接两个边板720的第二螺栓730贯穿两个内复位板500和连接段120的端部。
当对连接构件700施加实现外力时，外力同时作用在内复位板500和连接段120上，避免外力单独作用在连接段120上，而造成连接段120的变形或损坏，两个内复位板500能够有效保护连接段120。内复位板500配合耗能核心板100，并利用弹性连接组件600分别贯穿外复位板400、内复位板500和耗能核心板100，即便耗能核心板100疲劳断裂后，由于自复位机构的第二道防线作用，避免支撑失效而引起结构严重破坏，尤其对于存在震后残余形变的结构，更具有实际意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，其特征在于，包括：
耗能核心板(100)，所述耗能核心板(100)的中部设有耗能段(110)，两侧分别设有连接段(120)，两个所述连接段(120)的外端分别设有连接构件(700)，所述耗能段(110)具备沿其轴向发生形变的能力；
自复位机构，包括外复位板(400)和内复位板(500)，所述外复位板(400)分别位于所述耗能核心板(100)的上下两侧面，所述内复位板(500)分别连接在所述连接段(120)的上下两侧面且位于所述外复位板(400)内侧，所述外复位板(400)与所述内复位板(500)的相对面上设置有可滑动配合的坡面结构，两个所述外复位板(400)由弹性连接组件(600)相连，所述弹性连接组件(600)为所述外复位板(400)和对应的所述内复位板(500)之间坡面结构的滑动提供恢复力。
2.如权利要求1所述的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，其特征在于，所述耗能段(110)的宽度小于所述连接段(120)的宽度。
3.如权利要求2所述的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，其特征在于，所述耗能段(110)的左右两侧分别设有填充板(200)，所述耗能段(110)的上下两侧面分别设有约束板(300)，所述约束板(300)位于同侧的两个所述内复位板(500)之间，每个所述填充板(200)分别连接在两个所述约束板(300)上。
4.如权利要求3所述的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，其特征在于，所述耗能段(110)的左右侧壁中部均设有定位凸起(111)，所述填充板(200)靠近所述耗能核心板(100)的侧壁中部设有定位凹槽(210)，所述定位凸起(111)卡接于对应的所述定位凹槽(210)内。
5.如权利要求1所述的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，其特征在于，所述内复位板(500)靠近所述外复位板(400)的端面上设有梯形块(510)，所述外复位板(400)上设有与所述梯形块(510)适配的梯形槽(410)，所述梯形块(510)和梯形槽(410)适配的斜面构成可滑动配合的所述坡面结构。
6.如权利要求5所述的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，其特征在于，位于同一所述内复位板(500)上的所述梯形块(510)为至少两个，至少两个所述梯形块(510)沿所述内复位板(500)的长度方向间隔设置。
7.如权利要求1所述的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，其特征在于，所述弹性连接组件(600)为两组且分别设于同一所述外复位板(400)的两端，所述弹性连接组件(600)包括贯穿两个所述外复位板(400)、两个所述内复位板(500)和对应的所述连接段(120)的第一螺栓(610)，所述第一螺栓(610)的两端分别设有第一螺帽(620)，所述第一螺帽(620)与所述外复位板(400)的外表面之间设有弹性件，所述内复位板(500)和所述连接段(120)上分别沿自身长度方向开设有供所述第一螺栓(610)通过的条形槽(800)。
8.如权利要求7所述的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，其特征在于，所述弹性件为套设在所述第一螺栓(610)上的碟形弹簧(630)，所述碟形弹簧(630)的两端分别抵靠于所述第一螺帽(620)与所述外复位板(400)的外端面。
9.如权利要求8所述的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，其特征在于，所述第一螺栓(610)的两端分别套设有垫片(640)，所述碟形弹簧(630)一端抵靠于所述第一螺帽(620)上，另一端借助对应的所述垫片(640)抵靠于所述外复位板(400)的外端面。
10.如权利要求1-9任意一项所述的碟簧坡面自复位屈曲约束支撑，其特征在于，所述连接构件(700)包括端板(710)和连接在所述端板(710)内侧面的两个边板(720)，两个所述边板(720)之间连接有贯穿对应的所述连接段(120)和两个所述内复位板(500)的第二螺栓(730)。
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