CN222413464U - 一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及土木工程结构消能减震技术领域，具体为一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置，包括用在框架摇摆墙结构中的多个复碟形弹簧连接装置，该装置包括多个碟形弹簧，多个碟形弹簧之间设有垫片；该装置的左右两侧均安装有第二外挡板，上下两侧第一挡板与第二挡板通过高强螺栓连接，第二挡板右侧设置有止推底板和六角锁紧螺母，第二挡板的左侧设置有单耳板。优点在于：该连接装置的复位和耗能原理与普通钢绞线和阻尼器基本相同，安装方式更简单，造价更低，普适性更好；另一方面该连接装置具有更好的可更换性，将出现损伤的碟形弹簧、垫片和橡胶垫拆除更换，不仅降低了生产成本，还可以耗散地震能量，实现结构震后的复位。

Description

一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置

技术领域

本实用新型涉及土木工程结构消能减震技术领域，特别是一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置。

背景技术

可恢复功能结构是指地震后不需修复或者稍加修复即可恢复使用功能的结构，从具体的结构形式上可分为带可更换构件的结构、自复位结构和摇摆结构。其中，自复位结构体系由复位元件和耗能元件组成，地震作用时由耗能元件耗散地震能量，地震之后通过复位元件实现结构的复位性能。自复位结构具有残余变形小，震后能快速恢复等优势，因此受到国内外研究者的广泛关注。摇摆结构是实现结构可恢复功能的一种结构形式，自复位结构体系在摇摆结构基础上，额外增加可使结构或构件恢复到初始位置的装置(如预应力筋、碟形弹簧等)，从而减小结构或构件的震后残余变形。其中摇摆墙是一种放松与基础交界面处的约束以实现自身摇摆的墙体，是可恢复功能结构的一种重要实现形式，其源于对后张无黏结预应力预制混凝土墙的研究。根据墙体在平面内转动的约束情况，摇摆墙可分为受控摇摆墙和自由摇摆墙两种形式：前者是对摇摆墙体在平面内的转动进行有效约束，通常在摇摆墙和基础上施加贯穿的预应力筋来限制墙体的摇摆幅度；后者则取消了墙体在平面内的转动约束，其与基础的连接可视为理想铰接，尽管墙体自身可自由转动，但当与其他形式构件组合时也将受到相连构件的制约。自复位框架-摇摆墙结构通过自身的摇摆和附加阻尼器的耗能减轻结构的地震作用，实现结构自复位，可显著降低结构整体的损伤程度及残余变形，实现结构预期的变形模式和破坏机制。

框架-摇摆墙结构中的摇摆墙是控制结构变形模式的整体型关键构件，宜在地震作用下保持弹性。但是摇摆墙的承载力不可能无限大。一旦摇摆墙的内力需求超过其承载能力，摇摆墙即将进入弹塑性，刚度下降，对结构变形模式的控制能力也将下降。因此，摇摆墙与框架相连的连接构造是实现该体系的关键。针对墙体与基础之间的连接方式，研究者们提出了不同的连接形式，大体可分为以下几种：底部铰支座式、墙角替换式以及底部开缝式等，相比于其他几种连接设计，底部铰支座式是目前常用的实现摇摆墙摇摆的支座形式，并取得了较好的效果。摇摆墙与框架结构之间的连接形式也是很多研究者们不断探索和改进的问题，目前常用的连接方式有预应力筋连接、钢阻尼器连接以及斜撑连接等。不同的连接方法可以实现不同的减震效果，对于运用较多的预应力筋连接可以使摇摆墙具有较好的自复位能力，并且震后残余变形较小，但是当摇摆墙的位移过大时，会导致自复位能力不足，并且在摇摆过程中易与基础发生碰撞，使墙体出现损伤，且预应力筋需要穿过基础与墙体，预应力施工技术复杂。其中钢阻尼器连接以及斜撑连接虽然可以有效地分散地震能量，但是也存在一些不足之处，比如钢阻尼器通常是剪切型阻尼器，由于它的长度很短，对摇摆墙与框架柱之间的距离要求比较严格，仅适用于两者距离较近的结构，而采用斜撑连接时应考虑其变形失稳问题。

综上所述，针对自复位结构的弹性恢复力主要由预应力钢绞线或预应力筋提供，但预应力钢绞线自复位节点的安装方式相对困难；在荷载的长期作用下，会出现钢绞线松弛和预应力下降，进而影响结构复位能力的问题，因此急需提出一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置，来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，解决背景技术中所提到的问题，提供一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置，包括用于在框架摇摆墙结构中的多个复合碟形弹簧连接装置，复合碟形弹簧连接装置包括多个碟形弹簧，多个碟形弹簧之间设有垫片；

复合碟形弹簧连接装置的左右两侧均安装有第二外挡板，第二外挡板的上下两侧均安装有第一外挡板，复合碟形弹簧连接装置左侧的第二外挡板固定设有第一耳板，复合碟形弹簧连接装置右侧的第二外挡板固定设有止推底板，止推底板上设有多个六角锁紧螺母，第二外挡板的中心处贯穿设有延性六角插口螺栓，多个碟形弹簧的与延性六角插口螺栓中间设有滑套，延性六角插口螺栓贯穿复合碟形弹簧连接装置和止推底板设置。

优选的，框架摇摆墙结构包括主体框架结构和摇摆墙，主体框架结构为多层，主体框架结构与基础固定连接，摇摆墙与基础铰接连接，多个复合碟形弹簧连接装置均匀分布在多层主体框架结构与摇摆墙之间，且多个复合碟形弹簧连接装置对称设置在摇摆墙的两侧。

通过采用上述技术方案，复合碟形弹簧连接装置与摇摆墙的连接除了具有自复位耗能的效果外还具有小震下传递水平力、大震下兼具耗能作用，即当荷载较小时，碟形弹簧自复位耗能连接装置不会与摇摆墙之间产生相对位移，也即第二耳板与第一耳板之间不发生相对转动，此时的复合碟形弹簧连接装置与摇摆墙的连接近似等效为传统的刚性节点，可以传递主体框架结构的轴向水平力。

优选的，摇摆墙对应多个复合碟形弹簧连接装置的位置均固定设有两组第二耳板，第一耳板通过销轴与第二耳板铰接连接。

通过采用上述技术方案，通过摇摆墙厚度方向焊接的第二耳板与第一耳板通过高强销轴连接，实现摇摆墙既可以实现在墙体平面内的左右摆动，又可以限制墙体绕摇摆墙高度方向的转动，并且由于摇摆墙绕铰支座发生左右摆动的过程中，会产生相对主体框架结构的竖向位移，因此第二耳板与第一耳板的销轴连接可以实现放松楼层连接装置在墙体高度方向的平动自由度和绕墙体厚度方向的转动自由度，保证碟形弹簧自复位耗能连接装置在摆动过程中不引起结构或自身的破坏。

优选的，多层主体框架结构位于复合碟形弹簧连接装置的上下两侧均设有预埋加强板。

通过采用上述技术方案，加强板在框架梁浇筑混凝土之前将其固定在框架梁钢筋笼中，然后再浇筑混凝土，既实现了不同材料属性之间的连接，即钢筋混凝土与钢材的连接，又为碟形弹簧自复位耗能连接装置中第一外挡板连接提供焊点，更好地固定耗能连接结构。

优选的，第二外挡板与第一外挡板之间通过高强螺栓配合连接。

通过采用上述技术方案，可以提高第二外挡板与第一外挡板之间的连接强度。

优选的，复合碟形弹簧连接装置位于两个第二外挡板的内侧均设有橡胶垫。

通过采用上述技术方案，可以用来吸收能量。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

该可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置，通过设置复合碟形弹簧连接装置，一方面复合碟形弹簧连接装置利用弹簧的弹性势能以及碟片之间的摩擦耗能使其复位和耗能原理与普通钢绞线自复位节点基本相同，安装方式比普通钢绞线自复位节点简单，造价更低，且其设计相对灵活，通过改变碟片变形量与碟片厚度的比值，便可以得到不同的特性曲线，具有较好的工程普适性，而且可以有效降低预应力失效和施工繁琐的问题，具有经济高效的效果，另一方面可以将复合碟形弹簧连接装置中出现损伤的碟形弹簧、垫片以及橡胶垫拆除更换，整个可更换的过程方便快捷，不仅可以代替成本较高的阻尼器，而且具有与预应力筋相同的自复位效果，尤其在进行小型建筑物施工时，大大降低了生产成本，既可以实现耗散地震能量的作用，又可以实现在地震过后结构的复位，是一种经济实用，构造简单，适合工程运用的连接装置，而且此装置的可更换性能，不仅有利于降低震后修复成本和修复时间，而且提高了建筑物的抗震防灾韧性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型复合碟形弹簧连接装置的结构示意图；

图2为本实用新型框架-摇摆墙结构的结构示意图；

图3为本实用新型第二耳板的结构示意图；

图4为本实用新型碟形弹簧的剖面图。

图中：1、第一耳板；2、高强螺栓；3、第一外挡板；4、碟形弹簧；5、垫片；6、滑套；7、橡胶垫；8、第二外挡板；9、止推底板；10、六角锁紧螺母；11、延性六角插口螺栓；12、摇摆墙；13、第二耳板；14、预埋加强板；15、主体框架结构。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型附加的方面和优点将在下面结合附图的描述中进一步给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

如图1-4所示，一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置，它包括用于在框架摇摆墙结构中的多个复合碟形弹簧连接装置，复合碟形弹簧连接装置包括多个碟形弹簧4，碟形弹簧4参数包括外径D、内径d、自由高度H0、碟形弹簧4厚度t、压平时变形量h0以及圆锥角θ。碟形弹簧4最显著的优点是可以根据设计要求，通过碟形弹簧4的叠合和对合，构成复合组合碟形弹簧4，从而获得不同的刚度和变形，在复合组合碟形弹簧4的上下端面的外径D与内径d处承受轴向载荷时，其截面的锥底角θ减小，使弹簧产生轴向变形，轴向尺寸紧凑径向尺寸较大，使复合组合碟形弹簧4在整个运动的过程中始终处于受压状态，从而能够为其提供足够的弹性回复力。此外，碟形组具有小变形、高承载能力、刚度大、碟形单位体积变形能力较大的优点，可以利用各层碟簧片之间的摩擦作用缓冲冲击，起到衰减振动的阻尼效果，所以缓冲吸震能力强，适合于轴向空间要求小的场合，节省空间。并且碟簧组的耐磨性和耐高温性较好，在地震所产生的动荷载作用下，碟形弹簧4组在一定加载频率以上能够保持较好的耗能能力。随着预压量的增大，组合碟形弹簧4耗能能力增强，可以有效降低结构的能量。当碟形弹簧4受力时，外径会增大，内径会减少，这种压缩现象称之为最大压缩外径和最小压缩内径，因此碟形弹簧4在设计制造时，外径和内径分别留有规定的径向伸缩量，即碟形弹簧4受压时会产生径向变形，外径增大，内径减少，因此在碟形弹簧与外部部件留有一定间隙保证组合碟形弹簧发挥各自的性能优势，并且为了保证碟簧在轴向压缩变形不受阻，提高连接装置的自复位能力，多个碟形弹簧4之间设有垫片5；

复合碟形弹簧连接装置的左右两侧均安装有第二外挡板8，复合碟形弹簧连接装置位于两个第二外挡板8的内侧均设有橡胶垫7，碟形弹簧4与橡胶垫7之间会出现挤压变形吸收部分地震能量，并通过摩擦板与摩擦片之间的相互摩擦也可以耗散地震能量，因此可以实现消能减震的效果，第二外挡板8的上下两侧均安装有第一外挡板3，第二外挡板8与第一外挡板3之间通过高强螺栓2配合连接，复合碟形弹簧连接装置左侧的第二外挡板8固定设有第一耳板1，复合碟形弹簧连接装置右侧的第二外挡板8固定设有止推底板9，止推底板9上设有多个六角锁紧螺母10，多个碟形弹簧4与延性六角插口螺栓11中间设有滑套6，减少碟形弹簧在受力过程中的滑动摩擦力，保证碟形弹簧可以更好地提供弹性恢复力，第二外挡板8的中心处贯穿设有延性六角插口螺栓11，延性六角插口螺栓11贯穿复合碟形弹簧连接装置和止推底板9设置，通过调整止推底板9和六角锁紧螺母10来实现复合碟形弹簧连接装置无论在拉力或者压力作用下都始终处于受压状态，满足碟形弹簧4设计所需要的刚度大小和位移需求，完成复合碟形弹簧连接装置的组装。

框架摇摆墙结构包括主体框架结构15和摇摆墙12，主体框架结构15为多层，多层主体框架结构15位于复合碟形弹簧连接装置的上下两侧均设有预埋加强板14，该加强板的宽度等于框架梁的宽度，并且加强板在框架梁浇筑混凝土之前将其固定在框架梁钢筋笼中，然后再浇筑混凝土，既实现了不同材料属性之间的连接，即钢筋混凝土与钢材的连接，又为碟形弹簧4自复位耗能连接装置中第一外挡板3连接提供焊点，更好地固定耗能连接结构，主体框架结构15与基础固定连接，摇摆墙12与基础铰接连接，多个复合碟形弹簧连接装置均匀分布在多层主体框架结构15与摇摆墙12之间，且多个复合碟形弹簧连接装置对称设置在摇摆墙12的两侧，摇摆墙12为钢筋混凝土结构，摇摆墙12通常被设计成无损结构，因此为了防止摇摆墙体在地震时的产生损坏，在实际工程中通常采用高配筋或者预应力的方法使摇摆墙12墙体的纵筋在大震下不发生屈服，为了减少摇摆墙12的损伤并且方便与楼层连接装置的连接，用两根与摇摆墙12等高和等宽的等边角钢∠30×30×3作为摇摆墙12的外模，并且可以采用焊接工艺将摇摆墙12的墙底加工成如图2所示的弧形模型，方便实现摇摆墙12与基础的铰接设计。

摇摆墙12对应多个复合碟形弹簧连接装置的位置均固定设有两组第二耳板13，第一耳板1通过销轴与第二耳板13铰接连接，通过摇摆墙12厚度方向焊接的第二耳板13与第一耳板1通过高强销轴连接，实现摇摆墙12既可以实现在墙体平面内的左右摆动，又可以限制墙体绕摇摆墙12高度方向的转动，并且由于摇摆墙12绕铰支座发生左右摆动的过程中，会产生相对主体框架结构15的竖向位移，因此第二耳板13与第一耳板1的销轴连接可以实现放松楼层连接装置在墙体高度方向的平动自由度和绕墙体厚度方向的转动自由度，保证碟形弹簧4自复位耗能连接装置在摆动过程中不引起结构或自身的破坏。

工作过程如下：

S1、复合碟形弹簧连接装置与摇摆墙12的连接除了具有自复位耗能的效果外还具有小震下传递水平力、大震下兼具耗能作用，即当荷载较小时，碟形弹簧4自复位耗能连接装置不会与摇摆墙12之间产生相对位移，也即第二耳板13与第一耳板1之间不发生相对转动，此时的复合碟形弹簧连接装置与摇摆墙12的连接近似等效为传统的刚性节点，可以传递主体框架结构15的轴向水平力；

S2、随着荷载的增加，复合碟形弹簧连接装置与摇摆墙12之间存在相对位移，即第二耳板13与第一耳板1发生转动时，第一耳板1通过第二外挡板8带动复合碟形弹簧连接装置绕销轴转动，在转动过程中碟簧压力也会随之增大，并通过碟簧提供弹性恢复力，从而实现自复位节点的复位；

S3、正弯矩作用时，碟形弹簧4与橡胶垫7之间会出现挤压变形吸收部分地震能量，并通过摩擦板与摩擦片之间的相互摩擦也可以耗散地震能量，因此可以实现消能减震的效果；

S4、在卸载阶段，随着外荷载的减小，由复合碟形弹簧连接装置所产生的弹簧力矩将克服腹板摩擦装置所产生的摩擦力矩，此时第二耳板13与第一耳板1之间发生反向转动，使复合碟形弹簧连接装置与摇摆墙12的连接恢复到初始状态，从而实现复位的效果；

S5、若连接结构出现损伤时，通过调整第二耳板13与第一耳板1之间的销轴，可以解除复合碟形弹簧连接装置与摇摆墙12之间的连接，通过调整高强螺栓2可以解除复合碟形弹簧连接装置与主体框架结构15的连接，调整止推底板9与六角锁紧螺母10将复合碟形弹簧连接装置从钢筋混凝土框架摇摆墙结构中拆除，随后将复合碟形弹簧连接装置中出现损伤的碟形弹簧4、垫片5以及橡胶垫7拆除更换，整个可更换的过程方便快捷，不仅可以代替成本较高的阻尼器，而且具有与预应力筋相同的自复位效果，尤其在进行小型建筑物施工时，大大降低了生产成本，既可以实现耗散地震能量的作用，又可以实现在地震过后结构的复位，是一种经济实用，构造简单，适合工程运用的连接装置。而且此装置的可更换性能，不仅有利于降低震后修复成本和修复时间，而且提高了建筑物的抗震防灾韧性。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (6)

1.一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置，其特征在于：包括用于在框架摇摆墙结构中的多个复合碟形弹簧连接装置，所述复合碟形弹簧连接装置包括多个碟形弹簧(4)，多个所述碟形弹簧(4)之间设有垫片(5)；

所述复合碟形弹簧连接装置的左右两侧均安装有第二外挡板(8)，所述第二外挡板(8)的上下两侧均安装有第一外挡板(3)，所述复合碟形弹簧连接装置左侧的第二外挡板(8)固定设有第一耳板(1)，所述复合碟形弹簧连接装置右侧的第二外挡板(8)固定设有止推底板(9)，所述止推底板(9)上设有多个六角锁紧螺母(10)，所述第二外挡板(8)的中心处贯穿设有延性六角插口螺栓(11)，多个所述碟形弹簧(4)与延性六角插口螺栓(11)的中间设有滑套(6)，所述延性六角插口螺栓(11)贯穿所述复合碟形弹簧连接装置和所述止推底板(9)设置。

2.根据权利要求1所述的一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置，其特征在于：所述框架摇摆墙结构包括主体框架结构(15)和摇摆墙(12)，所述主体框架结构(15)为多层，所述主体框架结构(15)与基础固定连接，所述摇摆墙(12)与基础铰接连接，多个所述复合碟形弹簧连接装置均匀分布在多层所述主体框架结构(15)与所述摇摆墙(12)之间，且多个所述复合碟形弹簧连接装置对称设置在摇摆墙(12)的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置，其特征在于：所述摇摆墙(12)对应多个所述复合碟形弹簧连接装置的位置均固定设有两组第二耳板(13)，所述第一耳板(1)通过销轴与所述第二耳板(13)铰接连接。

4.根据权利要求2所述的一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置，其特征在于：多层所述主体框架结构(15)位于所述复合碟形弹簧连接装置的上下两侧均设有预埋加强板(14)。

5.根据权利要求1所述的一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置，其特征在于：所述第二外挡板(8)与所述第一外挡板(3)之间通过高强螺栓(2)配合连接。

6.根据权利要求1所述的一种可更换的具有自复位耗能作用的碟形弹簧连接装置，其特征在于：所述复合碟形弹簧连接装置位于两个所述第二外挡板(8)的内侧均设有橡胶垫(7)。