一種活塞式填充壓簧自復(fù)位耗能支撐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耗能支撐構(gòu)件,涉及土木工程的減災(zāi)防災(zāi)領(lǐng)域,尤其涉及一種新型的耗能支撐構(gòu)件一活塞式填充壓簧自復(fù)位耗能支撐,其具有良好的耗能能力和自復(fù)位功能。
【背景技術(shù)】
[0002]2009年I月在NEES/E-defense美國地震工程第二階段合作研究計劃會議上,美日學者首次提出將“可修復(fù)功能城市”作為地震工程合作的大方向。2011年我國學者明確了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的新概念-可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)??苫謴?fù)功能抗震結(jié)構(gòu)是指地震(設(shè)防或罕遇地震)后不需修復(fù)或在部分使用狀態(tài)下稍許修復(fù)即可恢復(fù)其使用功能的結(jié)構(gòu),且結(jié)構(gòu)體系易于建造和維護,全壽命成本效益高。目前,自復(fù)位結(jié)構(gòu)主要包括三種形式:(I)后張預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點:允許梁柱節(jié)點在地震作用過程中張開和閉合,通過水平預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)復(fù)位;(2)搖擺體系:允許結(jié)構(gòu)豎向承重構(gòu)件在基礎(chǔ)連接處發(fā)生上翹搖擺,通過自重或豎向預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)復(fù)位;(3)自復(fù)位支撐:支撐不僅承擔耗能減震作用,同時提供自復(fù)位力使結(jié)構(gòu)復(fù)位。前兩種自復(fù)位結(jié)構(gòu)體系都需要改變主體結(jié)構(gòu)原有的節(jié)點連接方式或豎向承重體系,而自復(fù)位支撐則只需要替換結(jié)構(gòu)原有支撐構(gòu)件,而不必對主體結(jié)構(gòu)體系做任何變動就可使結(jié)構(gòu)具有自復(fù)位能力,因而相對其他自定心體系具有天然優(yōu)勢,無論對新建結(jié)構(gòu)設(shè)計還是既有結(jié)構(gòu)加固都具有重要的意義,近年來日益受到重視。
[0003]為了解決支撐耗能和自復(fù)位的問題,國內(nèi)外學者對其展開了大量研究。目前,國內(nèi)外學者已研制的自復(fù)位支撐根據(jù)支撐自復(fù)位恢復(fù)力產(chǎn)生的原理主要分為兩類:耗能部分與自復(fù)位系統(tǒng)并聯(lián)連接;耗能部分與自復(fù)位系統(tǒng)串聯(lián)連接安裝,支撐部分和自復(fù)位部分通過串聯(lián)連接增加結(jié)構(gòu)的剛度和耗能。其中根據(jù)支撐耗能原理主要分為黏性流體耗能、摩擦耗能和金屬變形耗能;根據(jù)提供恢復(fù)力材料主要分為形狀記憶合金絲(絞線)、鋼絞線和彈簧。上述各種自復(fù)位支撐基本都能夠在耗能的同時實現(xiàn)自復(fù)位能力,但也有一些不足之處,例如耗能部分與自復(fù)位系統(tǒng)并聯(lián)的自復(fù)位支撐與傳統(tǒng)的支撐相比大多構(gòu)造較復(fù)雜,對加工工藝要求很高,而且較難找到合適的材料自恢復(fù)預(yù)應(yīng)力材料,形狀記憶合金的工作需求條件比較嚴格,且價格較貴,高強鋼絞線的自恢復(fù)能力較差,彈簧提供的自復(fù)位恢復(fù)力能力有限;耗能部分與自復(fù)位系統(tǒng)串聯(lián)的自復(fù)位支撐構(gòu)造簡單,但是伸出外圍約束單元的形狀記憶合金棒材不能過長,否則形狀記憶合金棒材可能受壓屈曲,但是形狀記憶合金棒材也不能太短,否則形狀記憶合金變形超過可恢復(fù)應(yīng)變后會進入應(yīng)力強化階段,形狀記憶合金僅具有承拉能力,不具有承壓能力。因此,接下來的研究主要聚焦在構(gòu)造簡單,工作機理明確的自復(fù)位耗能支撐的研發(fā)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)支撐在大震或中震作用下出現(xiàn)過量的殘余變形而加大震后維護和重建成本的問題,以及目前大量自復(fù)位耗能支撐的構(gòu)造復(fù)雜和制作加工繁瑣,而提出的構(gòu)造簡單,加工制作方便的一種活塞式填充壓簧自復(fù)位耗能支撐。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的方案是:活塞式填充壓簧自復(fù)位支撐主要通過摩擦部分和自復(fù)位部分來實現(xiàn)良好的耗能能力和自復(fù)位功能。
[0006]所述的摩擦部分:所述的摩擦部分主要由左連桿、左擋板、外套筒、活塞頭、右連桿、右擋板、摩擦板、墊板、螺栓構(gòu)成。外套筒為正方形的,外套筒中間某部分上下表面分別開有一個條形通槽,上下兩塊墊板分別覆蓋在上下兩個條形通槽上,左右擋板分別連接在外套筒的兩端面上,右擋板中間開洞;
[0007]活塞頭位于表面開有條形通槽部分的外套筒內(nèi),活塞頭的上下表面也各開一個凹形槽,上下兩塊摩擦板分別嵌于活塞頭上下表面的凹形槽中;螺栓依次貫穿上墊板、外套筒的上表面條形通槽、上摩擦板、活塞頭,下摩擦板、外套筒下表面條形通槽、下墊板,并將上墊板、外套筒、上摩擦板、活塞頭,下摩擦板、下墊板連接在一起;左連桿連接在左擋板上,右連桿連接在活塞頭右端,右連桿穿過右擋板中間的開洞伸出外套管之外;當支撐構(gòu)件受拉或受壓時,外套筒和活塞頭相對滑動,此時摩擦部分開始起耗能作用。
[0008]沿軸向并排設(shè)計兩平行的螺栓。螺栓為高強度螺栓。
[0009]所述的自復(fù)位部分:所述的自復(fù)位部分由兩組金屬螺旋彈簧構(gòu)成,一組放置于左擋板和活塞頭之間,另一組放置于右擋板和活塞頭之間,將兩金屬螺旋彈簧分別施加預(yù)壓力并填充在外套筒內(nèi),這樣當左右連桿有相對位移時,無論活塞式摩擦支撐受拉還是受壓總有一組金屬螺旋彈簧處于受壓狀態(tài)以保證自復(fù)位能力的實現(xiàn)。
[0010]本發(fā)明的工作機理是:當活塞式摩擦支撐所受的軸向力大于摩擦部分所提供的靜摩擦力時,左連桿和右連桿開始有相對位移,外套筒和活塞頭相對滑動,此時摩擦部分開始耗能起作用。當裝置開始卸載時,受壓金屬彈簧先恢復(fù)其變形,為整個支撐構(gòu)件提供自恢復(fù)力。由于金屬彈簧預(yù)壓力的存在,并且左右各布置了一組,無論活塞式摩擦支撐處于受拉還是受壓狀態(tài),總有一組金屬彈簧處于受壓狀態(tài)以提供一定的恢復(fù)力,保證自復(fù)位功能的實現(xiàn)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0012]本發(fā)明的活塞式摩擦自復(fù)位支撐,在地震作用下減震效果明顯,且具有良好的自復(fù)位功能,主要體現(xiàn)在以下幾點:
[0013]1、該支撐有效地解決了傳統(tǒng)支撐在大震或中震作用下出現(xiàn)過量的殘余變形而加大震后維護和重建成本傳統(tǒng)的問題;
[0014]2、無論活塞式摩擦支撐處于受拉還是受壓狀態(tài),總有一組金屬彈簧處于受壓狀態(tài),這樣金屬彈簧便可提供一定的恢復(fù)力,確保了支撐的自復(fù)位功能;
[0015]3、該支撐利用活塞原理,其構(gòu)造簡單,制作加工方便,工作機理和受力性能簡單明確。
【附圖說明】
[0016]圖1為圖2活塞式摩擦自復(fù)位支撐的E-E縱截面圖;
[0017]圖2為活塞式摩擦自復(fù)位支撐的正俯視圖;
[0018]圖3為圖1活塞式摩擦自復(fù)位支撐的A-A橫截面圖;
[0019]圖4為圖1活塞式摩擦自復(fù)位支撐的B-B橫截面圖;
[0020]圖5為圖1活塞式摩擦自復(fù)位支撐的C-C橫截面圖;
[0021]圖6為圖1活塞式摩擦自復(fù)位支撐的D-D橫截面圖;
[0022]附圖標號:I外套筒,2金屬螺旋彈簧,3活塞頭,4摩擦板,5墊板,6左擋板,7右擋板,8左連桿,9右連桿,1高強度螺栓。
【具體實施方式】
[0023]【具體實施方式】:結(jié)合【附圖說明】活塞式摩擦自復(fù)位支撐的結(jié)構(gòu)及實施。
[0024]摩擦部分由左連桿、外套筒、活塞頭、右連桿、摩擦板、墊板、高強度螺栓構(gòu)成。外套筒的上下表面中間各開一個條形槽,兩塊墊板分別覆蓋在外套筒上下表面的槽上,左擋板焊接在外套管的左端,右擋板焊接在外套管的右端,右擋板中間開洞?;钊^的上下表面也各開一個凹形槽,兩塊摩擦板分別固定活塞頭上下表面的槽中,一組高強度螺栓依次穿透上墊板、上外套筒、上摩擦板、活塞頭,下摩擦板、下外套筒、下墊板將其連接在一起。左連桿焊接在外套筒上,右連桿焊接在活塞頭右端上,穿過右擋板中間的開洞伸出外套筒之外,當支撐構(gòu)件受拉或受壓時,外套筒和活塞頭相對滑動,摩擦部分起耗能作用。
[0025]兩組預(yù)壓過的金屬螺旋彈簧,一組放置于左擋板和活塞頭之間,另一組放置于右擋板和活塞頭之間,金屬螺旋彈簧僅具有受壓承載能力,因此將金屬螺旋彈簧施加預(yù)壓力并填充在套管間,這樣當左右連桿有相對位移時,總有一組金屬螺旋彈簧處于受壓狀態(tài)以保證自復(fù)位能力的實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.一種活塞式填充壓簧自復(fù)位支撐,其特征在于,主要包括摩擦部分和自復(fù)位部分; 所述的摩擦部分主要由左連桿、左擋板、外套筒、活塞頭、右連桿、右擋板、摩擦板、墊板、高強度螺栓構(gòu)成。外套筒為正方形的,外套筒中間某部分上下表面分別開有一個條形通槽,上下兩塊墊板分別覆蓋在上下兩個條形通槽上,左右擋板分別連接在外套筒的兩端面上,右擋板中間開洞; 活塞頭位于表面開有條形通槽部分的外套筒內(nèi),活塞頭的上下表面也各開一個凹形槽,上下兩塊摩擦板分別嵌于活塞頭上下表面的凹形槽中;螺栓依次貫穿上墊板、外套筒的上表面條形通槽、上摩擦板、活塞頭,下摩擦板、外套筒下表面條形通槽、下墊板,并將上墊板、外套筒、上摩擦板、活塞頭,下摩擦板、下墊板連接在一起;左連桿連接在左擋板上,右連桿連接在活塞頭右端,右連桿穿過右擋板中間的開洞伸出外套管之外;當支撐構(gòu)件受拉或受壓時,外套筒和活塞頭相對滑動,此時摩擦部分開始起耗能作用; 所述的自復(fù)位部分由兩組金屬螺旋彈簧構(gòu)成,一組放置于左擋板和活塞頭之間,另一組放置于右擋板和活塞頭之間,將兩金屬螺旋彈簧分別施加預(yù)壓力并填充在外套筒內(nèi)。2.按照權(quán)利要求1的一種活塞式填充壓簧自復(fù)位支撐,其特征在于,沿軸向并排設(shè)計兩平行的螺栓。3.按照權(quán)利要求1的一種活塞式填充壓簧自復(fù)位支撐,其特征在于螺栓為高強度螺栓。4.權(quán)利要求1的一種活塞式填充壓簧自復(fù)位支撐的工作方法,其特征在于,當活塞式摩擦支撐所受的軸向力大于摩擦部分所提供的靜摩擦力時,左連桿和右連桿開始有相對位移,外套筒和活塞頭相對滑動,此時摩擦部分開始耗能起作用。當裝置開始卸載時,受壓金屬彈簧先恢復(fù)其變形,為整個支撐構(gòu)件提供自恢復(fù)力。由于金屬彈簧預(yù)壓力的存在,并且左右各布置了 一組,無論活塞式摩擦支撐處于受拉還是受壓狀態(tài),總有一組金屬彈簧處于受壓狀態(tài)以提供一定的恢復(fù)力,保證自復(fù)位功能的實現(xiàn)。
【專利摘要】一種活塞式填充壓簧自復(fù)位耗能支撐,屬于耗能支撐構(gòu)件,活塞式摩擦自復(fù)位支撐主要由左右連桿、左右擋板、外套筒、活塞頭、摩擦板、墊板、高強度螺栓、金屬螺旋彈簧構(gòu)成;活塞頭上下表面均開設(shè)凹槽,凹槽內(nèi)填放摩擦板,高強度螺栓依次穿透外套管、活塞頭以及上下摩擦板,其中螺栓穿透外套管的位置開設(shè)條形槽;一組金屬螺旋彈簧放置在左擋板與活塞頭之間,另一組金屬螺旋彈簧放置在右擋板與活塞頭之間;左連桿與左擋板連接,右連桿與活塞頭連接,右擋板中間開洞,以使右連桿能夠伸出外套筒之外?;钊侥Σ磷詮?fù)位支撐主要通過摩擦部分和自復(fù)位部分來實現(xiàn)良好的耗能能力和自復(fù)位功能。本發(fā)明用于結(jié)構(gòu)和橋梁工程建設(shè)領(lǐng)域中的抗側(cè)力構(gòu)件中。
【IPC分類】E04B1/98
【公開號】CN105507439
【申請?zhí)枴緾N201510822723
【發(fā)明人】韓強, 王曉強, 董慧慧, 杜修力, 賈俊峰
【申請人】北京工業(yè)大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月24日