CN105507439A - 一种活塞式填充压簧自复位耗能支撑 - Google Patents

Abstract

一种活塞式填充压簧自复位耗能支撑，属于耗能支撑构件，活塞式摩擦自复位支撑主要由左右连杆、左右挡板、外套筒、活塞头、摩擦板、垫板、高强度螺栓、金属螺旋弹簧构成；活塞头上下表面均开设凹槽，凹槽内填放摩擦板，高强度螺栓依次穿透外套管、活塞头以及上下摩擦板，其中螺栓穿透外套管的位置开设条形槽；一组金属螺旋弹簧放置在左挡板与活塞头之间，另一组金属螺旋弹簧放置在右挡板与活塞头之间；左连杆与左挡板连接，右连杆与活塞头连接，右挡板中间开洞，以使右连杆能够伸出外套筒之外。活塞式摩擦自复位支撑主要通过摩擦部分和自复位部分来实现良好的耗能能力和自复位功能。本发明用于结构和桥梁工程建设领域中的抗侧力构件中。

Description

一种活塞式填充压簧自复位耗能支撑

技术领域

本发明属于耗能支撑构件，涉及土木工程的减灾防灾领域，尤其涉及一种新型的耗能支撑构件—活塞式填充压簧自复位耗能支撑，其具有良好的耗能能力和自复位功能。

背景技术

2009年1月在NEES/E-defense美国地震工程第二阶段合作研究计划会议上，美日学者首次提出将“可修复功能城市”作为地震工程合作的大方向。2011年我国学者明确了结构抗震设计的新概念-可恢复功能结构。可恢复功能抗震结构是指地震(设防或罕遇地震)后不需修复或在部分使用状态下稍许修复即可恢复其使用功能的结构，且结构体系易于建造和维护，全寿命成本效益高。目前，自复位结构主要包括三种形式：(1)后张预应力梁柱节点：允许梁柱节点在地震作用过程中张开和闭合，通过水平预应力使结构复位；(2)摇摆体系：允许结构竖向承重构件在基础连接处发生上翘摇摆，通过自重或竖向预应力使结构复位；(3)自复位支撑：支撑不仅承担耗能减震作用，同时提供自复位力使结构复位。前两种自复位结构体系都需要改变主体结构原有的节点连接方式或竖向承重体系，而自复位支撑则只需要替换结构原有支撑构件，而不必对主体结构体系做任何变动就可使结构具有自复位能力，因而相对其他自定心体系具有天然优势，无论对新建结构设计还是既有结构加固都具有重要的意义，近年来日益受到重视。

为了解决支撑耗能和自复位的问题，国内外学者对其展开了大量研究。目前，国内外学者已研制的自复位支撑根据支撑自复位恢复力产生的原理主要分为两类：耗能部分与自复位系统并联连接；耗能部分与自复位系统串联连接安装，支撑部分和自复位部分通过串联连接增加结构的刚度和耗能。其中根据支撑耗能原理主要分为黏性流体耗能、摩擦耗能和金属变形耗能；根据提供恢复力材料主要分为形状记忆合金丝(绞线)、钢绞线和弹簧。上述各种自复位支撑基本都能够在耗能的同时实现自复位能力，但也有一些不足之处，例如耗能部分与自复位系统并联的自复位支撑与传统的支撑相比大多构造较复杂，对加工工艺要求很高，而且较难找到合适的材料自恢复预应力材料，形状记忆合金的工作需求条件比较严格，且价格较贵，高强钢绞线的自恢复能力较差，弹簧提供的自复位恢复力能力有限；耗能部分与自复位系统串联的自复位支撑构造简单，但是伸出外围约束单元的形状记忆合金棒材不能过长，否则形状记忆合金棒材可能受压屈曲，但是形状记忆合金棒材也不能太短，否则形状记忆合金变形超过可恢复应变后会进入应力强化阶段，形状记忆合金仅具有承拉能力，不具有承压能力。因此，接下来的研究主要聚焦在构造简单，工作机理明确的自复位耗能支撑的研发。

发明内容

发明的目的是为了解决传统支撑在大震或中震作用下出现过量的残余变形而加大震后维护和重建成本的问题，以及目前大量自复位耗能支撑的构造复杂和制作加工繁琐，而提出的构造简单，加工制作方便的一种活塞式填充压簧自复位耗能支撑。

本发明为解决上述技术问题采取的方案是：活塞式填充压簧自复位支撑主要通过摩擦部分和自复位部分来实现良好的耗能能力和自复位功能。

所述的摩擦部分：所述的摩擦部分主要由左连杆、左挡板、外套筒、活塞头、右连杆、右挡板、摩擦板、垫板、螺栓构成。外套筒为正方形的，外套筒中间某部分上下表面分别开有一个条形通槽，上下两块垫板分别覆盖在上下两个条形通槽上，左右挡板分别连接在外套筒的两端面上，右挡板中间开洞；

活塞头位于表面开有条形通槽部分的外套筒内，活塞头的上下表面也各开一个凹形槽，上下两块摩擦板分别嵌于活塞头上下表面的凹形槽中；螺栓依次贯穿上垫板、外套筒的上表面条形通槽、上摩擦板、活塞头，下摩擦板、外套筒下表面条形通槽、下垫板，并将上垫板、外套筒、上摩擦板、活塞头，下摩擦板、下垫板连接在一起；左连杆连接在左挡板上，右连杆连接在活塞头右端，右连杆穿过右挡板中间的开洞伸出外套管之外；当支撑构件受拉或受压时，外套筒和活塞头相对滑动，此时摩擦部分开始起耗能作用。

沿轴向并排设计两平行的螺栓。螺栓为高强度螺栓。

所述的自复位部分：所述的自复位部分由两组金属螺旋弹簧构成，一组放置于左挡板和活塞头之间，另一组放置于右挡板和活塞头之间，将两金属螺旋弹簧分别施加预压力并填充在外套筒内，这样当左右连杆有相对位移时，无论活塞式摩擦支撑受拉还是受压总有一组金属螺旋弹簧处于受压状态以保证自复位能力的实现。

本发明的工作机理是：当活塞式摩擦支撑所受的轴向力大于摩擦部分所提供的静摩擦力时，左连杆和右连杆开始有相对位移，外套筒和活塞头相对滑动，此时摩擦部分开始耗能起作用。当装置开始卸载时，受压金属弹簧先恢复其变形，为整个支撑构件提供自恢复力。由于金属弹簧预压力的存在，并且左右各布置了一组，无论活塞式摩擦支撑处于受拉还是受压状态，总有一组金属弹簧处于受压状态以提供一定的恢复力，保证自复位功能的实现。

本发明的优点在于：

本发明的活塞式摩擦自复位支撑，在地震作用下减震效果明显，且具有良好的自复位功能，主要体现在以下几点：

1、该支撑有效地解决了传统支撑在大震或中震作用下出现过量的残余变形而加大震后维护和重建成本传统的问题；

2、无论活塞式摩擦支撑处于受拉还是受压状态，总有一组金属弹簧处于受压状态，这样金属弹簧便可提供一定的恢复力，确保了支撑的自复位功能；

3、该支撑利用活塞原理，其构造简单，制作加工方便，工作机理和受力性能简单明确。

附图说明

图1为图2活塞式摩擦自复位支撑的E-E纵截面图；

图2为活塞式摩擦自复位支撑的正俯视图；

图3为图1活塞式摩擦自复位支撑的A-A横截面图；

图4为图1活塞式摩擦自复位支撑的B-B横截面图；

图5为图1活塞式摩擦自复位支撑的C-C横截面图；

图6为图1活塞式摩擦自复位支撑的D-D横截面图；

附图标号：1外套筒，2金属螺旋弹簧，3活塞头，4摩擦板，5垫板，6左挡板,7右挡板，8左连杆，9右连杆，10高强度螺栓。

具体实施方式

具体实施方式：结合附图说明活塞式摩擦自复位支撑的结构及实施。

摩擦部分由左连杆、外套筒、活塞头、右连杆、摩擦板、垫板、高强度螺栓构成。外套筒的上下表面中间各开一个条形槽，两块垫板分别覆盖在外套筒上下表面的槽上，左挡板焊接在外套管的左端，右挡板焊接在外套管的右端，右挡板中间开洞。活塞头的上下表面也各开一个凹形槽，两块摩擦板分别固定活塞头上下表面的槽中，一组高强度螺栓依次穿透上垫板、上外套筒、上摩擦板、活塞头，下摩擦板、下外套筒、下垫板将其连接在一起。左连杆焊接在外套筒上，右连杆焊接在活塞头右端上，穿过右挡板中间的开洞伸出外套筒之外，当支撑构件受拉或受压时，外套筒和活塞头相对滑动，摩擦部分起耗能作用。

两组预压过的金属螺旋弹簧，一组放置于左挡板和活塞头之间，另一组放置于右挡板和活塞头之间，金属螺旋弹簧仅具有受压承载能力，因此将金属螺旋弹簧施加预压力并填充在套管间，这样当左右连杆有相对位移时，总有一组金属螺旋弹簧处于受压状态以保证自复位能力的实现。

Claims (4)

1.一种活塞式填充压簧自复位支撑，其特征在于，主要包括摩擦部分和自复位部分；

所述的摩擦部分主要由左连杆、左挡板、外套筒、活塞头、右连杆、右挡板、摩擦板、垫板、高强度螺栓构成。外套筒为正方形的，外套筒中间某部分上下表面分别开有一个条形通槽，上下两块垫板分别覆盖在上下两个条形通槽上，左右挡板分别连接在外套筒的两端面上，右挡板中间开洞；

活塞头位于表面开有条形通槽部分的外套筒内，活塞头的上下表面也各开一个凹形槽，上下两块摩擦板分别嵌于活塞头上下表面的凹形槽中；螺栓依次贯穿上垫板、外套筒的上表面条形通槽、上摩擦板、活塞头，下摩擦板、外套筒下表面条形通槽、下垫板，并将上垫板、外套筒、上摩擦板、活塞头，下摩擦板、下垫板连接在一起；左连杆连接在左挡板上，右连杆连接在活塞头右端，右连杆穿过右挡板中间的开洞伸出外套管之外；当支撑构件受拉或受压时，外套筒和活塞头相对滑动，此时摩擦部分开始起耗能作用；

所述的自复位部分由两组金属螺旋弹簧构成，一组放置于左挡板和活塞头之间，另一组放置于右挡板和活塞头之间，将两金属螺旋弹簧分别施加预压力并填充在外套筒内。

2.按照权利要求1的一种活塞式填充压簧自复位支撑，其特征在于，沿轴向并排设计两平行的螺栓。

3.按照权利要求1的一种活塞式填充压簧自复位支撑，其特征在于螺栓为高强度螺栓。

4.权利要求1的一种活塞式填充压簧自复位支撑的工作方法，其特征在于，当活塞式摩擦支撑所受的轴向力大于摩擦部分所提供的静摩擦力时，左连杆和右连杆开始有相对位移，外套筒和活塞头相对滑动，此时摩擦部分开始耗能起作用。当装置开始卸载时，受压金属弹簧先恢复其变形，为整个支撑构件提供自恢复力。由于金属弹簧预压力的存在，并且左右各布置了一组，无论活塞式摩擦支撑处于受拉还是受压状态，总有一组金属弹簧处于受压状态以提供一定的恢复力，保证自复位功能的实现。