CN114645584A - 一种旋转式摩擦自复位阻尼器 - Google Patents

一种旋转式摩擦自复位阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种旋转式摩擦自复位阻尼器，属于土木工程减隔震技术领域。主要包括连接板、组合碟簧。连接板通过高强螺栓杆和预应力组合碟簧夹紧，连接板连接节点位置设置带有楔形凹槽的摩擦圆盘，通过在摩擦圆盘的凹槽表面上滑动摩擦而发生能量耗散。当阻尼器受拉或者受压时，连接板连接节点位置发生转动，每组两个楔形凹槽的摩擦圆盘之间的凹槽发生错动，连接板之间产生缝隙，碟形弹簧被压缩，为阻尼器提供自复位能力。该发明可有效减小结构的位移响应，特别是能够减小甚至消除结构的震后残余变形。该发明可通过装配安装实现，便于震后损伤零部件的更换，有效降低建筑结构的震后维修成本。

Description

一种旋转式摩擦自复位阻尼器
技术领域
本发明涉及一种旋转式摩擦自复位阻尼器，属于土木工程减隔震技术领域。
背景技术
地震灾害具有突发性、可预见性低、破坏性强等特点，被认为是人类面临的最严重的自然灾害之一，特别是中震和大震发生时会释放出巨大的地震能量，会对结构产生很大的破坏，甚至倒塌，严重危及人民的生命和财产安全。
消能减震技术是在结构的关键部位添加耗能装置或是把结构的某些非承重部位设计成耗能构件，来耗散地震能量，从而减轻地震对结构主体的破坏。消能减震技术构造简单、造价低廉、便于维护、减震效果明显，因此已被广泛应用于研究及实际工程中。
碟簧具有极好的弹性，相比较形状记忆合金而言基本不受温度影响，变形后不需要加热即可实现自复位；相比较预应力筋有较大的弹性变形，可以满足大变形的结构的需求。
因此，急需设计一种具备良好耗能能力、自复位能力、稳定可靠，同时还易于拆装更换的预制装配式自复位耗能阻尼器。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的问题，本文发明一种旋转式摩擦自复位阻尼器，可以应用于建筑结构及桥梁结构领域的重要构件位置。所述阻尼器组主要通过利用两个刚体之间的摩擦来耗散地震能量，利用碟簧的弹力提供自复位能力，具有一定的初始刚度和稳定的耗能能力，所述阻尼器在正常工作状态不会出现局部部件损伤或者整体失效，因此具有较高的全寿命周期。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种旋转式摩擦自复位阻尼器，包括连接板、上连接板、中连接板、下连接板、高强螺栓螺母以及组合碟簧；
所述中连接板包括设置在同一轴线上的左侧中连接板以及右侧中连接板，上连接板和下连接板分别设置在中连接板的上、下两侧，且上连接板和下连接板与中连接板之间均通过多组连接板连接在一起；
所述连接板两端与上连接板、下连接板以及中连接板的连接位置，固定设置有带多个楔形凹槽的第一摩擦圆盘，而上连接板、下连接板以及中连接板上与所述第一摩擦圆盘对应位置也固定设置有带多个楔形凹槽的第二摩擦圆盘；所述第一摩擦圆盘与第二摩擦圆盘上的楔形凹槽贴合紧密，没有缝隙，从而组装成一个初始圆柱体；
所述第一摩擦圆盘和第二摩擦圆盘中间设置有通孔，用于穿设高强螺栓，所述高强螺栓的螺母与第一摩擦圆盘之间夹设有组合碟簧，并施加有预紧压力，从而通过高强螺栓和组合碟簧将连接板、上连接板、中连接板以及下连接板夹紧在一起，使阻尼器具备一定的初始刚度；
所述连接板与上连接板、中连接板以及下连接板之间还形成一定的夹角。
进一步地，所述上连接板和下连接板分别与左侧中连接板、右侧中连接板之间通过2-8组连接板连接在一起，每组连接板设置有前后对称设置的两个连接板。优选的，所述上连接板和下连接板分别与左侧中连接板、右侧中连接板之间通过3组连接板连接在一起。
进一步地，所述第一摩擦圆盘与第二摩擦圆盘上的楔形凹槽数量为4-8个。优选的，所述第一摩擦圆盘与第二摩擦圆盘上的楔形凹槽数量为对称设置的4个。
进一步地，所述左侧中连接板以及右侧中连接板的外侧均设置有铰接孔，用于和两侧的建筑结构连接。
进一步地，所述第一摩擦圆盘与第二摩擦圆盘上的楔形凹槽的数目、连接板的长度以及与其它连接板之间的夹角影响阻尼器的最大位移；所述预紧应力的大小、连接板的长度以及与其它连接板之间的夹角影响着阻尼器的最大恢复力。
进一步地，所述连接板与上连接板、中连接板以及下连接板之间的初始夹角为90度。
工作原理为：
当阻尼器受拉时，上连接板、下连接板会沿远离中连接板方向产生位移，连接板与上连接板、下连接板、左侧中连接板以及右侧中连接板连接位置将发生转动，由于连接处设置带楔形凹槽的第一摩擦圆盘与第二摩擦圆盘，第一摩擦圆盘与第二摩擦圆盘之间发生错动，连接板与上连接板、下连接板、中连接板之间产生缝隙，组合碟簧被压缩，为阻尼器提供自复位能力；当阻尼器受压时，上连接板、下连接板会沿靠近中连接板方向产生位移，连接板与上连接板、下连接板、左侧中连接板以及右侧中连接板连接位置将发生转动，由于连接处设置带楔形凹槽的第一摩擦圆盘与第二摩擦圆盘，第一摩擦圆盘与第二摩擦圆盘之间发生错动，连接板与上连接板、下连接板、中连接板之间产生缝隙，组合碟簧也被压缩，为阻尼器提供自复位能力。
本发明的有益效果在于：
本发明所述的一种旋转式摩擦自复位阻尼器，在地震作用下对结构的减震及自复位效果显著，主要体现在以下几点：
1)本发明通过刚体之间的摩擦来耗散地震能量，所述阻尼器在正常工作状态不会出现局部部件损伤或者整体失效，因此具有较高的全寿命周期。
2)本发明不论是处于受拉状态还是受压状态，阻尼器内部的碟簧总是处于受压状态，从而提供优良的自复位功能。受压碟簧不仅可以作为恢复材料提供恢复力，而且叠加后的碟簧在工作时具有一定的耗能能力。
3)本发明一方面可以为结构提供一定的刚度和强度，另一方面提供稳定的耗能能力，同时提供优良的自复位功能减小甚至消除结构的残余位移。
4)本发明可以根据实际工程的需要，通过调整碟簧的初始预压应力、摩擦片的个数、连接板与其它连接板之间的初始角度等来自由调剂阻尼器的阻尼、初始刚度、最大位移等参数。结构简单、灵活、可靠，便于安装和后续维修。
附图说明
图1是本发明的一种旋转式摩擦自复位阻尼器结构示意图；
图2是本发明的一种旋转式摩擦自复位阻尼器受拉、初始以及受压状态下的结构示意图；
图3是本发明的一种旋转式摩擦自复位阻尼器受拉、初始以及受压状态下连接位置节点详图；
图4是本发明的一种旋转式摩擦自复位阻尼器连接板示意图；
图5是本发明的一种旋转式摩擦自复位阻尼器上、下连接板示意图；
图6是本发明的一种旋转式摩擦自复位阻尼器中连接板示意图。
具体实施方式
结合附图1-6对本发明实施例进行详细说明。
首先应需注意的是，附图所展示的一种旋转式摩擦自复位阻尼器阻尼器，旨在能简洁、清楚、明了的说明本发明，故附图不能够作为对本发明的限制。
本发明由连接板、高强螺栓、组合碟簧组成，耗能及复位效果显著，可设置在建筑结构及桥梁结构的最大位移处，也可串联在支撑上使用，应用于工程的减震控制，可实现工厂的全预制装配，易于维修和养护，具有很好的适用性和可行性。
如图1所示，本实施例的一种旋转式摩擦自复位阻尼器，包括连接板1、上连接板2a、中连接板、下连接板2b、高强螺栓螺母4以及组合碟簧5。中连接板包括设置在同一轴线上的左侧中连接板3a以及右侧中连接板3b，上连接板2a和下连接板2b分别设置在中连接板的上、下两侧，且上连接板2a和下连接板2b与中连接板之间均通过多组连接板1连接在一起。连接板1两端与上连接板2a、下连接板2b以及中连接板的连接位置，固定设置有带多个楔形凹槽的第一摩擦圆盘7，而上连接板2a、下连接板2b以及中连接板上与第一摩擦圆盘对应位置也固定设置有带多个楔形凹槽的第二摩擦圆盘9。第一摩擦圆盘7与第二摩擦圆盘9上的楔形凹槽贴合紧密，没有缝隙，从而组装成一个初始圆柱体。连接板1与第一摩擦圆盘7为一体车削而成。上连接板2a、下连接板2b以及中连接板与第二摩擦圆盘9为一体车削而成。
第一摩擦圆盘7和第二摩擦圆盘9中间设置有通孔，用于穿设高强螺栓4，高强螺栓4的螺母与第一摩擦圆盘7之间夹设有组合碟簧5，并施加有预紧压力，从而通过高强螺栓4和组合碟簧5将连接板1、上连接板2a、中连接板以及下连接板2b夹紧在一起，使阻尼器具备一定的初始刚度。连接板1与上连接板2a、中连接板以及下连接板2b之间还形成一定的夹角，初始夹角为90度，如图2所示。其中，第一摩擦圆盘7与第二摩擦圆盘9上的楔形凹槽的数目、连接板1的长度以及与其它连接板之间的夹角影响阻尼器的最大位移。预紧应力的大小、连接板1的长度以及与其它连接板之间的夹角影响着阻尼器的最大恢复力。
如图1-2所示，上连接板2a和下连接板2b分别与左侧中连接板3a、右侧中连接板3b之间通过3组连接板1连接在一起，每组连接板1设置有前后对称设置的两个连接板1。如图4-6所示，第一摩擦圆盘7与第二摩擦圆盘9上的楔形凹槽数量为对称设置的4个。
左侧中连接板3a以及右侧中连接板3b的外侧均设置有铰接孔6，用于和两侧的建筑结构连接。
当阻尼器受拉时，上连接板2a、下连接板2b会沿远离中连接板3方向产生位移，连接板1与上连接板2a、下连接板2b、左侧中连接板3a以及右侧中连接板3b连接位置将发生转动，由于连接处设置带楔形凹槽的第一摩擦圆盘7与第二摩擦圆盘9，第一摩擦圆盘7与第二摩擦圆盘9之间发生错动，连接板1与上连接板2a、下连接板2b、中连接板3之间产生缝隙，组合碟簧5被压缩，为阻尼器提供自复位能力。当阻尼器受压时，上连接板2a、下连接板2b会沿靠近中连接板3方向产生位移，连接板1与上连接板2a、下连接板2b、左侧中连接板3a以及右侧中连接板3b连接位置将发生转动，由于连接处设置带楔形凹槽的第一摩擦圆盘7与第二摩擦圆盘9，第一摩擦圆盘7与第二摩擦圆盘9之间发生错动，连接板1与上连接板2a、下连接板2b、中连接板3之间产生缝隙，组合碟簧5也被压缩，为阻尼器提供自复位能力。
综上，尽管已经对本发明的实施例进行描述，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种旋转式摩擦自复位阻尼器，其特征在于：包括连接板(1)、上连接板(2a)、中连接板、下连接板(2b)、高强螺栓螺母(4)以及组合碟簧(5)；
所述中连接板包括设置在同一轴线上的左侧中连接板(3a)以及右侧中连接板(3b)，上连接板(2a)和下连接板(2b)分别设置在中连接板的上、下两侧，且上连接板(2a)和下连接板(2b)与中连接板之间均通过多组连接板(1)连接在一起；
所述连接板(1)两端与上连接板(2a)、下连接板(2b)以及中连接板的连接位置，固定设置有带多个楔形凹槽的第一摩擦圆盘(7)，而上连接板(2a)、下连接板(2b)以及中连接板上与所述第一摩擦圆盘对应位置也固定设置有带多个楔形凹槽的第二摩擦圆盘(9)；所述第一摩擦圆盘(7)与第二摩擦圆盘(9)上的楔形凹槽贴合紧密，没有缝隙，从而组装成一个初始圆柱体；
所述第一摩擦圆盘(7)和第二摩擦圆盘(9)中间设置有通孔，用于穿设高强螺栓(4)，所述高强螺栓(4)的螺母与第一摩擦圆盘(7)之间夹设有组合碟簧(5)，并施加有预紧压力，从而通过高强螺栓(4)和组合碟簧(5)将连接板(1)、上连接板(2a)、中连接板以及下连接板(2b)夹紧在一起，使阻尼器具备一定的初始刚度；
所述连接板(1)与上连接板(2a)、中连接板以及下连接板(2b)之间还形成一定的夹角。
2.根据权利要求1所述的一种旋转式摩擦自复位阻尼器，其特征在于：所述上连接板(2a)和下连接板(2b)分别与左侧中连接板(3a)、右侧中连接板(3b)之间通过2-8组连接板(1)连接在一起，每组连接板(1)设置有前后对称设置的两个连接板(1)。
3.根据权利要求1所述的一种旋转式摩擦自复位阻尼器，其特征在于：所述上连接板(2a)和下连接板(2b)分别与左侧中连接板(3a)、右侧中连接板(3b)之间通过3组连接板(1)连接在一起。
4.根据权利要求1所述的一种旋转式摩擦自复位阻尼器，其特征在于：所述第一摩擦圆盘(7)与第二摩擦圆盘(9)上的楔形凹槽数量为4-8个。
5.根据权利要求4所述的一种旋转式摩擦自复位阻尼器，其特征在于：所述第一摩擦圆盘(7)与第二摩擦圆盘(9)上的楔形凹槽数量为对称设置的4个。
6.根据权利要求1所述的一种旋转式摩擦自复位阻尼器，其特征在于：所述左侧中连接板(3a)以及右侧中连接板(3b)的外侧均设置有铰接孔(6)，用于和两侧的建筑结构连接。
7.根据权利要求1所述的一种旋转式摩擦自复位阻尼器，其特征在于：所述第一摩擦圆盘(7)与第二摩擦圆盘(9)上的楔形凹槽的数目、连接板(1)的长度以及与其它连接板之间的夹角影响阻尼器的最大位移；所述预紧应力的大小、连接板(1)的长度以及与其它连接板之间的夹角影响着阻尼器的最大恢复力。
8.根据权利要求1所述的一种旋转式摩擦自复位阻尼器，其特征在于：所述连接板(1)与上连接板(2a)、中连接板以及下连接板(2b)之间的初始夹角为90度。
9.根据权利要求1所述的一种旋转式摩擦自复位阻尼器，其特征在于：当阻尼器受拉时，上连接板(2a)、下连接板(2b)会沿远离中连接板(3)方向产生位移，连接板(1)与上连接板(2a)、下连接板(2b)、左侧中连接板(3a)以及右侧中连接板(3b)连接位置将发生转动，由于连接处设置带楔形凹槽的第一摩擦圆盘(7)与第二摩擦圆盘(9)，第一摩擦圆盘(7)与第二摩擦圆盘(9)之间发生错动，连接板(1)与上连接板(2a)、下连接板(2b)、中连接板(3)之间产生缝隙，组合碟簧(5)被压缩，为阻尼器提供自复位能力；当阻尼器受压时，上连接板(2a)、下连接板(2b)会沿靠近中连接板(3)方向产生位移，连接板(1)与上连接板(2a)、下连接板(2b)、左侧中连接板(3a)以及右侧中连接板(3b)连接位置将发生转动，由于连接处设置带楔形凹槽的第一摩擦圆盘(7)与第二摩擦圆盘(9)，第一摩擦圆盘(7)与第二摩擦圆盘(9)之间发生错动，连接板(1)与上连接板(2a)、下连接板(2b)、中连接板(3)之间产生缝隙，组合碟簧(5)也被压缩，为阻尼器提供自复位能力。
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