CN115405660A - 一种鱼骨仿生耗能支撑装置及耗能减震方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种鱼骨仿生耗能支撑装置及耗能减震方法。所述装置包括：鱼骨仿生外套筒、内衬筒和固定单元；其中，鱼骨仿生外套筒包括鱼骨状耗能段；内衬筒包括内衬筒体；固定单元包括X组固定件。所述方法包括采用上述的鱼骨仿生耗能支撑装置来进行耗能减震工作。本发明能够改进现有的能源支撑结构在某支撑部位出现屈服就会发生倒塌的问题，提出的鱼骨仿生耗能支撑装置具有较大的冗余度，并且可实现局部替换；还能够解决风电、光伏等新能源建筑的单体规模越来越大，以及对支撑结构的抗振动要求也越来越高等问题。

Description

一种鱼骨仿生耗能支撑装置及耗能减震方法

技术领域

本发明涉及电力、能源、建筑工程中耗能减震的技术领域，具体涉及一种鱼骨仿生耗能支撑装置及耗能减震方法。

背景技术

面对日益恶劣的自然环境，能源以及建筑安全问题已成为国家稳定发展的重要保障与前提。

我国国土面积大，处于板块与板块间，是地震多发地带，而且季风性气候显著，海岸线又长，非常适合发展光伏、风电等新能源结构的建设。而新能源的支撑结构普遍为悬臂式结构，承受着上部结构传递下来的振动荷载、风荷载、海浪荷载(应用于海上的风电)、地震荷载等。由于这些荷载具有不确定性，在保证新能源结构的承载能力的同时，也更需关心它的服役年限。

基于上述问题，有必要研究一种新的耗能支撑装置，以解决上述技术问题或缓解上述技术问题产生的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于改进现有的能源支撑结构在某支撑部位出现屈服就会发生倒塌的问题，提出的鱼骨仿生耗能支撑装置具有较大的冗余度，并且可实现局部替换；目的之二在于解决风电、光伏等新能源建筑的单体规模越来越大，以及对支撑结构的抗振动要求也越来越高等问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种鱼骨仿生耗能支撑装置。

所述装置可包括：鱼骨仿生外套筒、内衬筒和固定单元。

其中，鱼骨仿生外套筒可包括鱼骨状耗能段。鱼骨状耗能段可包括围绕同一中轴线设置的X个主梁和X组连接板，X≥3；X个主梁相互平行，每相邻的两个主梁之间形成有一个相邻空位，每个主梁上可设置有一组固定孔；X组连接板可分别设置在不同的相邻空位中，每组连接板都可包括若干个弧形肋板，每个弧形肋板的两端分别与相邻的主梁连接且弧形肋板的凸起方向朝外。

内衬筒可包括内衬筒体，内衬筒体能够插入到X个主梁和X组连接板所围成的空间中，内衬筒体的筒身上可开设有沿周向分布的X组连接孔；在内衬筒体插入到所述空间的情况下，X组固定孔和X组连接孔分别相对应。

固定单元可包括X组固定件，在内衬筒体插入到所述空间的情况下，每组固定件都能将呈对应关系的一组固定孔和一组连接孔相连接。

进一步地，每组所述固定孔的数量可为1个或多个；再进一步地，在为多个的情况下，每组的多个所述固定孔沿所述主梁的轴向分布。

进一步地，每组所述连接孔的数量可为1个或多个；再进一步地，在为多个的情况下，每组的多个所述连接孔沿所述内衬筒体的轴向分布。

进一步地，X＝4，4组所述连接孔沿所述内衬筒体周向均匀依次分布，并分别可包括M个第一连接孔、N个第二连接孔、M个第三连接孔和N个第四连接孔。其中，M个第一连接孔和M个第三连接孔一一对应，每个第一连接孔与呈对应关系的第三连接孔的起点位置都位于同一径向截面上；N个第二连接孔和N个第四连接孔一一对应，每个第二连接孔与呈对应关系的第四连接孔的起点位置位于同一径向截面上；其中，M≥1，N≥1，起点位置是按照所述内衬筒体的轴向来确定。

再进一步地，每个所述第一连接孔与呈对应关系的所述第三连接孔的终点位置都位于同一径向截面上；每个所述第二连接孔与呈对应关系的所述第四连接孔的终点位置位于同一径向截面上。

进一步地，所述M与所述N相等，所述M个第一连接孔和所述N个第二连接孔一一对应，呈对应关系的所述第一连接孔和所述第二连接孔在轴向上存在交错，交错的位差为一个所述固定件大小的身位。

进一步地，所述第一、第二、第三和第四连接孔的形状和尺寸都相同。

进一步地，所述鱼骨仿生外套筒还可包括前端板；前端板与所述鱼骨状耗能段的前端连接，且前端板能够与外界的结构相连接；前端板的径向端面可为一字型板或十字型板。

进一步地，所述前端板可设置有若干个用于连接的第二安装孔。

进一步地，所述内衬筒体的前端可开设有若干个贯穿筒壁的长滑槽，长滑槽的开槽方向可为轴向并在前端端面上形成槽口；在所述内衬筒体插入到所述空间的情况下，长滑槽能够卡在所述前端板的后端。

进一步地，所述长滑槽的槽口宽度与所述前端板的厚度相匹配。

进一步地，所述固定孔和所述连接孔中的一类可为圆孔，另一类可为长圆孔。

进一步地，所述长滑槽的长度不小于所述长圆孔的长度。

进一步地，相邻的两个所述主梁之间的距离都相同；所述X组连接孔沿所述内衬筒体的周向均匀分布。

进一步地，每个所述主梁与所述同一中轴线相平行。

进一步地，所述内衬筒还可包括内衬筒安装座，内衬筒安装座与所述内衬筒体的后端连接，内衬筒安装座上可设置有若干个用于连接的第一安装孔。

进一步地，所述内衬筒安装座可为外L型法兰。

为了实现上述目的，本发明另一方面提供了一种耗能减震方法。

所述方法可包括采用上述的鱼骨仿生耗能支撑装置来进行耗能减震工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下至少一项：

(1)本发明采用了类似鱼骨的仿生结构形式作为主要的耗能构件，在保证了新能源支撑结构承载力的同时又降低了其顶部主要机构的位移。

(2)本发明制造工艺简单，针对重要的结构部分还可进行更换，大大延长了新能源建筑的服役年限。

(3)本发明改进现有的能源支撑结构在某支撑部位出现屈服就会发生倒塌的问题，提出的鱼骨仿生耗能支撑装置具有较大的冗余度，并且可实现局部替换，避免了比如输电塔因局部发生屈服而需要整个进行替换的情况。

(4)本发明能够用于隔振及抗震结构中以耗散外界输入能量，可以使各支撑结构更好的应对越来越恶劣的荷载工况，降低发生工程事故的概率。

(5)随着风电、光伏等新能源建筑的单体规模越来越大，不论是上部的风力发电机组还是光伏板组都越来越大，对于支撑结构的抗振动要求也越来越高，本发明提出的鱼骨仿生耗能支撑装置能够有效的解决该问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1示出了本发明的鱼骨仿生耗能支撑装置的一个立体结构示意图；

图2示出了本发明的鱼骨仿生耗能支撑装置的另一个立体结构示意图；

图3示出了本发明的鱼骨仿生耗能支撑装置的一个正视图；

图4示出了本发明的鱼骨仿生耗能支撑装置的一个俯视图；

图5示出了本发明的鱼骨仿生耗能支撑装置的一个侧视图；

图6示出了图4的A-A剖视图；

图7示出了本发明的内衬筒的一个立体结构示意图；

图8示出了本发明的内衬筒的另一个立体结构示意图；

图9示出了本发明的鱼骨仿生外套筒的一个立体结构示意图；

图10示出了本发明的鱼骨仿生外套筒的另一个立体结构示意图。

主要附图标记说明：

1-鱼骨仿生外套筒；11-前端板，111-第二安装孔；12-鱼骨状耗能段；121-主梁，1211-固定孔；122-连接板，1221-弧形肋板，1222-长槽；

2-内衬筒；21-内衬筒体，211-连接孔，212-长滑槽；22-内衬筒安装座，221-第一安装孔；

3-固定件。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，对本发明实施例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。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。

示例性实施例1

本示例性实施例提供了一种鱼骨仿生耗能支撑装置。下面结合图1至图10对其进行描述。

如图1至图10所示，所述装置可包括：鱼骨仿生外套筒1、内衬筒2和固定单元。

鱼骨仿生外套筒1可包括鱼骨状耗能段12。鱼骨状耗能段12可包括围绕同一中心轴线设置的X个主梁121和X组连接板122，X≥3，例如X＝4、X＝5、X＝6、X＝8等。其中，X个主梁121相互平行，每相邻的两个主梁121之间形成有一个相邻空位，每个主梁121上可设置有一组固定孔1211。X组连接板122可分别设置在不同的相邻空位中，每组连接板122都可包括若干个弧形肋板1221，每个弧形肋板1221的两端分别与相邻的主梁121连接且弧形肋板1221的凸起方向朝外。

内衬筒2可包括内衬筒体21，内衬筒体21能够插入到X个主梁121和X组连接板122所围成的空间中，内衬筒体21的筒身上可开设有沿周向分布的X组连接孔211；在内衬筒体21插入到所述空间的情况下，X组固定孔1211和X组连接孔211分别相对应。

固定单元可包括X组固定件3，在内衬筒体21插入到所述空间的情况下，每组固定件3都能将呈对应关系的一组固定孔1211和一组连接孔211相连接。

在本实施例中，如图1、图9和图10所示，每组固定孔1211可以沿轴线方向等间距设置在主梁121上。主梁121主要起到受拉与受压的作用。每组连接板122中的若干个弧形肋板1221沿轴线方向等间距分布，两相邻弧形肋板1221之间形成长槽1222，这样交替排列的弧形肋板1221和长槽1222形成类似鱼骨的仿生结构，有别于开缝钢板，且仅在耗能以及变形时起作用。

在本实施例中，X＝4，4组连接孔211沿内衬筒体21周向均匀依次分布，并分别可包括M个第一连接孔、N个第二连接孔、M个第三连接孔和N个第四连接孔。其中，M个第一连接孔和M个第三连接孔一一对应，每个第一连接孔与呈对应关系的第三连接孔的起点位置可以都位于同一径向截面上；N个第二连接孔和N个第四连接孔一一对应，每个第二连接孔与呈对应关系的第四连接孔的起点位置可以都位于同一径向截面上；其中，M≥1，N≥1，起点位置是按照内衬筒体21的轴向来确定。

在本实施例中，M与N相等，M个第一连接孔和N个第二连接孔一一对应，呈对应关系的第一连接孔和第二连接孔在轴向上存在交错，交错的位差为一个固定件3大小的身位。

具体地，第一、第二、第三和第四连接孔的数量和大小相同，第一连接孔和第三连接孔的位置相同，第二连接孔和第四连接孔的位置相同，但第一、第三连接孔的位置与第二、第四连接孔的位置不同。第一、第三连接孔的位置的起点位置与呈对应关系的第二、第四连接孔的终点位置在轴向上存在交错，交错的位差为一个固定件3大小的身位。如此设置的目的在于当主梁121受压或受拉时，交错的连接孔211与固定件3在一端会形成固定，而相邻面上的设置的固定件3与连接孔211可以给鱼骨状耗能段12提供位移的空间，实现位移与耗能发生在鱼骨状耗能段12，实现该支撑的作用。也可以说第一、第三连接孔的位置分别与第二、第四连接孔的位置是错位的，在空间上必须存在重叠的部分，在无受力的情况下，固定件3的位置在横截面上是在同一个面的。需要说明的是：该段所指的连接孔211的位置是指在各连接孔211在内衬筒体21轴线上的投影位置。

在本实施例中，如图1和图2所示，鱼骨仿生外套筒1还可包括前端板11。前端板11连接在鱼骨状耗能段12的前端，且前端板11的前端能够与外界的结构相连接。

在本实施例中，如图1和图2所示，前端板11的径向端面可为一字型板或十字型板。前端板11的径向端面为一字型时，前端板11可固定连接在对称的两个主梁121的延长段之间；前端板11的径向端面为十字型时，前端板11可固定连接在对称的四个主梁121的延长段之间。这样设置一方面是可便于使鱼骨仿生外套筒1与外界进行连接，另一方面是便于固定内衬筒2所在的位置。

在本实施例中，如图2和图6所示，前端板11可设置有若干个用于连接的第二安装孔111。这样便于使鱼骨仿生外套筒1与外界的其他结构进行连接。具体地，第二安装孔111可为螺栓孔。当然本发明不限于此，也可以通过其他方式将前端板11与外界的其他结构进行连接，可根据所需连接的其他结构的实际情况进行设置。

在本实施例中，如图1、图7和图8所示，内衬筒体21的前端可开设有若干个贯穿筒壁的长滑槽212，长滑槽212的开槽方向可为轴向并在前端端面上形成槽口；在内衬筒体21插入到所述空间的情况下，长滑槽212能够卡在前端板11的后端。

具体地，长滑槽212的设计与前端板11的设置相匹配，长滑槽212能够正好卡住前端板11，这样便于鱼骨仿生外套筒1固定内衬筒2所在的位置。长滑槽212的数量可为2、3、4或5等，且长滑槽212沿内衬筒体21的周向均匀分布。例如，在X＝3时，长滑槽212的数量可为3，均匀分布在内衬筒体21的前端；在X＝4时，长滑槽212的数量可为2或4，两个长滑槽212可对称设置在内衬筒体21的前端，也可以是四个长滑槽212均匀分布在内衬筒体21的前端。

在本实施例中，如图1至图4所示，长滑槽212的槽口宽度与前端板11的厚度相匹配，长滑槽212能够正好卡住前端板11。

在本实施例中，如图1至图10所示，固定孔1211和连接孔211中的一类可为圆孔，另一类可为长圆孔。具体地，固定孔1211为圆孔时，连接孔211为长圆孔；固定孔1211为长圆孔时，连接孔211为圆孔。每组固定孔1211和每组连接孔211的呈对应关系，都是沿轴线方向等间距分布，且每组固定孔1211与每组连接孔211一一对应。长圆孔的长度方向应沿轴线方向设置。

具体地，当固定孔1211为圆孔，连接孔211为长圆孔时，如果X＝4，其上、下主梁121的圆孔位置与内衬筒体21的上、下长圆孔的终点端一致，左、右主梁121的圆孔位置与内衬筒体21的左、右长圆孔的起始端一致。

在本实施例中，如图1、图7和图8所示，长滑槽212的长度不小于长圆孔的长度，以起到使内衬筒2不会在耗能支撑装置进入耗能以及塑性变形往复运动阶段与鱼骨仿生外套筒1发生脱离或者卡顿。

在本实施例中，相邻的两个主梁121之间的距离都相同。X个主梁121相互平行且平行同一中心轴线，X个主梁121围绕在同一中心轴线四周且等间距分布。X组连接孔211沿内衬筒体21的周向均匀分布，能够与X组固定孔1211相对应。

在本实施例中，如图1、图2和图5所示，内衬筒2还可包括内衬筒安装座22，内衬筒安装座22与内衬筒体21的后端连接，内衬筒安装座22上可设置有若干个用于连接的第一安装孔221。内衬筒安装座22能够将内衬筒2与外界的其他结构相连接。

具体地，第一安装孔221可为螺栓孔。在内衬筒2与其他结构相连接时，可采用螺栓连接上内衬筒安装座22的第一安装孔221与其他结构的螺栓安装孔。当然本发明第一安装孔221不限于此，也可以通过其他方式将内衬筒安装座22与其他结构进行连接，可根据所需连接的其他结构的实际情况进行设置。

在本实施例中，内衬筒安装座22可为外L型法兰，以便于进行连接以及更换。当然本发明内衬筒安装座22不限于此，可采用其他能够实现便于连接和更换的方式，只要保证传力清晰、操作简单即可。

在本实施例中，鱼骨状耗能段12所采用的材料可与内衬筒2等采用的材料不一致，可根据实际支撑的需要进行选择。鱼骨状耗能段12可选取形状记忆合金材料或者其他超弹性材料，内衬筒2可为普通钢材，当然本发明不限于此，也可以是适用于鱼骨状耗能段12和内衬筒2的其他材料。

在本实施例中，如图1和图5所示。固定件3可为高强度螺栓。在固定件3为高强度螺栓时，固定孔1211和/或连接孔211可为螺栓孔。固定件3穿过固定孔1211以及连接孔211，将鱼骨仿生外套筒1与内衬筒2固定连接。当然本发明不限于此，固定件3也可以是能够实现该固定连接的其他连接件。

示例性实施例2

本示例性实施例提供了一种耗能减震方法。

所述耗能减震方法可包括采用上述示例性实施例1的鱼骨仿生耗能支撑装置来进行耗能减震工作。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合图1至图10、以及具体示例说明对鱼骨仿生耗能支撑装置的组装方法和利用鱼骨仿生耗能支撑装置进行耗能减震的工作原理进行进一步说明。

示例说明1

鱼骨仿生耗能支撑装置的组装方法可包括：

将鱼骨仿生外套筒1套设在内衬筒2上，旋转鱼骨仿生外套筒1和内衬筒2，使得长滑槽212正好卡在前端板11的后端，且固定孔1211和连接孔211处在对应相符的位置，使用固定件3穿过固定孔1211和连接孔211进行固定连接，即完成鱼骨仿生耗能支撑装置的组装。

鱼骨仿生耗能支撑装置的组装完成后，再将鱼骨仿生外套筒1的前端板11的第二安装孔111与对应其他结构的连接部分进行机械连接，将内衬筒安装座22的第一安装孔221与对应其他结构的连接部分进行机械连接，即可安装好鱼骨仿生耗能支撑装置。

示例说明2

本发明利用鱼骨仿生耗能支撑装置进行耗能减震的工作原理可包括：

鱼骨仿生耗能支撑装置传递结构中的轴向受力，当荷载工况越来越大，鱼骨仿生耗能支撑装置由于内衬筒2的连接孔211或鱼骨仿生外套筒1的固定孔1211设置的交错位置，其中的某两个对称方向会因为固定件3而固定，而垂直对称方向因为连接孔211或固定孔1211的交错位置以及鱼骨状耗能段12的设计会发生变形(实现屈服从而使鱼骨状耗能段12进入塑性阶段)，以此来实现耗能、减震等作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均应属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种鱼骨仿生耗能支撑装置，其特征在于，所述装置包括：鱼骨仿生外套筒、内衬筒和固定单元；其中，

鱼骨仿生外套筒包括鱼骨状耗能段；鱼骨状耗能段包括围绕同一中轴线设置的X个主梁和X组连接板，X≥3；X个主梁相互平行，每相邻的两个主梁之间形成有一个相邻空位，每个主梁上设置有一组固定孔；X组连接板分别设置在不同的相邻空位中，每组连接板都包括若干个弧形肋板，每个弧形肋板的两端分别与相邻的主梁连接且弧形肋板的凸起方向朝外；

内衬筒包括内衬筒体，内衬筒体能够插入到X个主梁和X组连接板所围成的空间中，内衬筒体的筒身上开设有沿周向分布的X组连接孔；在内衬筒体插入到所述空间的情况下，X组固定孔和X组连接孔分别相对应；

固定单元包括X组固定件，在内衬筒体插入到所述空间的情况下，每组固定件都能将呈对应关系的一组固定孔和一组连接孔相连接。

2.根据权利要求1所述的鱼骨仿生耗能支撑装置，其特征在于，X＝4，4组所述连接孔沿所述内衬筒体周向均匀依次分布，并分别包括M个第一连接孔、N个第二连接孔、M个第三连接孔和N个第四连接孔；其中，

M个第一连接孔和M个第三连接孔一一对应，每个第一连接孔与呈对应关系的第三连接孔的起点位置都位于同一径向截面上；

N个第二连接孔和N个第四连接孔一一对应，每个第二连接孔与呈对应关系的第四连接孔的起点位置位于同一径向截面上；

其中，M≥1，N≥1，起点位置是按照所述内衬筒体的轴向来确定。

3.根据权利要求2所述的鱼骨仿生耗能支撑装置，其特征在于，所述M与所述N相等，所述M个第一连接孔和所述N个第二连接孔一一对应，呈对应关系的所述第一连接孔和所述第二连接孔在轴向上存在交错，交错的位差为一个所述固定件大小的身位。

4.根据权利要求1或2所述的鱼骨仿生耗能支撑装置，其特征在于，所述鱼骨仿生外套筒还包括前端板；前端板与所述鱼骨状耗能段的前端连接，且前端板能够与外界的结构相连接；

前端板的径向端面为一字型板或十字型板。

5.根据权利要求4所述的鱼骨仿生耗能支撑装置，其特征在于，所述内衬筒体的前端开设有若干个贯穿筒壁的长滑槽，长滑槽的开槽方向为轴向并在前端端面上形成槽口；

在所述内衬筒体插入到所述空间的情况下，长滑槽能够卡在所述前端板的后端。

6.根据权利要求1所述的鱼骨仿生耗能支撑装置，其特征在于，所述固定孔和所述连接孔中的一类为圆孔，另一类为长圆孔。

7.根据权利要求1所述的鱼骨仿生耗能支撑装置，其特征在于，相邻的两个所述主梁之间的距离都相同；所述X组连接孔沿所述内衬筒体的周向均匀分布。

8.根据权利要求1所述的鱼骨仿生耗能支撑装置，其特征在于，所述内衬筒还包括内衬筒安装座，内衬筒安装座与所述内衬筒体的后端连接，内衬筒安装座上设置有若干个用于连接的第一安装孔。

9.根据权利要求8所述的鱼骨仿生耗能支撑装置，其特征在于，所述内衬筒安装座为外L型法兰。

10.一种耗能减震方法，其特征在于，所述方法包括采用如权利要求1至9中任意一项所述的鱼骨仿生耗能支撑装置来进行耗能减震工作。

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