一种装配内叠式自复位耗能支撑的制作方法

本发明涉及自复位耗能支撑技术领域，具体涉及一种装配内叠式自复位耗能支撑。

背景技术：

我国是一个地震多发国家，地震的发生造成建筑物的损坏甚至倒塌，带来大量的人员伤亡与经济损失。我国现行抗震设计规范采用延性设计思想，通过结构构件的弹塑性变形消耗地震能量，在提高结构抗震能力的同时降低建造费用。但在震后，构件的残余变形会影响结构的正常使用，同时带来高额的修复费用，甚至只能将结构推倒重建。为解决该问题，研究人员提出在结构上附加耗能支撑体系，地震发生时支撑发挥耗能作用，耗散地震能量，保护主要构件，并减小结构相对层间位移角。附加耗能支撑的结构抗震能力得到提高，但残余变形角仍旧是一个问题，因此研究人员在耗能支撑的基础上提出自复位耗能支撑，这种支撑在耗能的同时可以减少甚至消除结构的残余变形，降低结构修复所需时间及费用。

支撑按照工作方式及结构特点可分为：普通支撑、防屈曲支撑及自复位耗能支撑。普通支撑利用低屈服点钢的屈服来耗能，防屈曲支撑相对普通支撑性能更优，消除了普通支撑拉压性能不对称的问题，自复位支撑将耗能系统与自复位系统相结合，具有优良的耗能能力与自复位能力，自复位系统主要由预应力钢筋或具有复位能力的新型智能材料组成。

从工作性能上来看，以上几种支撑有如下特点：普通支撑长细比较大，受压时容易屈曲，导致其拉压往复性能差，滞回曲线不对称、不饱满，在受压屈曲后耗能能力大幅下降，难以有效消耗地震传入能量，同时，大震作用下，支撑受到往复荷载作用，构件本身及连接系统容易出现破坏，使得普通支撑工作可靠性很低；防屈曲支撑在普通支撑基础上增加约束机制，约束内管耗能段，保证支撑的拉压性能等向、滞回曲线饱满，有很强的耗能能力，但这种支撑体系最大的问题在于地震作用下发生屈服，震后存在较大残余变形，使得加固修复难度增大，甚至存在难以修复的状况，造成严重的经济损失；自复位支撑具有复位功能，在其正常工作阶段可以自发复位，这一特性可以减少甚至消除结构的残余变形，其复位系统通常采用形状记忆合金或预应力钢筋。形状记忆合金的弹性良好，具有自复位能力，可实现支撑的自复位，但是形状记忆合金性能受温度影响，使得该支撑在实际应用中的可行性大大降低；预应力钢筋的弹性变形小，限制该支撑系统的应用。

从结构构成上来看：普通支撑与防屈曲支撑结构形式简单，拼装部位通常采用焊接实现，会有残余变形与残余应力；采用形状记忆合金或预应力筋的自复位支撑结构通常设有内管与外管，内外管之间布置复位装置与摩擦装置，同时需要合理布置复位系统，因此自复位支撑构造复杂，连接部位主要通过焊接实现，容易造成残余变形与残余应力。

因此，需要提供一种装配内叠式自复位耗能支撑，采用预压弹簧作为一种复位材料，同时结合摩擦板耗能，复位系统与耗能系统的协同工作使得该体系的滞回曲线饱满，残余变形为零，具有优良的复位性能与耗能性能，另一方面为解决其他自复位支撑构造复杂且需要焊接的问题，提出装配内叠式自复位耗能支撑。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种装配内叠式自复位耗能支撑，解决现有普通支撑的拉压不对称、滞回曲线不饱满，防屈曲支撑地震作用下有残余变形，形状记忆合金性能受温度影响的缺点，提出装配内叠式自复位耗能支撑，构件种类少，结构形式简单，加工方便，易于批量化生产，流水线加工。同时可以通过调节弹簧规格来改变系统刚度，通过改变耗能系统参数可以改变系统的耗能性，具有很好的可调节性，可广泛应用。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种装配内叠式自复位耗能支撑，包括外管、一字型杆和导向杆，所述导向杆的中部设有中空凹槽，所述导向杆的外表面从左到右依次设有导向杆第一挡块、导向杆第二挡块、导向杆第三挡块、导向杆第四挡块和导向杆第五挡块，相邻的挡块之间设有螺栓孔，所述一字型杆的前侧边和后侧边均从左到右依次设有一字型杆第一挡块、一字型杆第二挡块、一字型杆第三挡块、一字型杆第四挡块和一字型杆第五挡块，所述一字型杆的中部设有螺栓通槽，所述一字型杆插入导向杆的中空凹槽中，所述一字型杆的螺栓通槽与导向杆的螺栓孔通过第一高强螺栓、第二高强螺栓、第三高强螺栓和第四高强螺栓固定连接，所述一字型杆的上表面与导向杆之间设有上摩擦板，所述一字型杆的下表面与导向杆之间设有下摩擦板。

所述导向杆上相邻的挡块之间从左到右依次套设有第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧和第四弹簧，所述第一弹簧的两端设有第一弹簧左侧挡板和第一弹簧右侧挡板，所述第二弹簧的两端设有第二弹簧左侧挡板和第二弹簧右侧挡板，所述第三弹簧的两端设有第三弹簧左侧挡板和第三弹簧右侧挡板，所述第四弹簧的两端设有第四弹簧左侧挡板和第四弹簧右侧挡板，所述第一弹簧左侧挡板和第一弹簧右侧挡板的外侧分别设有第一弹簧左侧附加挡板和第一号弹簧右侧附加挡板，所述第二弹簧左侧挡板和第二弹簧右侧挡板的外侧分别设有第二弹簧左侧附加挡板和第二弹簧右侧附加挡板，所述第三弹簧左侧挡板和第三弹簧右侧挡板的外侧分别设有第三弹簧左侧附加挡板和第三弹簧右侧附加挡板，所述第四弹簧左侧挡板和第四弹簧右侧挡板的外侧分别设有第四弹簧左侧附加挡板和第四弹簧右侧附加挡板。

所述外管套设在导向杆外，所述外管的两端固定设有外管右侧端板和外管左侧端板，所述一字型杆的左端穿出外管左侧端板，所述导向杆的右端穿出外管右侧端板。

优选地，所述第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧和第四弹簧的外径均小于外管的内径。所述第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧和第四弹簧的内径大于导向杆与一字型杆的外尺寸。第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧和第四弹簧可以在导向杆上相对滑动。

优选地，所述第一弹簧左侧挡板、第一弹簧右侧挡板、第二弹簧左侧挡板、第二弹簧右侧挡板、第三弹簧左侧挡板、第三弹簧右侧挡板、第四弹簧左侧挡板和第四弹簧右侧挡板为中间开圆形孔的圆形挡板，且外径均小于外管的内径，中间圆形孔的直径大于导向杆与一字型杆的挡块的外尺寸，减少组装的难度，同时各弹簧挡板可以在导向杆上发生相对滑动。弹簧挡板用来连接弹簧，挤压弹簧并传递导向杆与一字型杆之间的力。

优选地，所述第一弹簧左侧附加挡板、第一号弹簧右侧附加挡板、第二弹簧左侧附加挡板、第二弹簧右侧附加挡板、第三弹簧左侧附加挡板、第三弹簧右侧附加挡板、第四弹簧左侧附加挡板和第四弹簧右侧附加挡板为中间开矩形孔的圆形挡板，且外径均小于外管的内径，中间矩形孔的尺寸大于导向杆与一字型杆的外尺寸，小于导向杆与一字型杆的挡块的外尺寸。弹簧附加挡板由两个形状相同的半圆形挡板通过高强度螺栓拼装而成，弹簧附加挡板保证弹簧挡板在受到一字型杆挡块与导向杆挡块推动的情况下可以自由滑动。

优选地，所述外管、外管右侧端板和外管左侧端板的材质为普通碳素结构Q235钢。所述第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧和第四弹簧的材质为60CrMnA。所述一字型杆、导向杆、第一弹簧左侧挡板、第一弹簧右侧挡板、第二弹簧左侧挡板、第二弹簧右侧挡板、第三弹簧左侧挡板、第三弹簧右侧挡板、第四弹簧左侧挡板、第四弹簧右侧挡板、第一弹簧左侧挡板、第一弹簧右侧挡板、第二弹簧左侧挡板、第二弹簧右侧挡板、第三弹簧左侧挡板、第三弹簧右侧挡板、第四弹簧左侧挡板和第四弹簧右侧挡板的材质为低合金高强度结构Q345钢。所述第一高强螺栓、第二高强螺栓、第三高强螺栓和第四高强螺栓的材质为20MnTiB，强度为10.9级。

本发明的有益效果如下：

本发明的一种装配内叠式自复位耗能支撑由于采用了以上技术方案，主要构件是通过铣制得到，主要受力与传力部分为一个整体，主要受力部位没有焊接，避免因焊接导致的钢材金相组织和机械性能发生变化及焊接残余应力，使得构件受力性能更加稳定。装配内叠式自复位耗能支撑整体为装配式，主要复位装置与摩擦装置明确，结构整体构造简单，所用到的构件种类少，使得支撑的加工与安装方便。

与常规支撑、防屈曲支撑、采用形状记忆合金的自恢复耗能支撑、采用预应力钢筋的自恢复耗能支撑相比有以下优点：

(1)与常规支撑相比，本发明的装配内叠式自复位耗能支撑所采用的耗能系统为摩擦耗能系统，通过摩擦板的摩擦来耗散地震能量，同时该支撑在地震作用下拉压性能等向，即滞回曲线对称性良好，形状饱满，耗能性能优良，采用该支撑的结构在震后残余变形较小或不存在残余变形，同时该支撑结构构造简单，安装简易可行，震后维护、更换容易，缩短了震后影响结构正常使用的时间。

(2)与防屈曲支撑相比，本发明的装配内叠式自复位耗能支撑可以有效消除结构的残余变形，减少震后结构修复费用。

(3)与采用形状记忆合金的自复位耗能支撑相比，在正常工作状态下，装配内叠式自复位耗能支撑的性能受温度影响小，具有很好的适用性。

(4)与采用预应力钢筋的自复位耗能支撑相比，装配内叠式自复位耗能支撑的行程更大即变形能力更强，可以满足一般结构的变形要求。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的一种装配内叠式自复位耗能支撑的结构示意图。

图2示出本发明的一种装配内叠式自复位耗能支撑的外管、外管左侧端板和外管右侧端板的结构示意图。

图3示出本发明的一种装配内叠式自复位耗能支撑的导向杆主视结构示意图。

图4示出本发明的一种装配内叠式自复位耗能支撑的导向杆俯视结构示意图。

图5示出本发明的一种装配内叠式自复位耗能支撑的一字型杆主视结构示意图。

图6示出本发明的一种装配内叠式自复位耗能支撑的一字型杆俯视结构示意图。

图7示出本发明图1中的A-A方向剖面示意图。

图8示出本发明图1中的B-B方向剖面示意图。

图9示出本发明图1中的C-C方向剖面示意图。

图中各标记如下：1一字型杆，2导向杆，3外管，4外管右侧端板，5外管左侧端板，6第一弹簧左侧挡板，7第一弹簧右侧挡板，8第二弹簧左侧挡板，9第二弹簧右侧挡板，10第三弹簧左侧挡板，11第三弹簧右侧挡板，12第四弹簧左侧挡板，13第四弹簧右侧挡板，14第一弹簧左侧附加挡板，15第一号弹簧右侧附加挡板，16第二弹簧左侧附加挡板，17第二弹簧右侧附加挡板，18第三弹簧左侧附加挡板，19第三弹簧右侧附加挡板，20第四弹簧左侧附加挡板，21第四弹簧右侧附加挡板，22第一高强螺栓，23第二高强螺栓，24第三高强螺栓，25第四高强螺栓，26上摩擦板，27下摩擦板，28导向杆第一挡块，29导向杆第二挡块，30导向杆第三挡块，31导向杆第四挡块，32导向杆第五挡块，33一字型杆第一挡块，34一字型杆第二挡块，35一字型杆第三挡块，36一字型杆第四挡块，37一字型杆第五挡块，38第一弹簧，39第二弹簧，40第三弹簧，41第四弹簧。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1-图9所示，一种装配内叠式自复位耗能支撑，包括外管3、一字型杆1和导向杆2，所述导向杆2的中部设有中空凹槽，所述导向杆2的外表面从左到右依次设有导向杆第一挡块28、导向杆第二挡块29、导向杆第三挡块30、导向杆第四挡块31和导向杆第五挡块32，相邻的挡块之间设有螺栓孔，所述一字型杆1的前侧边和后侧边均从左到右依次设有一字型杆第一挡块33、一字型杆第二挡块34、一字型杆第三挡块35、一字型杆第四挡块36和一字型杆第五挡块37，所述一字型杆1的中部设有螺栓通槽，所述一字型杆1插入导向杆2的中空凹槽中，所述一字型杆1的螺栓通槽与导向杆2的螺栓孔通过第一高强螺栓22、第二高强螺栓23、第三高强螺栓24和第四高强螺栓25固定连接，所述一字型杆1的上表面与导向杆2之间设有上摩擦板26，所述一字型杆1的下表面与导向杆2之间设有下摩擦板27。

所述导向杆2上相邻的挡块之间从左到右依次套设有第一弹簧38、第二弹簧39、第三弹簧40和第四弹簧41，所述第一弹簧38的两端设有第一弹簧左侧挡板6和第一弹簧右侧挡板7，所述第二弹簧39的两端设有第二弹簧左侧挡板8和第二弹簧右侧挡板9，所述第三弹簧40的两端设有第三弹簧左侧挡板10和第三弹簧右侧挡板11，所述第四弹簧41的两端设有第四弹簧左侧挡板12和第四弹簧右侧挡板13，所述第一弹簧左侧挡板6和第一弹簧右侧挡板7的外侧分别设有第一弹簧左侧附加挡板14和第一号弹簧右侧附加挡板15，所述第二弹簧左侧挡板8和第二弹簧右侧挡板9的外侧分别设有第二弹簧左侧附加挡板16和第二弹簧右侧附加挡板17，所述第三弹簧左侧挡板10和第三弹簧右侧挡板11的外侧分别设有第三弹簧左侧附加挡板18和第三弹簧右侧附加挡板19，所述第四弹簧左侧挡板12和第四弹簧右侧挡板13的外侧分别设有第四弹簧左侧附加挡板20和第四弹簧右侧附加挡板21。

所述外管3套设在导向杆2外，所述外管3的两端固定设有外管右侧端板4和外管左侧端板5，所述一字型杆1的左端穿出外管左侧端板5，所述导向杆2的右端穿出外管右侧端板4。

所述第一弹簧38、第二弹簧39、第三弹簧40和第四弹簧41的外径均小于外管3的内径。所述第一弹簧38、第二弹簧39、第三弹簧40和第四弹簧41的内径大于导向杆2与一字型杆1的外尺寸。

所述第一弹簧左侧挡板6、第一弹簧右侧挡板7、第二弹簧左侧挡板8、第二弹簧右侧挡板9、第三弹簧左侧挡板10、第三弹簧右侧挡板11、第四弹簧左侧挡板12和第四弹簧右侧挡板13为中间开圆形孔的圆形挡板，且外径均小于外管3的内径，中间圆形孔的直径大于导向杆2与一字型杆1的挡块的外尺寸。

所述第一弹簧左侧附加挡板14、第一号弹簧右侧附加挡板15、第二弹簧左侧附加挡板16、第二弹簧右侧附加挡板17、第三弹簧左侧附加挡板18、第三弹簧右侧附加挡板19、第四弹簧左侧附加挡板20和第四弹簧右侧附加挡板21为中间开矩形孔的圆形挡板，且外径均小于外管3的内径，中间矩形孔的尺寸大于导向杆2与一字型杆1的外尺寸，小于导向杆2与一字型杆1的挡块的外尺寸。

所述外管3、外管右侧端板4和外管左侧端板5的材质为普通碳素结构Q235钢。所述第一弹簧38、第二弹簧39、第三弹簧40和第四弹簧41的材质为60CrMnA。所述一字型杆1、导向杆2、第一弹簧左侧挡板6、第一弹簧右侧挡板7、第二弹簧左侧挡板8、第二弹簧右侧挡板9、第三弹簧左侧挡板10、第三弹簧右侧挡板11、第四弹簧左侧挡板12、第四弹簧右侧挡板13、第一弹簧左侧挡板6、第一弹簧右侧挡板7、第二弹簧左侧挡板8、第二弹簧右侧挡板9、第三弹簧左侧挡板10、第三弹簧右侧挡板11、第四弹簧左侧挡板12和第四弹簧右侧挡板13的材质为低合金高强度结构Q345钢。所述第一高强螺栓22、第二高强螺栓23、第三高强螺栓24和第四高强螺栓25的材质为20MnTiB，强度为10.9级。

本发明一种装配内叠式自复位耗能支撑的具体实现过程如下：应用时，按照受力要求给弹簧施加初始的预压力，按照变形要求设置弹簧行程，将装配内叠式自复位耗能支撑作为斜支撑铰接在建筑结构上下层之间，导向杆2最左侧连接端与建筑结构上(下)层连接，一字型杆1最右侧连接端与建筑结构下(上)层连接。在正常使用的状态下，通过弹簧的预压力及摩擦力为结构提供抗侧力。当结构受到地震作用时，装配内叠式自复位耗能支撑受力发生变形，一字型杆1及导向杆2发生相对运动，一字型杆1与导向杆2之间的上摩擦板26和下摩擦板27开始耗散地震输入的能量，当地震作用结束，结构卸载，弹簧为主体的复位体系将提供恢复力使结构恢复到变形前的状态。

当支撑受到拉力开始工作时，可假定一字型杆1相对固定，则导向杆2相对一字型杆1向右运动，带动导向杆第一挡块28推动第一弹簧左侧附加挡板14、导向杆第二挡块29推动第二弹簧左侧附加挡板16、导向杆第三挡块30推动第三弹簧左侧附加挡板18、导向杆第四挡块31推动第四弹簧左侧附加挡板20，第一弹簧左侧附加挡板14向右运动推动第一弹簧左侧挡板6、第二弹簧左侧附加挡板16向右运动推动第二弹簧左侧挡板8、第三弹簧左侧附加挡板18向右运动推动第三弹簧左侧挡板10、第四弹簧左侧附加挡板20向右运动推动第四弹簧左侧挡板12，第一弹簧左侧挡板6向右运动从而挤压第一弹簧38、第二弹簧左侧挡板8向右运动从而挤压第二弹簧39、第三弹簧左侧挡板10向右运动从而挤压第三弹簧40、第四弹簧左侧挡板12向右运动从而挤压第四弹簧41，同时第一弹簧38受到第一弹簧右侧挡板7与第一号弹簧右侧附加挡板15的限制、第二弹簧39受到第二弹簧右侧挡板9与第二弹簧右侧附加挡板17的限制、第三弹簧40受到第三弹簧右侧挡板11与第三弹簧右侧附加挡板19的限制、第四弹簧41受到第四弹簧右侧挡板13与第四弹簧右侧附加挡板21的限制，第一号弹簧右侧附加挡板15与第一弹簧右侧挡板7受到一字型杆第二挡块34的限位作用、第二弹簧右侧附加挡板17与第二弹簧右侧挡板9受到一字型杆第三挡块35的限位作用、第三弹簧右侧附加挡板19与第三弹簧右侧挡板11受到一字型杆第四挡块36的限位作用、第四弹簧右侧附加挡板21与第四弹簧右侧挡板13受到一字型杆第五挡块37的限位作用，相对一字型杆1不发生移动，从而保证第一弹簧38、第二弹簧39、第三弹簧40和第四弹簧41受到压缩；当卸载时，第一弹簧38推动第一弹簧左侧附加挡板14与第一弹簧左侧挡板6向左运动、第二弹簧39推动第二弹簧左侧附加挡板16与第二弹簧左侧挡板8向左运动、第三弹簧40推动第三弹簧左侧附加挡板18与第三弹簧左侧挡板10向左运动、第四弹簧41推动第四弹簧左侧附加挡板20与第四弹簧左侧挡板12向左运动，弹簧挡板向左运动推动导向杆2向左运动，从而整体结构在完全卸载之后能够恢复到变形前的状态。附加装配内叠式自复位耗能支撑的结构在变形时能够通过摩擦耗能来消耗地震输入能量，同时复位装置提供复位性能，支撑在震后可以恢复初始位置，减少结构残余变形。

当支撑受到压力开始工作时，可假定一字型杆1相对固定，则导向杆2相对一字型杆1向左运动，带动导向杆第二挡块29推动第一号弹簧右侧附加挡板15、导向杆第三挡块30推动第二弹簧右侧附加挡板17、导向杆第四挡块31推动第三弹簧右侧附加挡板19、导向杆第五挡块32推动第四弹簧右侧附加挡板21，第一号弹簧右侧附加挡板15向左运动推动第一弹簧右侧挡板7、第二弹簧右侧附加挡板17向左运动推动第二弹簧右侧挡板9、第三弹簧右侧附加挡板19向左运动推动第三弹簧右侧挡板11、第四弹簧右侧附加挡板21向左运动推动第四弹簧右侧挡板13，第一弹簧右侧挡板7向左运动从而挤压第一弹簧38、第二弹簧右侧挡板9向左运动从而挤压第二弹簧39、第三弹簧右侧挡板11向左运动从而挤压第三弹簧40、第四弹簧右侧挡板13向左运动从而挤压第四弹簧41，同时第一弹簧38受到第一弹簧左侧挡板6与第一弹簧左侧附加挡板14的限制、第二弹簧39受到第二弹簧左侧挡板8与第二弹簧左侧附加挡板16的限制、第三弹簧40受第三弹簧左侧挡板10与第三弹簧左侧附加挡板18的限制、第四弹簧41受到第四弹簧左侧挡板12与第四弹簧左侧附加挡板20的限制，第一弹簧左侧附加挡板14与第一弹簧左侧挡板6受到一字型杆一字型杆第一挡块33的限位作用、第二弹簧左侧附加挡板16与第二弹簧左侧挡板8受到一字型杆第二挡块34的限位作用、第三弹簧左侧附加挡板18与第三弹簧左侧挡板10受到一字型杆第三挡块35的限位作用、第四弹簧左侧附加挡板20与第四弹簧左侧挡板12受到一字型杆第四挡块36的限位作用，相对一字型杆1不发生移动，从而保证第一弹簧38、第二弹簧39、第三弹簧40和第四弹簧41受到压缩；当卸载时，第一弹簧38推动第一弹簧右侧挡板7与第一号弹簧右侧附加挡板15向右运动、第二弹簧39推动第二弹簧右侧挡板9与第二弹簧右侧附加挡板17向右运动、第三弹簧40推动第三弹簧右侧挡板11与第三弹簧右侧附加挡板19向右运动、第四弹簧41推动第四弹簧右侧挡板13与第四弹簧右侧附加挡板21向右运动，弹簧挡板向右侧运动推动导向杆2向右运动，从而整体结构在完全卸载之后能够恢复到变形前的状态。结构在变形时能够通过摩擦耗能来消耗地震输入能量，同时复位装置提供复位性能，支撑在震后恢复初始位置，减少结构残余变形。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。