CN114718205B - 一种具有放大耗能机制的自复位支撑 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有放大耗能机制的自复位支撑，包括主支撑轴杆、副支撑轴杆和至少一组自复位放大耗能装置组；副支撑轴杆的一端插入主支撑轴杆内，并与主支撑轴杆滑动连接；自复位放大耗能装置包括两个外挤压摩擦板、两个外挤压摩擦板、两个预压力加载轴杆和组合碟簧。加载过程中主支撑轴杆和副支撑轴杆发生相对位移，内挤压摩擦板和外挤压摩擦板进行挤压摩擦耗能，卸载状态下，组合碟簧带动内挤压摩擦板和外挤压摩擦的第一接触面和第二接触面进行转动复位，实现主支撑轴杆和副支撑轴杆复位。本发明可以用于工程结构的抗风和抗震，即可作为结构建造过程中的附加减震装置，也可用于现有建筑结构的后期加固，能够有效提高结构的抗震性能。

Description

一种具有放大耗能机制的自复位支撑

技术领域

本发明涉及土木建筑结构技术领域，具体而言是一种具有放大耗能机制的自复位支撑。

背景技术

自复位结构体系，即震后结构变形自恢复的新型结构体系，是目前结构可恢复功能的重要实现方式之一。研究表明，采用预应力钢绞线、形状记忆合金、组合碟簧均可实现结构的自复位性能，从而达到减少甚至消除结构残余变形的目的。

然而，已有自复位结构存在诸多不容忽视的实际问题。首先，与传统耗能支撑相比，自复位结构往往耗能不足会产生较大的峰值位移、峰值加速度响应；其次，现有自复位支撑往往需要提供较高的初始预压(拉)力，以便确保耗能系统能够进行完全复位，但耗能系统承载力过大时则难以复位。因此，开发一种能够放大位移、提高耗能效果并且具有自复位性能的支撑装置具有重要的实际工程意义。

发明内容

根据上述技术问题，而提供一种具有放大耗能机制的自复位支撑。

本发明采用的技术手段如下：

一种具有放大耗能机制的自复位支撑，包括主支撑轴杆、副支撑轴杆和至少一组自复位放大耗能装置组，一组自复位放大耗能装置组包括两个围绕所述主支撑轴杆的轴线对称设置的两个自复位放大耗能装置；

副支撑轴杆的一端插入主支撑轴杆内，并与主支撑轴杆滑动连接；自复位放大耗能装置将主支撑轴杆和副支撑轴杆连接；

自复位放大耗能装置包括两个外挤压摩擦板，两个外挤压摩擦板将两个内挤压摩擦板的内端夹在中间，且在内挤压摩擦板的内端所在处具有贯穿两个外挤压摩擦板和内挤压摩擦板的内端的预压力加载轴杆；两个内挤压摩擦板的外端分别与主支撑轴杆的外壁和副支撑轴杆的外壁铰接；外挤压摩擦板与预压力加载轴杆的端部之间设有多个套设在预压力加载轴杆上的组合碟簧，组合碟簧将外挤压摩擦板和内挤压摩擦板压紧；

外挤压摩擦板与内挤压摩擦板接触处具有摩擦复位结构，摩擦复位结构包括固定在外挤压摩擦板上的第一接触面和固定在内挤压摩擦板上的第二接触面，第一接触面和第二接触面均为多个斜面组成的凹凸不平的接触面，且第一接触面和第二接触面互补。在设计过程中内挤压摩擦板的转动角度仅在一个斜面上运动，转过的角度不会越过此斜面，避免转动角度过大后第一接触面和第二接触面重新形成无缝状态，而无法复位。

第一接触面和第二接触面互补可以实现在初始状态下第一接触面和第二接触面无缝连接。因为接触面为多个斜面组成的凹凸不平的接触面，其能够在摩擦耗能过程中增强耗能能力，同时在卸载过程中因为组合碟簧的作用和第一斜面和第二斜面本身的结构特性实现复位，重新变为无缝连接状态，进而达到主支撑轴杆和副支撑轴杆的复位。

主支撑轴杆的侧壁上具有主外围连接耳板，副支撑轴杆的侧壁上具有副外围连接耳板，两个内挤压摩擦板的外端分别与主外围连接耳板和副外围连接耳板铰接。

副支撑轴杆和主支撑轴杆的截面均呈正方形，且边长相同，副支撑轴杆靠近主支撑轴杆的一端具有导向钢管，主支撑轴杆靠近导向钢管的一端具有与导向钢管相配合的导向槽，导向钢管插入导向槽内，与导向槽滑动连接。

与副支撑轴杆铰接的内挤压摩擦板与副支撑轴杆之间的夹角小于45°，与主支撑轴杆铰接的内挤压摩擦板与主支撑轴杆之间的夹角小于45°。

具有两组所述自复位放大耗能装置组，四个自复位放大耗能装置围绕主支撑轴杆的轴线均匀分布。

主支撑轴杆远离副支撑轴杆的一端、副支撑轴杆远离主支撑轴杆的一端分别具有用于与支撑结构铰接的主端部连接耳板和副端部连接耳板。

工作机理：加载前，组合碟簧施加一定初始预压力，将内挤压摩擦板和外挤压摩擦板压紧，且能确保副支撑轴杆和主支撑轴杆进行复位；加载过程中，副支撑轴杆和主支撑轴杆通过导向槽和导向钢管的配合发生相对滑动，进而推动自复位放大耗能装置的内挤压摩擦板绕预压力加载轴杆转动，处于扣紧状态的第二接触面与第一接触面在进行挤压摩擦耗能，第二接触面与第一接触面发生相互转动，因为第二接触面和第一接触面的结构特性，两者在发生转动后两者之间不再是无缝连接状态，进而向两侧扩张压缩组合碟簧。在卸载过程中，组合碟簧的初始预压力和被压缩后的力以及第一斜面和第二斜面结构本身的特性促使第一接触面和第二接触面发生转动，恢复至初始紧扣无缝隙状态，进而促使主支撑轴杆和副支撑轴杆恢复到初始平衡位置。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明由于自复位放大耗能装置属于附加在主支撑轴杆、副支撑轴杆之上，易于安装拆卸，发生破坏后极易更换，并不影响主体结构的正常使用功能。

2、支撑采用桥式放大机构设计原则，当内挤压摩擦板与主/副支撑轴杆之间的夹角小于45°时，摩擦复位结构的转动位移将被成倍放大。

3、该支撑耗能、复位系统于一体，无需提供额外初始预压力确保耗能系统复位，全部初始预压力均可用于主体构件的复位。

4、该支撑内外摩擦板的夹角、预压力、放大系数均可自行设计，进而满足结构的耗能性能和自复位性能。

5、该发明可以用于工程结构的抗震，即可作为结构建造过程中的附加减震装置，也可用于现有建筑结构的后期加固，能够有效提高结构的抗震性能。

基于上述理由本发明可在土木建筑结构等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明具体实施方式中一种具有放大耗能机制的自复位支撑结构示意图。

图2为本发明具体实施方式中主支撑轴杆结构示意图。

图3为本发明具体实施方式中副支撑轴杆结构示意图。

图4为本发明具体实施方式中自复位放大耗能装置结构示意图。

图5为本发明具体实施方式中外挤压摩擦板结构示意图。

图6为本发明具体实施方式中内挤压摩擦板结构示意图。

图7为本发明具体实施方式中预压力加载轴杆结构示意图。

图8为本发明具体实施方式中内挤压摩擦板与主/副支撑轴杆夹角示意图。

图9为本发明具体实施方式中一种具有放大耗能机制的自复位支撑使用状态图。

图中：

1、主支撑轴杆；101、主端部连接耳板；102、主外围连接耳板；103、导向槽；

2、自复位放大耗能装置；201、组合碟簧；202、预压力加载轴杆；203、内挤压摩擦板；204、外挤压摩擦板；205、第一接触面；206、第二接触面；

3、副支撑轴杆；301、副端部连接耳板；302、副外围连接耳板；303、导向钢管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1～9所示，一种具有放大耗能机制的自复位支撑，包括主支撑轴杆1、副支撑轴杆3和四个自复位放大耗能装置2；

如图2所示，主支撑轴杆1的截面呈正方形，其一端具有主端部连接耳板101，靠近另一端的四个侧壁上分别安装有主外围连接耳板102，且此端具有导向槽103；

如图3所示，副支撑轴杆3的截面呈正方形，其一端具有副端部连接耳板301，另一端具有导向钢管303，副支撑轴杆1靠近导向钢管303的一端的四个侧壁分别安装有副外围连接耳板302；

主支撑轴杆1的截面边长与副支撑轴杆3的截面边长相等，导向钢管303插入导向槽103中，并与导向槽103滑动配合。

如图4所示，自复位放大耗能装置2包括两个外挤压摩擦板204，两个外挤压摩擦板204将两个内挤压摩擦板203的内端夹在中间，且在内挤压摩擦板203的内端所在处具有贯穿两个外挤压摩擦板204和内挤压摩擦板203的内端的预压力加载轴杆202；两个内挤压摩擦板203的外端分别与主外围连接耳板102和副外围连接耳板302铰接；两个内挤压摩擦板203呈八字形分布；外挤压摩擦板204与预压力加载轴杆202的端部之间设有多个套设在预压力加载轴杆202上的组合碟簧201，组合碟簧201将外挤压摩擦板204和内挤压摩擦板203压紧；压力加载轴202的结构如图7所示，其两端具有径向凸起，便于与组合碟簧201配合。

如图5和图6所示，外挤压摩擦板204与内挤压摩擦板203接触处具有摩擦复位结构，摩擦复位结构包括固定在外挤压摩擦板204上的第一接触面205和固定在内挤压摩擦板203上的第二接触面206，第一接触面205和第二接触面206均为多个斜面组成的凹凸不平的接触面，且第一接触面和第二接触面互补。第一接触面205和第二接触面206互补可以实现在初始状态下第一接触面205和第二接触面206无缝连接。因为接触面为多个斜面组成的凹凸不平的接触面，其能够在摩擦耗能过程中增强耗能能力，同时在卸载过程中因为组合碟簧201的作用进行复位，重新变为无缝连接状态，进而达到主支撑轴杆1和副支撑轴杆3的复位。第一接触面205和外挤压摩擦板204为一体结构，第二接触面和内挤压摩擦板203为一体结构。

如图8所示，与副支撑轴杆铰接2的内挤压摩擦板203与副支撑轴杆3之间的夹角α、与主支撑轴杆1铰接的内挤压摩擦板203与主支撑轴杆1之间的夹角α均小于45°。

加载过程中，副支撑轴杆3和主支撑轴杆1通过导向槽103和导向钢管203的配合发生相对滑动，进而推动自复位放大耗能装置2的内挤压摩擦板绕203预压力加载轴杆202转动，处于扣紧状态的第二接触面206与第一接触面205在进行挤压摩擦耗能，第二接触面206与第一接触面205发生相互转动，因为第二接触面206和第一接触面205的结构特性，两者在发生转动后两者之间不再是无缝连接状态，进而向两侧扩张压缩组合碟簧201。在卸载过程中，组合碟簧的初始预压力和被压缩后的力促使第一接触面205和第二接触面206发生转动，恢复至初始紧扣无缝隙状态，进而促使主支撑轴杆1和副支撑轴杆3恢复到初始平衡位置。

如图9所示，本实施例提供的一种具有放大耗能机制的自复位支撑在梁与柱之间进行倾斜支撑。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种具有放大耗能机制的自复位支撑，其特征在于，包括主支撑轴杆、副支撑轴杆和至少一组自复位放大耗能装置组；一组自复位放大耗能装置组包括两个围绕所述主支撑轴杆的轴线对称设置的两个自复位放大耗能装置；

所述副支撑轴杆的一端插入所述主支撑轴杆内，并与所述主支撑轴杆滑动连接；所述自复位放大耗能装置将所述主支撑轴杆和所述副支撑轴杆连接；

所述自复位放大耗能装置包括两个外挤压摩擦板，两个所述外挤压摩擦板将两个内挤压摩擦板的内端夹在中间，且在内挤压摩擦板的内端所在处具有贯穿所述两个外挤压摩擦板和所述内挤压摩擦板的内端的预压力加载轴杆；两个所述内挤压摩擦板的外端分别与所述主支撑轴杆的外壁和所述副支撑轴杆的外壁铰接；所述外挤压摩擦板与所述预压力加载轴杆的端部之间设有多个套设在所述预压力加载轴杆上的组合碟簧，所述组合碟簧将所述外挤压摩擦板和所述内挤压摩擦板压紧；

所述外挤压摩擦板与所述内挤压摩擦板接触处具有摩擦复位结构，所述摩擦复位结构包括固定在所述外挤压摩擦板上的第一接触面和固定在所述内挤压摩擦板上的第二接触面，所述第一接触面和所述第二接触面均为多个斜面组成的凹凸不平的接触面，且所述第一接触面和所述第二接触面互补；与所述副支撑轴杆铰接的所述内挤压摩擦板与所述副支撑轴杆之间的夹角小于45°，与所述主支撑轴杆铰接的所述内挤压摩擦板与所述主支撑轴杆之间的夹角小于45°。

2.根据权利要求1所述的一种具有放大耗能机制的自复位支撑，其特征在于，所述主支撑轴杆的侧壁上具有主外围连接耳板，所述副支撑轴杆的侧壁上具有副外围连接耳板，两个所述内挤压摩擦板的外端分别与所述主外围连接耳板和所述副外围连接耳板铰接。

3.根据权利要求1所述的一种具有放大耗能机制的自复位支撑，其特征在于，所述副支撑轴杆和所述主支撑轴杆的截面均呈正方形，且边长相同，所述副支撑轴杆靠近所述主支撑轴杆的一端具有导向钢管，所述主支撑轴杆靠近所述导向钢管的一端具有与所述导向钢管相配合的导向槽，所述导向钢管插入所述导向槽内，与所述导向槽滑动连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有放大耗能机制的自复位支撑，其特征在于，具有两组所述自复位放大耗能装置组，四个所述自复位放大耗能装置围绕所述主支撑轴杆的轴线均匀分布。

5.根据权利要求1所述的一种具有放大耗能机制的自复位支撑，其特征在于，所述主支撑轴杆远离所述副支撑轴杆的一端、所述副支撑轴杆远离所述主支撑轴杆的一端分别具有用于与支撑结构铰接的主端部连接耳板和副端部连接耳板。