CN213979290U

CN213979290U - 一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点

Info

Publication number: CN213979290U
Application number: CN202022685249.4U
Authority: CN
Inventors: 徐嘉曼; 吕志鹏; 池沛; 田牛; 晁贝贝
Original assignee: Yangzhou University
Current assignee: Yangzhou University
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2021-08-17
Anticipated expiration: 2030-11-19

Abstract

本实用新型涉及一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点，包括H型钢柱、上端L形挡件、下端L形挡件、H型钢梁、钢套板、第一预压碟簧、第二预压碟簧、第一伸缩杆、第二伸缩杆、加强板、第一H型钢柱加劲肋、第二H型钢柱加劲肋、摩擦耗能系统；H型钢柱和H型钢梁之间留有空隙；摩擦耗能系统包括两块L形钢板、一块摩擦板与两块摩擦片，摩擦板上设有摩擦板U形孔槽，摩擦板焊接在下端L形挡件内侧；摩擦片上设有摩擦片螺栓孔；L形钢板设有L形钢板螺栓孔，位置与摩擦板U形孔槽对应；通过本实用新型，可在地震时有效耗散地震输入能量，实现对钢框架节点以及钢框架结构体系的抗震保护，地震后通过预压碟簧提供的恢复力实现自复位功能。

Description

一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点

技术领域

本实用新型涉及一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点，属于工程减震设备领域。

背景技术

钢框架节点是钢框架结构体系的抗震薄弱环节。传统的节点形式，如焊接节点或栓焊混合节点等，在地震后常常由于焊缝脆断或变形能力不足等原因产生不同程度的损伤或残余变形，不仅修复的经济代价和时间成本高昂，更会对结构的安全造成严重威胁。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点。

本实用新型的目的是这样实现的，一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点，包括H型钢柱、上端L形挡件、下端L形挡件、H型钢梁、钢套板、第一预压碟簧、第二预压碟簧、第一伸缩杆、第二伸缩杆、加强板、第一H型钢柱加劲肋、第二H型钢柱加劲肋、摩擦耗能系统；其特征在于：

所述H型钢柱和H型钢梁之间留有空隙；H型钢柱和H型钢梁形成的梁柱节点区的两侧均焊接有钢套板，钢套板靠近H型钢梁侧的中间部位设有钢套板孔槽，钢套板孔槽为椭圆形；

所述H型钢柱上设有第一H型钢柱伸缩杆孔、第二H型钢柱伸缩杆孔；所述第一H型钢柱伸缩杆孔的上、下两侧焊接有第一H型钢柱加劲肋，第二H型钢柱伸缩杆孔的上、下两侧焊接有第二H型钢柱加劲肋；

所述H型钢梁的上翼缘、下翼缘分别开有H型钢梁上翼缘螺栓孔和H型钢梁下翼缘螺栓孔；所述H型钢梁靠近H型钢柱一侧的腹板上设有梁圆孔，梁圆孔的两侧各焊接一块加强板；所述加强板与H型钢梁的腹板等高，且加强板上设有加强板螺栓孔，加强板螺栓孔与梁圆孔位置对应；

还设有第一螺杆，将第一螺杆穿过钢套板孔槽、加强板螺栓孔和梁圆孔，穿出后旋有第一螺母，用第一螺母固定，从而将钢套板和H型钢梁相连，形成梁柱连接节点；

所述上端L形挡件放置在H型钢梁的上侧，上端L形挡件上设有上端L形挡件螺栓孔，还设有第二螺杆，第二螺杆穿过上端L形挡件螺栓孔与H型钢梁上翼缘螺栓孔，穿出后旋有第二螺母，用第二螺母固定；

所述下端L形挡件放置在H型钢梁的下侧，下端L形挡件上设有下端L形挡件螺栓孔，还设有第三螺杆，第三螺杆穿过下端L形挡件螺栓孔与H型钢梁下翼缘螺栓孔，穿出后旋有第三螺母，用第三螺母固定；

所述上端L形挡件上设有上端L形挡件伸缩杆孔，第一伸缩杆依次穿过上端L形挡件伸缩杆孔、第一预压碟簧和第一H型钢柱伸缩杆孔，并用第一锚具将第一伸缩杆两端分别锚固在H型钢柱和上端L形挡件上；

所述下端L形挡件上设有下端L形挡件伸缩杆孔，第二伸缩杆依次穿过下端L形挡件伸缩杆孔、第二预压碟簧和第二H型钢柱伸缩杆孔，并用第二锚具将第二伸缩杆两端分别锚固在H型钢柱和下端L形挡件上；

所述摩擦耗能系统包括两块L形钢板、一块摩擦板与两块摩擦片，摩擦板上设有摩擦板U形孔槽，摩擦板焊接在下端L形挡件内侧；所述摩擦片上设有摩擦片螺栓孔；所述L形钢板设有L形钢板螺栓孔，位置与摩擦板U形孔槽对应；

两块摩擦片分别放在摩擦板的外侧，两块L形钢板分别放在摩擦片的外侧，还设有第四螺栓，第四螺栓依次穿过L形钢板螺栓孔、摩擦片螺栓孔和摩擦板U形孔槽后用第四螺母拧紧。

所述第一伸缩杆可以承受设定范围内的切向力，用以承担第一预压碟簧的重量，同时可以在轴向自由伸缩变形；第二伸缩杆可以承受设定范围内的切向力，用以承担第二预压碟簧的重量，同时可以在轴向自由伸缩变形。

所述梁圆孔的直径与所述钢套板孔槽的高度相等并处于同一水平方向，钢套板孔槽的长度长于梁圆孔的直径。

所述摩擦板U形孔槽和摩擦片螺栓孔位置对应；所述L形钢板螺栓孔位置与摩擦板U形孔槽、摩擦片螺栓孔的位置对应。

所述下端L形挡件上设有下端L形挡件加劲肋。

所述上端L形挡件上设有上端L形挡件加劲肋。

所述L形钢板面向H型钢柱的一侧还设有L形钢板螺栓孔槽，H型钢柱上设有与L形钢板螺栓孔槽相对应的H型钢柱螺栓孔，还设有第五螺栓，第五螺栓依次旋紧于L形钢板螺栓孔槽、H型钢柱螺栓孔，使得L形钢板紧固于H型钢柱上。

本实用新型结构合理、使用方便，通过本实用新型，自复位节点在强震时、强震后具有较强的耗能能力和自我恢复功能，可有效地解决钢框架在地震作用下的残余变形、脆性破坏及耗能不足等问题，在土木工程中的结构振动控制方面具有较好的前景。本实用新型的组成主要包括：H型钢柱、上端L形挡件、下端L形挡件、H型钢梁、钢套板、预压碟簧、伸缩杆、加强板、H型钢柱加劲肋、摩擦耗能系统等。当本实用新型的一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点受到地震力作用时，H型钢梁和H型钢柱将发生相对转动。下面以H型钢梁发生顺时针转动为例解释本实用新型的自复位原理和耗能原理。

1、自复位原理；

地震时，H型钢梁带动上端L形挡件、下端L形挡件一起发生顺时针转动，此时上部第一预压碟簧伸长，碟簧中压力减小；下部第二预压碟簧压缩，碟簧中压力增大。

地震后，由于下部第二预压碟簧的压力大于上部第一预压碟簧的压力，因此下部第二预压碟簧提供的恢复力将推动下端L形挡件及H型钢梁发生逆时针旋转，直至恢复初始位置。如此，便实现了本实用新型的自复位功能。

2、耗能原理；

本实用新型的耗能能力通过摩擦板与摩擦片之间的滑动摩擦提供。

地震时，H型钢梁带动摩擦板顺时针转动，并与相对固定的摩擦片发生沿着摩擦板U形孔槽方向的相对滑动。

地震后，伴随着钢框架节点的自复位过程，H型钢梁带动摩擦板拟时针转动，同样与相对固定的摩擦片发生沿着摩擦板U形孔槽方向的相对滑动。

无论在地震时还是地震后，摩擦板与摩擦片之间都存在滑动摩擦作用，因此可利用固体摩擦机制将地震输入的能量转变为热能加以耗散，实现保护钢框架节点的作用。

当H型钢梁发生逆时针转动时自复位原理、耗能原理相同。

碟簧是一种由钢板冲压成碟形的薄板弹簧，体积小，承载能力大，加压均匀，缓冲和减震能力强，并且在很小的变形条件下，能够承受变化范围很大的载荷。在对其施加一定的预压力后形成的预压碟簧具有很强的恢复力，可帮助钢框架节点在震后实现自复位。通过在节点区域采用摩擦耗能机制，可有效耗散地震输入的能力，实现对钢框架节点，乃至钢框架结构体系的抗震保护。

综上，通过本实用新型提供的一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点，可在地震时有效耗散地震输入的能量，实现对钢框架节点，乃至钢框架结构体系的抗震保护；同时在地震后通过预压碟簧提供的恢复力实现自复位功能，从而在抗震设防区具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的主视方向结构示意图；

图2为本实用新型的侧视方向结构示意图；

图3为本实用新型中上端L形挡件结构示意图；

图4为本实用新型中上端L形挡件另一方向结构示意图；

图5为本实用新型中上端L形挡件另一方向结构示意图；

图6为本实用新型中下端L形挡件结构示意图；

图7为本实用新型中下端L形挡件另一方向结构示意图；

图8为本实用新型中下端L形挡件另一方向结构示意图；

图9为本实用新型中摩擦片部分的结构示意图；

图10为本实用新型中L形钢板部分的结构示意图；

图11为本实用新型中L形钢板部分的另一方向结构示意图；

图12为本实用新型中第一伸缩杆部分的结构示意图；

图13为本实用新型中第二伸缩杆部分的结构示意图；

图14为本实用新型中钢套板部分的结构示意图；

图中：1-1第一预压碟簧、1-2第二预压碟簧、2-1第一锚具、2-2第二锚具、3-1第一伸缩杆、3-2第二伸缩杆、4 H型钢柱、5 H型钢梁、6梁圆孔、7钢套板孔槽、8-1第一H型钢柱加劲肋、8-2第二H型钢柱加劲肋、9下端L形挡件、10下端L形挡件加劲肋、11L形钢板螺栓孔、12摩擦板U形孔槽、13L形钢板、14钢套板、15上端L形挡件、16加强板、17上端L形挡件加劲肋、18摩擦板、19摩擦片、22 L形钢板螺栓孔槽、23上端L形挡件螺栓孔、24上端L形挡件伸缩杆孔、25 H型钢柱螺栓孔、26下端L形挡件伸缩杆孔、27下端L形挡件螺栓孔、28摩擦片螺栓孔、29加强板螺栓孔、30-1第一H型钢柱伸缩杆孔、30-2第二H型钢柱伸缩杆孔、31H型钢梁上翼缘螺栓孔、32H型钢梁下翼缘螺栓孔。

具体实施方式

下面结合说明书附图及其具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点，包括H型钢柱4、上端L形挡件15、下端L形挡件9、H型钢梁5、钢套板14、第一预压碟簧1-1、第二预压碟簧1-2、第一伸缩杆3-1、第二伸缩杆3-2、加强板16、第一H型钢柱加劲肋8-1、第二H型钢柱加劲肋8-2、摩擦耗能系统；H型钢柱4和H型钢梁5之间留有空隙；H型钢柱4和H型钢梁5形成的梁柱节点区的两侧均焊接有钢套板14，钢套板14靠近H型钢梁5侧的中间部位设有钢套板孔槽7，钢套板孔槽7为椭圆形。

在H型钢柱4上设置第一H型钢柱伸缩杆孔30-1、第二H型钢柱伸缩杆孔30-2；第一H型钢柱伸缩杆孔30-1的上、下两侧焊接有第一H型钢柱加劲肋8-1，第二H型钢柱伸缩杆孔30-2的上、下两侧焊接有第二H型钢柱加劲肋8-2。

在H型钢梁5的上翼缘、下翼缘分别开有H型钢梁上翼缘螺栓孔31和H型钢梁下翼缘螺栓孔32；H型钢梁5靠近H型钢柱4一侧的腹板上设置梁圆孔6，梁圆孔6的两侧各焊接一块加强板16；加强板16与H型钢梁5的腹板等高，且在加强板16上设置加强板螺栓孔29，加强板螺栓孔29与梁圆孔6位置对应。

还设置有第一螺杆，将第一螺杆穿过钢套板孔槽7、加强板螺栓孔29和梁圆孔6，穿出后旋有第一螺母，用第一螺母固定，从而将钢套板14和H型钢梁5相连，形成梁柱连接节点。

上端L形挡件15放置在H型钢梁5的上侧，在上端L形挡件15上设置上端L形挡件螺栓孔23，还设置有第二螺杆，第二螺杆穿过上端L形挡件螺栓孔23与H型钢梁上翼缘螺栓孔31，穿出后旋有第二螺母，用第二螺母固定。

下端L形挡件9放置在H型钢梁5的下侧，在下端L形挡件9上设置下端L形挡件螺栓孔27，还设置有第三螺杆，第三螺杆穿过下端L形挡件螺栓孔27与H型钢梁下翼缘螺栓孔32，穿出后旋有第三螺母，用第三螺母固定。

在上端L形挡件15上设置上端L形挡件伸缩杆孔24，第一伸缩杆3-1依次穿过上端L形挡件伸缩杆孔24、第一预压碟簧1-1和第一H型钢柱伸缩杆孔30-1，并用第一锚具2-1将第一伸缩杆3-1两端分别锚固在H型钢柱4和上端L形挡件15上。

在下端L形挡件9上设置下端L形挡件伸缩杆孔26，第二伸缩杆3-2依次穿过下端L形挡件伸缩杆孔26、第二预压碟簧1-2和第二H型钢柱伸缩杆孔30-2，并用第二锚具2-2将第二伸缩杆3-2两端分别锚固在H型钢柱4和下端L形挡件9上。

摩擦耗能系统包括两块L形钢板13、一块摩擦板18与两块摩擦片19，在摩擦板18上设置摩擦板U形孔槽12，摩擦板18焊接在下端L形挡件9内侧；摩擦片19上设置摩擦片螺栓孔28；在L形钢板13设置L形钢板螺栓孔11，位置与摩擦板U形孔槽12对应；两块摩擦片19分别放在摩擦板18的外侧，两块L形钢板13分别放在摩擦片19的外侧，还设置第四螺栓，第四螺栓依次穿过L形钢板螺栓孔11、摩擦片螺栓孔28和摩擦板U形孔槽12后用第四螺母拧紧。

进一步的，第一伸缩杆3-1可以承受设定范围内的切向力，用以承担第一预压碟簧1-1的重量，同时可以在轴向自由伸缩变形；第二伸缩杆3-2可以承受设定范围内的切向力，用以承担第二预压碟簧1-2的重量，同时可以在轴向自由伸缩变形。

梁圆孔6的直径与钢套板孔槽7的高度相等并处于同一水平方向，钢套板孔槽7的长度长于梁圆孔6的直径。摩擦板U形孔槽12和摩擦片螺栓孔28位置对应； L形钢板螺栓孔11位置与摩擦板U形孔槽12、摩擦片螺栓孔28的位置对应。

在下端L形挡件9上设有下端L形挡件加劲肋10。上端L形挡件15上设置上端L形挡件加劲肋17。L形钢板13面向H型钢柱4的一侧还设置有L形钢板螺栓孔槽22，H型钢柱4上设置有与L形钢板螺栓孔槽22相对应的H型钢柱螺栓孔25，还设置有第五螺栓，第五螺栓依次旋紧于L形钢板螺栓孔槽22、H型钢柱螺栓孔25，使得L形钢板13紧固于H型钢柱4上。

Claims

1.一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点，包括H型钢柱（4）、上端L形挡件（15）、下端L形挡件（9）、H型钢梁（5）、钢套板（14）、第一预压碟簧（1-1）、第二预压碟簧（1-2）、第一伸缩杆（3-1）、第二伸缩杆（3-2）、加强板（16）、第一H型钢柱加劲肋（8-1）、第二H型钢柱加劲肋（8-2）、摩擦耗能系统；其特征在于：

所述H型钢柱（4）和H型钢梁（5）之间留有空隙；H型钢柱（4）和H型钢梁（5）形成的梁柱节点区的两侧均焊接有钢套板（14），钢套板（14）靠近H型钢梁（5）侧的中间部位设有钢套板孔槽（7），钢套板孔槽（7）为椭圆形；

所述H型钢柱（4）上设有第一H型钢柱伸缩杆孔（30-1）、第二H型钢柱伸缩杆孔（30-2）；所述第一H型钢柱伸缩杆孔（30-1）的上、下两侧焊接有第一H型钢柱加劲肋（8-1），第二H型钢柱伸缩杆孔（30-2）的上、下两侧焊接有第二H型钢柱加劲肋（8-2）；

所述H型钢梁（5）的上翼缘、下翼缘分别开有H型钢梁上翼缘螺栓孔（31）和H型钢梁下翼缘螺栓孔（32）；所述H型钢梁（5）靠近H型钢柱（4）一侧的腹板上设有梁圆孔（6），梁圆孔（6）的两侧各焊接一块加强板（16）；所述加强板（16）与H型钢梁（5）的腹板等高，且加强板（16）上设有加强板螺栓孔（29），加强板螺栓孔（29）与梁圆孔（6）位置对应；

还设有第一螺杆，将第一螺杆穿过钢套板孔槽（7）、加强板螺栓孔（29）和梁圆孔（6），穿出后旋有第一螺母，用第一螺母固定，从而将钢套板（14）和H型钢梁（5）相连，形成梁柱连接节点；

所述上端L形挡件（15）放置在H型钢梁（5）的上侧，上端L形挡件（15）上设有上端L形挡件螺栓孔（23），还设有第二螺杆，第二螺杆穿过上端L形挡件螺栓孔（23）与H型钢梁上翼缘螺栓孔（31），穿出后旋有第二螺母，用第二螺母固定；

所述下端L形挡件（9）放置在H型钢梁（5）的下侧，下端L形挡件（9）上设有下端L形挡件螺栓孔（27），还设有第三螺杆，第三螺杆穿过下端L形挡件螺栓孔（27）与H型钢梁下翼缘螺栓孔（32），穿出后旋有第三螺母，用第三螺母固定；

所述上端L形挡件（15）上设有上端L形挡件伸缩杆孔（24），第一伸缩杆（3-1）依次穿过上端L形挡件伸缩杆孔（24）、第一预压碟簧（1-1）和第一H型钢柱伸缩杆孔（30-1），并用第一锚具（2-1）将第一伸缩杆（3-1）两端分别锚固在H型钢柱（4）和上端L形挡件（15）上；

所述下端L形挡件（9）上设有下端L形挡件伸缩杆孔（26），第二伸缩杆（3-2）依次穿过下端L形挡件伸缩杆孔（26）、第二预压碟簧（1-2）和第二H型钢柱伸缩杆孔（30-2），并用第二锚具（2-2）将第二伸缩杆（3-2）两端分别锚固在H型钢柱（4）和下端L形挡件（9）上；

所述摩擦耗能系统包括两块L形钢板（13）、一块摩擦板（18）与两块摩擦片（19），摩擦板（18）上设有摩擦板U形孔槽（12），摩擦板（18）焊接在下端L形挡件（9）内；所述摩擦片（19）上设有摩擦片螺栓孔（28）；所述L形钢板（13）设有L形钢板螺栓孔（11），位置与摩擦板U形孔槽（12）对应；

两块摩擦片（19）分别放在摩擦板（18）的外侧，两块L形钢板（13）分别放在摩擦片（19）的外侧，还设有第四螺栓，第四螺栓依次穿过L形钢板螺栓孔（11）、摩擦片螺栓孔（28）和摩擦板U形孔槽（12）后用第四螺母拧紧。

2.根据权利要求1所述的一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点，其特征在于：所述第一伸缩杆（3-1）可以承受设定范围内的切向力，用以承担第一预压碟簧（1-1）的重量，同时可以在轴向自由伸缩变形；第二伸缩杆（3-2）可以承受设定范围内的切向力，用以承担第二预压碟簧（1-2）的重量，同时可以在轴向自由伸缩变形。

3.根据权利要求1所述的一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点，其特征在于：所述梁圆孔（6）的直径与所述钢套板孔槽（7）的高度相等并处于同一水平方向，钢套板孔槽（7）的长度长于梁圆孔（6）的直径。

4.根据权利要求1所述的一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点，其特征在于：所述摩擦板U形孔槽（12）和摩擦片螺栓孔（28）位置对应；所述L形钢板螺栓孔（11）位置与摩擦板U形孔槽（12）、摩擦片螺栓孔（28）的位置对应。

5.根据权利要求1所述的一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点，其特征在于：所述下端L形挡件（9）上设有下端L形挡件加劲肋（10）。

6.根据权利要求1所述的一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点，其特征在于：所述上端L形挡件（15）上设有上端L形挡件加劲肋（17）。

7.根据权利要求1所述的一种基于预压碟簧的自复位摩擦耗能钢框架节点，其特征在于：所述L形钢板（13）面向H型钢柱（4）的一侧还设有L形钢板螺栓孔槽（22），H型钢柱（4）上设有与L形钢板螺栓孔槽（22）相对应的H型钢柱螺栓孔（25），还设有第五螺栓，第五螺栓依次旋紧于L形钢板螺栓孔槽（22）、H型钢柱螺栓孔（25），使得L形钢板（13）紧固于H型钢柱（4）上。