CN117364960A - 一种装配式粘弹性可调节自复位支撑 - Google Patents

一种装配式粘弹性可调节自复位支撑 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，解决了屈曲约束支撑震后塑性变形大，损坏严重难以修复或修复成本过高，这就导致需要将建筑物拆除，严重影响建筑物的震后恢复能力的问题。本发明在受拉或受压时，中间的弹性复位件压缩储存弹性势能，当受力结束后，储存的弹性势能为其提供自复位能力使得支撑恢复原来的状态。上下两排的SMA绞线始终处于拉伸状态，利用SMA绞线的超弹性进行耗能，当受力结束后SMA绞线的自复位性能使其恢复到原来状态。在装配时，可以通过张进度调节构件调节SMA绞线的张进度，使屈曲约束支撑装置的自复位能力的预应力能够在安装时进行提前调节，可以为支撑提供更为适宜的自复位能力。

Description

一种装配式粘弹性可调节自复位支撑
技术领域
本发明涉及建筑抗震技术领域，特别是指一种装配式粘弹性可调节自复位支撑。
背景技术
地震灾害是自然灾害危害最大的灾害之一，尤其对建筑物造成无法挽回的损害，造成了重大的经济损失。为了抵抗或者消弱地震对建筑物构件的影响，近几年消能减震装置在结构中的应用越来越广泛。屈曲约束支撑作为一种重要的抗震装置，应用在建筑物中能够为其提供减震消能的效果。
传统的屈曲约束支撑虽然能够提供抗震消能的效果，但是在地震作用后往往已经塑性变形大至损坏，而不能继续使用，损坏后的屈曲约束支撑不仅会造成一定的经济损失，损坏严重难以修复或修复成本过高，还会导致需要将建筑物拆除，严重影响建筑物的震后恢复能力，也对灾后重建造成不必要的麻烦，这与我国所提倡的绿色建筑背道而行，因此需要改良这些传统抗震屈曲约束支撑装置。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的传统的屈曲约束支撑震后塑性变形大，损坏严重难以修复或修复成本过高，这就导致需要将建筑物拆除，严重影响建筑物的震后恢复能力的问题，本发明提出了一种装配式粘弹性可调节自复位支撑。
本发明的技术方案是：一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，包括沿左右方向延伸的上盖板和下盖板，上盖板位于下盖板的正上方，上盖板和下盖板之间设有弹性复位件，弹性复位件的左右两端均抵靠设有竖向设置的滑动挡板，滑动挡板左右滑动设在上盖板和下盖板之间；
上盖板和下盖板的相对一侧均固定设有两个左右间隔设置的限位条，上盖板上的限位条和下盖板上的限位条上下对应且之间存有间隙，限位条沿前后方向延伸，限位条位于滑动挡板远离弹性复位件的一侧，左右两侧的限位条用以限制两个滑动挡板左右滑动距离；
上盖板和下盖板的左右两端均抵靠设有竖向设置的滑动盖板，滑动挡板、滑动盖板上均开设有与上下两个限位条之间的空隙对应且左右通透的插孔，滑动挡板和滑动盖板上的插孔内和上下两个限位条之间的空隙内均穿设有沿左右方向延伸的拉伸板，弹性复位件套设在拉伸板上；
滑动盖板的上下两端均延伸至上盖板和下盖板的上下两外侧，上盖板、下盖板和滑动盖板的外侧均套设有外套筒，外套筒为右端开口的U型板结构；
外套筒的顶板和底板的内侧均固定设有两个左右间隔设置的限位挡板，滑动盖板活动抵靠在左右两个限位挡板的外侧，上下两侧的限位挡板分别与上盖板和下盖板固定连接；
拉伸板的左侧固定套设有两个左右间隔设置的第一约束器，左侧的滑动盖板位于两个第一约束器之间，且两个第一约束器之间的左右间距大于滑动盖板的厚度，第一约束器用以防止滑动盖板从拉伸板上脱出；
拉伸板的右侧固定套设有两个左右间隔设置的第二约束器，右侧的滑动盖板位于两个第二约束器之间，且两个第二约束器之间的左右间距等于两个第一约束器之间的左右间距，两个滑动盖板同时抵靠在左右相邻的第一约束器和第二约束器的外侧；
限位挡板上开设有左右通透的线孔，左右两侧的限位挡板上的线孔内穿设有沿左右方向延伸的SMA绞线，SMA绞线的左右两端均设有张进度调节构件，张进度调节构件可拆固定设在滑动盖板上，张进度调节构件用以调节SMA绞线的张进度；
外套筒的左端板与左侧的滑动盖板之间存有供左侧的滑动盖板向左滑动的第一活动腔，拉伸板的右端延伸至上盖板和下盖板之外。
优选的，限位条和滑动盖板之间的拉伸板上固定套设有沿左右方向延伸的粘弹性阻尼块，粘弹性阻尼块主要由粘弹性材料制成，且粘弹性阻尼块的顶部与上盖板的底部固定连接，粘弹性阻尼块的底部与下盖板的顶部固定连接。
优选的，张进度调节构件包括固定设在SMA绞线的左右两端的SMA调节螺栓，SMA调节螺栓包括SMA调节螺杆和螺纹套设在SMA调节螺杆上的调节螺母，SMA调节螺杆的一端与SMA绞线的端部固定连接；
滑动盖板上开设有与SMA调节螺杆左右对应的螺孔，SMA调节螺杆活动穿设在螺孔内，调节螺母位于滑动盖板远离上盖板和下盖板的一侧；
左右两侧的SMA调节螺栓相互配合用以调节SMA绞线的张进度。
优选的，限位条朝向滑动挡板的一侧开设有卡槽，滑动挡板远离弹性复位件的一侧卡设在限位条上的卡槽内。
优选的，滑动挡板为倒置的T型块结构，滑动挡板的凸出部位活动插设在上下两个限位条之间的空隙内。
优选的，外套筒的右端与右侧的滑动盖板之间存有供右侧的滑动盖板向右滑动的第二活动腔。
优选的，粘弹性阻尼块和限位条之间设有第一拱形连接件，粘弹性阻尼块和滑动盖板之间设有第二拱形连接件，第一拱形连接件和第二拱形连接件套设在拉伸板外侧，第一拱形连接件和第二拱形连接件的下端与下盖板固定连接，第一拱形连接件和第二拱形连接件的顶部与上盖板固定连接。
优选的，第一拱形连接件和第二拱形连接件的竖向截面为等腰梯形的几字形板结构。
优选的，外套筒的左端内侧的上下两个直角处均固定设有加劲肋板，加劲肋板为三角板结构。
优选的，弹性复位件为SMA弹簧或碟簧。
本发明的优点：受拉或受压时，左右粘弹性阻尼块提供剪切能力进行耗能，中间的弹性复位件压缩储存弹性势能，当受力结束后，储存的弹性势能为其提供自复位能力使得支撑恢复原来的状态。
上下两排的SMA绞线始终处于拉伸状态，利用SMA绞线的超弹性进行耗能，当受力结束后SMA绞线的自复位性能使其恢复到原来状态。
在装配时，可以通过张进度调节构件调节SMA绞线的张进度，使屈曲约束支撑装置的自复位能力的预应力能够在安装时进行提前调节，可以为支撑提供更为适宜的自复位能力。
同时，在自复位支撑结构的外侧安装外套筒，为安装在其内部的自复位支撑结构提供保护。而且，外套筒采用U型板结构，使得本装置在安装和拆除时均比较方便提供施力空间，便于安拆组装。
本发明设计取材广泛、构造简单、传力明确、维护成本低，兼具良好的自复位和耗能特性，可以实现震后结构构件低损伤或无损伤，有助于推动可恢复性功能结构的发展和韧性建筑的实现，具有广阔的应用前景。
该装配式粘弹性可调节自复位支撑，既可工厂批量组装，也可现场拼装，适用性良好；可以实现震后结构构件低损伤或无损伤，也可以实现不同设防水准地震作用下的耗能，维护成本低，性价比高。有助于推进可恢复性功能结构的发展和韧性建筑目标的实现，具有广阔的应用前景。
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为实施例1的主视角度的结构示意图；
图2为图1的立体角度的结构示意图；
图3为实施例1中去掉外套筒后的立体结构示意图I；
图4为实施例1中去掉外套筒后的等轴测立体结构示意图II；
图5为实施例1的可调节自复位支撑的从右向左方向的受力分析图；
图6为实施例1的可调节自复位支撑的无外力时的受力分析图；
图7为实施例1的可调节自复位支撑的从左向右方向的受力分析图；
图中，1、上盖板，2、下盖板，3、弹性复位件，4、滑动挡板，5、限位条，6、第一拱形连接件，7、粘弹性阻尼块，8、第二拱形连接件，9、拉伸板，10、滑动盖板，11、第一约束器，12、第二约束器，13、SMA绞线，14、SMA调节螺栓，15、外套筒，16、加劲肋板，17、第一活动腔，18、限位挡板，19、第二活动腔。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。
实施例1：一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，如图1-4所示，包括沿左右方向延伸的上盖板1和下盖板2，上盖板1位于下盖板2的正上方，上盖板1和下盖板2之间设有弹性复位件3，弹性复位件3的左右两端均抵靠设有竖向设置的滑动挡板4，滑动挡板4左右滑动设在上盖板1和下盖板2之间。
本实施例中，弹性复位件3可采用SMA弹簧或碟簧，本实施例中的弹性复位件3采用的SMA弹簧。
上盖板1和下盖板2的相对一侧均固定设有两个左右间隔设置的限位条5，上盖板1上的限位条5和下盖板2上的限位条5上下对应且之间存有间隙，限位条5沿前后方向延伸，限位条5位于滑动挡板4远离弹性复位件3的一侧，左右两侧的限位条5用以限制两个滑动挡板4左右滑动距离。
滑动挡板4为倒置的T型块结构，滑动挡板4的凸出部位活动插设在上下两个限位条5之间的空隙内，以加强上下对应的两个限位条5处的结构强度。
为了进一步通过滑动挡板4提高对拉伸板9在前后方向上的抗变形能力，限位条5朝向滑动挡板4的一侧开设有卡槽，滑动挡板4远离弹性复位件3的一侧卡设在限位条5上的卡槽内。
上盖板1和下盖板2的左右两端均抵靠设有竖向设置的滑动盖板10，滑动挡板4、滑动盖板10上均开设有与上下两个限位条5之间的空隙对应且左右通透的插孔，滑动挡板4和滑动盖板10上的插孔内和上下两个限位条5之间的空隙内均穿设有沿左右方向延伸的拉伸板9，弹性复位件3套设在拉伸板9上。
限位条5和滑动盖板10之间的拉伸板9上固定套设有沿左右方向延伸的粘弹性阻尼块7，粘弹性阻尼块7主要由粘弹性材料制成，且粘弹性阻尼块7的顶部与上盖板1的底部固定连接，粘弹性阻尼块7的底部与下盖板2的顶部固定连接。
粘弹性阻尼块7和限位条5之间设有第一拱形连接件6，粘弹性阻尼块7和滑动盖板10之间设有第二拱形连接件8，第一拱形连接件6和第二拱形连接件8套设在拉伸板9外侧，第一拱形连接件6和第二拱形连接件8的竖向截面为上窄下宽的等腰梯形的几字形板结构，等腰梯形的几字形板结构在受力时力的分散更为均匀。
第一拱形连接件6和第二拱形连接件8的下端通过高强螺栓与下盖板2固定连接，第一拱形连接件6和第二拱形连接件8的顶部通过高强螺栓与上盖板1固定连接。
滑动盖板10的上下两端均延伸至上盖板1和下盖板2的上下两外侧，上盖板1、下盖板2和滑动盖板10的外侧均套设有外套筒15，外套筒15为右端开口的U型板结构。
外套筒15采用U型板结构，使得本装置在安装和拆除时均比较方便提供施力空间，便于安拆组装，同时，外套筒15也为安装在其内部的自复位支撑结构提供保护。
外套筒15的顶板和底板的内侧均固定设有两个左右间隔设置的限位挡板18，限位挡板18为L型板结构，滑动盖板10活动抵靠在左右两个限位挡板18的外侧，上下两侧的限位挡板18分别通过高强螺栓与上盖板1和下盖板2固定连接。
拉伸板9的左侧固定套设有两个左右间隔设置的第一约束器11，左侧的滑动盖板10位于两个第一约束器11之间，且两个第一约束器11之间的左右间距大于滑动盖板10的厚度，第一约束器11用以防止滑动盖板10从拉伸板9上脱出。
拉伸板9的右侧固定套设有两个左右间隔设置的第二约束器12，右侧的滑动盖板10位于两个第二约束器12之间，且两个第二约束器12之间的左右间距等于两个第一约束器11之间的左右间距，两个滑动盖板10同时抵靠在左右相邻的第一约束器11和第二约束器12的外侧。
本实施例中的第一约束器11和第二约束器12均为口字型的框板结构，第一约束器11和第二约束器12均通过垂直穿设的高强螺栓与拉伸板9固定连接。
限位挡板18上开设有左右通透的线孔，左右两侧的限位挡板18上的线孔内穿设有沿左右方向延伸的SMA绞线13，如图1-4所示上下两侧的SMA绞线13各设有三根。
SMA绞线13的左右两端均固定连接有张进度调节构件，张进度调节构件可拆固定设在滑动盖板10上，张进度调节构件用以调节SMA绞线13的张进度。
张进度调节构件包括固定设在SMA绞线13的左右两端的SMA调节螺栓14，SMA调节螺栓14包括SMA调节螺杆和螺纹套设在SMA调节螺杆上的调节螺母，SMA调节螺杆的一端与SMA绞线13的端部固定连接。
滑动盖板10上开设有与SMA调节螺杆左右对应的螺孔，SMA调节螺杆活动穿设在螺孔内，调节螺母位于滑动盖板10远离上盖板1和下盖板3的一侧。
左右两侧的SMA调节螺栓14相互配合用以调节SMA绞线的张进度，以使屈曲约束支撑装置的自复位能力的大小力度能够在安装时进行提前调节。
外套筒15的左端板与左侧的滑动盖板10之间存有供左侧的滑动盖板10向左滑动的第一活动腔17，外套筒15的右端与右侧的滑动盖板10之间存有供右侧的滑动盖板10向右滑动的第二活动腔19，拉伸板9的右端延伸至上盖板1和下盖板2之外。
外套筒15的左端内侧的上下两个直角处均固定设有加劲肋板16，加劲肋板16为三角板结构。
工作原理：受拉（如图7）或受压（如图5）时，左右粘弹性阻尼块7提供剪切能力进行耗能，中间的弹性复位件3压缩储存弹性势能，当受力结束后，储存的弹性势能为其提供自复位能力使得支撑恢复原来的状态（如图6所示）。
上下两排的SMA绞线始终处于拉伸状态，利用SMA绞线的超弹性进行耗能，当受力结束后SMA绞线的自复位性能使其恢复到原来状态，通过SMA绞线左右两端的张进度调节构件调节SMA绞线的预应力，可以为支撑提供更为适宜的自复位能力。
本发明设计的装配式粘弹性可调节自复位支撑，实现了通过粘弹性材料的剪切耗能与自复位功能与装配式功能相结合。
粘弹性材料进行剪切耗能可以有效地避免支撑主体自身产生过大的塑性变形和损伤，粘弹性材料进行剪切耗能的同时自身不易损坏，一般粘弹性材料的使用寿命30年起这样能够减少更换材料的损失，将成本控制在最低，也大幅降低维修时间和维修成本。
形状记忆合金（SMA）材料本身可以提供良好的自复位能力和耗能能力，而且在弹性范围内无蠕变效应，使用期内基本不存在自复位能力的损失，良好的抗疲劳性能和抗腐蚀性能使其震后一般无需更换。
自复位支撑在极罕见的地震作用下达到设计极限位移后，内部的拉伸板开始发挥金属屈曲的作用，以最大程度地减少对结构构件的损伤，震后通过支撑整体实现结构功能的快速恢复。
本发明设计取材广泛、构造简单、传力明确、维护成本低，兼具良好的自复位和耗能特性，可以实现震后结构构件低损伤或无损伤，有助于推动可恢复性功能结构的发展和韧性建筑的实现，具有广阔的应用前景。
该装配式粘弹性可调节自复位支撑，既可工厂批量组装，也可现场拼装，适用性良好；可以实现震后结构构件低损伤或无损伤，也可以实现不同设防水准地震作用下的耗能，维护成本低，性价比高。有助于推进可恢复性功能结构的发展和韧性建筑目标的实现，具有广阔的应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不受上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，其特征在于：包括沿左右方向延伸的上盖板（1）和下盖板（2），上盖板（1）位于下盖板（2）的正上方，上盖板（1）和下盖板（2）之间设有弹性复位件（3），弹性复位件（3）的左右两端均抵靠设有竖向设置的滑动挡板（4），滑动挡板（4）左右滑动设在上盖板（1）和下盖板（2）之间；
上盖板（1）和下盖板（2）的相对一侧均固定设有两个左右间隔设置的限位条（5），上盖板（1）上的限位条（5）和下盖板（2）上的限位条（5）上下对应且之间存有间隙，限位条（5）沿前后方向延伸，限位条（5）位于滑动挡板（4）远离弹性复位件（3）的一侧，左右两侧的限位条（5）用以限制两个滑动挡板（4）左右滑动距离；
上盖板（1）和下盖板（2）的左右两端均抵靠设有竖向设置的滑动盖板（10），滑动挡板（4）、滑动盖板（10）上均开设有与上下两个限位条（5）之间的空隙对应且左右通透的插孔，滑动挡板（4）和滑动盖板（10）上的插孔内和上下两个限位条（5）之间的空隙内均穿设有沿左右方向延伸的拉伸板（9），弹性复位件（3）套设在拉伸板（9）上；
滑动盖板（10）的上下两端均延伸至上盖板（1）和下盖板（2）的上下两外侧，上盖板（1）、下盖板（2）和滑动盖板（10）的外侧均套设有外套筒（15），外套筒（15）为右端开口的U型板结构；
外套筒（15）的顶板和底板的内侧均固定设有两个左右间隔设置的限位挡板（18），滑动盖板（10）活动抵靠在左右两个限位挡板（18）的外侧，上下两侧的限位挡板（18）分别与上盖板（1）和下盖板（2）固定连接；
拉伸板（9）的左侧固定套设有两个左右间隔设置的第一约束器（11），左侧的滑动盖板（10）位于两个第一约束器（11）之间，且两个第一约束器（11）之间的左右间距大于滑动盖板（10）的厚度，第一约束器（11）用以防止滑动盖板（10）从拉伸板（9）上脱出；
拉伸板（9）的右侧固定套设有两个左右间隔设置的第二约束器（12），右侧的滑动盖板（10）位于两个第二约束器（12）之间，且两个第二约束器（12）之间的左右间距等于两个第一约束器（11）之间的左右间距，两个滑动盖板（10）同时抵靠在左右相邻的第一约束器（11）和第二约束器（12）的外侧；
限位挡板（18）上开设有左右通透的线孔，左右两侧的限位挡板（18）上的线孔内穿设有沿左右方向延伸的SMA绞线（13），SMA绞线（13）的左右两端均设有张进度调节构件，张进度调节构件可拆固定设在滑动盖板（10）上，张进度调节构件用以调节SMA绞线（13）的张进度；
外套筒（15）的左端板与左侧的滑动盖板（10）之间存有供左侧的滑动盖板（10）向左滑动的第一活动腔（17），拉伸板（9）的右端延伸至上盖板（1）和下盖板（2）之外。
2.如权利要求1所述的一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，其特征在于：限位条（5）和滑动盖板（10）之间的拉伸板（9）上固定套设有沿左右方向延伸的粘弹性阻尼块（7），粘弹性阻尼块（7）主要由粘弹性材料制成，且粘弹性阻尼块（7）的顶部与上盖板（1）的底部固定连接，粘弹性阻尼块（7）的底部与下盖板（2）的顶部固定连接。
3.如权利要求1所述的一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，其特征在于：张进度调节构件包括固定设在SMA绞线（13）的左右两端的SMA调节螺栓（14），SMA调节螺栓（14）包括SMA调节螺杆和螺纹套设在SMA调节螺杆上的调节螺母，SMA调节螺杆的一端与SMA绞线（13）的端部固定连接；
滑动盖板（10）上开设有与SMA调节螺杆左右对应的螺孔，SMA调节螺杆活动穿设在螺孔内，调节螺母位于滑动盖板（10）远离上盖板（1）和下盖板（3）的一侧；
左右两侧的SMA调节螺栓（14）相互配合用以调节SMA绞线的张进度。
4.如权利要求1所述的一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，其特征在于：限位条（5）朝向滑动挡板（4）的一侧开设有卡槽，滑动挡板（4）远离弹性复位件（3）的一侧卡设在限位条（5）上的卡槽内。
5.如权利要求1或3所述的一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，其特征在于：滑动挡板（4）为倒置的T型块结构，滑动挡板（4）的凸出部位活动插设在上下两个限位条（5）之间的空隙内。
6.如权利要求1所述的一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，其特征在于：外套筒（15）的右端与右侧的滑动盖板（10）之间存有供右侧的滑动盖板（10）向右滑动的第二活动腔（19）。
7.如权利要求1所述的一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，其特征在于：粘弹性阻尼块（7）和限位条（5）之间设有第一拱形连接件（6），粘弹性阻尼块（7）和滑动盖板（10）之间设有第二拱形连接件（8），第一拱形连接件（6）和第二拱形连接件（8）套设在拉伸板（9）外侧，第一拱形连接件（6）和第二拱形连接件（8）的下端与下盖板（2）固定连接，第一拱形连接件（6）和第二拱形连接件（8）的顶部与上盖板（1）固定连接。
8.如权利要求6所述的一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，其特征在于：第一拱形连接件（6）和第二拱形连接件（8）的竖向截面为等腰梯形的几字形板结构。
9.如权利要求1所述的一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，其特征在于：外套筒（15）的左端内侧的上下两个直角处均固定设有加劲肋板（16），加劲肋板（16）为三角板结构。
10.如权利要求1所述的一种装配式粘弹性可调节自复位支撑，其特征在于：弹性复位件（3）为SMA弹簧或碟簧。
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