专利名称：多向扭转滞后减震器(mthd)的制作方法
技术领域：
本发明涉及抗震(防震)装置，更具体而言，涉及地震滞后减震器(seismic hysteretic damper)，其用于在严重地震中保护物体的结构。这类装置被安装在由于地震的震动而预期发生较大位移的位置，诸如在桥面板和支承点(墩盖梁)之间。
背景技术：
在现有技术中可获得的用于桥梁的多向滞后减震器包括由新月形元件组成的装置、由锥形销耗能元件组成的装置，以及由U形夹组成的装置。现有技术中也可获得其他的滞后减震器，但是它们并不具有多向运动，诸如蝶形耗能元件。减震器是耗能器。由于两个(安装)末端之间的相对运动，减震器耗散掉被传递进它们的动能。从力-位移而非能量的角度来说，减震器通过在它们的移动端施加一个总是与两端的相对位移相反的力来起作用。我们可以将该力称为减震器的“反作用力”，其可以用作减震器的耗能能力的度量。在滞后减震器中，这样的特性通过利用金属的滞后性能来实现。在由新月形耗能器组成的多向装置中，参见第MI96A1447号意大利专利，弯曲的可变截面梁被用作耗能器。这些耗能元件的形状被设置为允许沿元件的长度均勻地屈服， 并被布置为产生对称装置，在该对称装置中，所有这些“单独”的耗能器作为一个单元一起工作，以产生更大的反作用力。锥形销元件是具有可沿长度变化的圆形截面的直梁，使得弯曲导致沿高度的均勻屈服，避免了应变集中。由于它们沿所有方向的“内在”对称性，它们可以被简单地布置为多向减震系统，而不需要任何机构来使它们进行多向运动。U形夹是U形的板，它们在折叠/展开的变形中，随着弯曲以及沿宽度的屈服来提供滞后的耗能。它们以类似于带有新月形元件的装置的布置方式被布置为多向装置。本发明的装置(MTHD)与上述现有装置的主要区别将在下文中加以阐释。发明目的本发明的目的是开发一种多向滞后减震器，其性能与现有可获得的滞后减震器一样有效或更好，且制造更为经济。就考虑性能而言，本发明的装置和现有可获得装置的主要不同可以被总结为1.可变的后弹性硬度(post-elastic stiffness)，这是由于其特殊的工作机制， 其产生结构固化效果，这将在下文中阐释，并示出在附图13的图表中；2.简单可调节的臂(以及导轨)长度，其允许可轻易调节本装置的特性反应力和最大允许位移；3.本装置允许顶部和底部锚定点之间的相对的竖直位移，而不使系统沿水平方向的期望性能对这样的位移产生任何干扰。关于装置的经济性，该装置由多个简单的段制成， 它们中的大部分不需要或几乎不需要机械加工。本装置的最复杂部分是屈服芯(1)，由于它们对称且大体圆柱形的形状，它们的制造简单而经济。
发明内容
虽然使用圆柱形钢芯作为滞后减震器元件在现有技术中是已知的，但将它们装配到多向滞后减震器中的设计则是本发明新颖且独特的特征。本发明的基本部件包括具有臂组件的屈服芯(由部件1、2、4、7、8、9组成)；中央支撑结构(由部件5、6组成)；导轨系统(由部件10、11组成)。
为了更详细地阐释本发明，提供了必要的附图并随附于本说明书。下面给出了附图的列表及其说明。图1本装置的三维等距视图，其中导轨系统被移除以允许更好地观察其下的所有部件；图2导轨系统的三维等距视图；图3上方带有导轨系统略图的本装置的三维等距视图；图4本装置的侧视图，其中导轨系统被移除；图5本装置的俯视图，其中导轨系统被移除；图6示出了所有部件的整个装置的俯视图(无隐藏线)；图7图4中Sl-Sl的剖视图；图8图5中S2-S2的剖视图；图9图6中S3-S3的视图；图10导轨系统的仰视图；图11导轨系统的俯视图；图12示出处于未移动位置和移动位置的一个臂及其对应的导轨；图13当在一条导轨(任意)的方向上施加位移，且假设在钢的弹塑性性能 (elasto-plastic behavior)的作用下时，本装置的力-位移的图表。附图中元件(特征/零件/部件)的定义1屈服芯；2 璧；3芯滚珠轴承，其是普通钢滚珠轴承，用于使芯(1)和隔板(plate diaphragm) (6)之间产生铰链连接。由于其用在芯-隔板的连接处，可以将其称之为“芯”滚珠轴承，以将其与臂滚珠轴承区分开来；4臂滚珠轴承，其是普通钢滚珠轴承，用于使臂(2)和导轨(10)之间产生滚轴铰链连接(roller hinge connection)；5支撑柱；6疆扳，具有八边形形状，且带有圆形孔；7实心圆柱形安装轴，其被焊接至臂以安装臂滚珠轴承；空心圆柱环，其被焊接至圆柱形轴的顶端，以将臂滚珠轴承保持就位。此外，任意其他类型的附接件(诸如，销)也可以被用于替代上部空心圆柱环；9底部空心圆柱环,其用于将臂滚珠轴承保持就位。此外，任意其他类型的附接件 (诸如，销)也可以被用于替代底部空心圆柱环；10呈施，有八根这样的导轨，其是导轨系统的一部分。导轨适合于臂滚珠轴承；11顶部八边形板(导轨系统的一部分)，其带有狭缝(或任意其他适合的狭缝布置，取决于连接的类型)，以允许装置的顶部连接(至桥面板)；12 _，用于将整个装置连接至基部(墩盖梁)。
具体实施例方式本发明的滞后减震器装置由三个主要部件组成1.屈服芯其和包括钢滚珠轴承(4)的臂组件一起形成臂(2)和导轨系统之间的滚轴铰链型连接，并允许臂( 的端部在导轨(10)内无摩擦地运动。臂( 的一端被焊接至芯(1)，另一端具有焊接至其的圆柱形实心轴(7)，该圆柱形实心轴用作臂滚珠轴承(4) 的安装轴，这些都在图9中示出。在臂滚珠轴承的上部和底部还有两个环(8，9)，以将臂滚珠轴承固定就位。此外，任意其他类型的附接件(诸如，销)也可以被用来替代上部和底部空心圆柱环(8，9)。上部环(8)被焊接至安装轴(7)。屈服芯(1)是本发明的所述滞后减震器的耗能元件，并且由钢制成。该芯(1)主要由于较大的扭转剪应力而屈服，并在臂 (2)来回运动时耗散能量。屈服芯(1)被焊接至基板(12)，从而该整个装置(滞后减震器) 可以通过所述基板(1 附接至桥的墩盖梁。2.支撑结构该支撑结构由中央实心的钢支撑柱(5)和焊接至该支撑柱的隔板 (6)组成。该隔板(6)将通过芯滚珠轴承(3)连接至屈服芯(1)。芯滚珠轴承(3)被纳入以在屈服芯⑴和隔板(6)之间产生(扭转的)铰链连接，并允许芯⑴自由扭曲。支撑柱(5)的主要功能是支撑屈服芯(1)防止其弯曲。由于其较大的横向硬度和与芯(1)的平行连接，中央支撑柱(5)将承担弯曲力矩的主要部分，并因此防止屈服芯(1)中较大的弯曲应力，所述屈服芯趋于在近似纯扭转剪切力的情况下屈服。中央支撑柱(5)可以是任意其他形状，诸如盒状或八边棱柱状，只要它能提供必要的横向硬度。中央支撑柱(5)将被焊接至基板(1 。隔板(6)到中央芯⑴的连接也是通过在隔板(6)的中央孔的顶部和底部处焊接来实现的。3.导轨系统导轨系统便于桥面板和臂(2)之间的连接。该导轨系统将通过销和孔被附接至面板，如果需要的话，还通过震动传送单元被附接至面板。该导轨系统由八边形的钢隔板(6)以及焊接至该板(6)的导轨(10)组成，其中在板上设有狭槽式的孔(slotted hole)。导轨(10)可以是焊接在一起的钢板，以形成槽形段(channel section)，或者如果可获得尺寸适合的轧制的槽形段，则其可被用作导轨(10)。根据情况，可能需要侧面加强件，以横向加强导轨槽的悬臂部分的硬度。八边形隔板(6)到面板的连接由嵌入在桥的混凝土面板中的栅(销)形成。导轨系统和臂滚珠轴承(4) 一起形成了臂O)的端部和桥面板之间的期望连接 (滚轴铰链型连接)。通过这种连接，不管桥面板的移动方向如何，每个臂( 都将一直是横向移动的(相对于其对应的导轨)，以及臂⑵并不需要沿导轨(10)跟随面板部件的位移而移动。对于所有八条导轨(10)，情况都是如此。如图12所示，在未变形的位置，每条臂(2)都平行于其导轨(10)。随着装置发生位移，臂(2)发生旋转，并且臂(2)和其导轨 (10)之间的角度θ增加。由于臂⑵在旋转时需要扭曲屈服芯(1)，因此在臂⑵中将产生与之垂直的剪切力(V)(图12)。这一剪切力必须与在臂滚珠轴承-导轨(臂末端和导轨)界面处的力(F)沿臂O)的分量平衡，如图12所示。由于臂滚珠轴承的存在，该力(F)总是垂直于导轨(10)。但是，该力(F)沿臂(2)和垂直于臂O)的两个分量取决于臂(2)和其导轨(10)之间的角度θ V = F · Cos ( θ )H = F .Sin(θ) 这意味着对于在臂(2)上产生的剪切力V (其是在产生芯的扭矩中起作用的力)， 力F必须等于F = V/Cos ( θ )随着角度θ的增加，即使V保持恒定(假设由于钢的弹塑性性能)，F将增加，使得装置具有结构固化的能力。应提到的是，来自所有的八条导轨(10)的沿位移方向的这些力(F)的分量之和等于滞后减震器装置的反作用力。也就是说，即使在塑性范围和弹塑性材料的性能下，装置的反作用力取决于其位移程度。这一固化性能在图13中示出。此外， 这意味着位移不可能超过某个限度。理论上，限制位移等于臂O)的长度。该位移对应于 θ =90°。但是，因为在接近90°的角度下，在臂(2)上产生的轴向力以及力F将非常大， 该位移的实际限制可以被设定为例如“臂长Xsin(60)”，这对应于60°的最大旋转。考虑到一些特别的因素，如果桥面板的预期位移会增长超过该量，则应当考虑更大的滞后装置。
权利要求
1.一种多向扭转滞后减震器(MTHD)，其性能与现有可获得的滞后减震器一样有效或更好，且制造更为经济，其包括屈服芯(1)； 臂⑵；芯滚珠轴承⑶； 臂滚珠轴承(4)； 支撑柱(5)； 隔板(6)；实心圆柱形安装轴⑵； 上部空心圆柱环⑶； 底部空心圆柱环(9)； 导轨(10)； 顶部八边形板(11)； 基板(12)。
2.根据权利要求1所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其具有焊接至基板(1 的屈服芯(1)，所述屈服芯主要由于较大的扭转剪应力而屈服，以在臂(2)来回运动时耗散能量。
3.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其具有在一端焊接至屈服芯⑴的臂O)，所述臂无摩擦地在导轨(10)内移动，以通过来回运动耗散能量。
4.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其具有芯滚珠轴承 (3)，所述芯滚珠轴承用于在屈服芯(1)和隔板(6)之间产生铰链型连接。
5.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其具有臂滚珠轴承 G)，所述臂滚珠轴承用于形成臂(2)和导轨(10)之间的滚轴铰链连接。
6.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其具有焊接至基板 (12)的支撑柱(5)，所述支撑柱通过承担大部分横向力来支撑屈服芯(1)以防止其弯曲。
7.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其中所述支撑柱(5)可以是任意形状，诸如盒形或八边棱柱形，只要其能提供必要的横向硬度。
8.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其具有实心圆柱形安装轴(7)，所述安装轴被焊接至臂O)以安装臂滚珠轴承G)。
9.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其具有被焊接至圆柱形轴(7)的顶端的上部空心圆柱环(8)，或任意其他类型的附接件，诸如销，以将臂滚珠轴承⑷保持就位。
10.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其可具有附接在圆柱形轴(7)顶部的任意其他类型的附接件，诸如销，用于代替上部空心圆柱环(8)，以将臂滚珠轴承(4)保持就位。
11.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其具有底部空心圆柱环(9)，或任意其他类型的附接件，诸如销，以将臂滚珠轴承(4)保持就位。
12.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其可具有附接在圆柱形轴(7)顶部的任意其他类型的附接装置，诸如销，用于代替底部空心圆柱环(9)，以将臂滚珠轴承(4)保持就位。
13.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其具有导轨(10)，所述导轨引导臂滚珠轴承以使臂(2)无摩擦运动，从而通过前后运动经由芯(1)的扭转屈服来耗散能量。
14.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其中导轨(10)可以是焊接在一起的钢板以形成槽形段，或者在可获得的情况中，可以是具有适合尺寸的轧制的槽形段。
15.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其具有带有狭缝(或任意其他合适布置的狭缝，取决于连接的类型)的八边形板(11)(导轨系统的一部分)，以允许将多向扭转滞后减震器(MTHD)的顶部连接到桥面板。
16.根据前述任一权利要求所述的多向扭转滞后减震器(MTHD)，其具有基板(12)，以将整个多向扭转滞后减震器(MTHD)连接至基部(墩盖梁)。
全文摘要
本发明涉及防震(抗震)装置，更具体而言，涉及地震滞后减震器，其用于在严重的地震中保护物体的结构。这类装置被安装在由于地震的震动而预期发生较大位移的位置处，诸如桥面板和所述桥的支承点(例如，墩盖梁)之间。
文档编号E04B1/98GK102317548SQ200980156834
公开日2012年1月11日 申请日期2009年2月16日 优先权日2009年2月16日
发明者A·米兰尼塞勒姆, 马拉特·迪戈里 申请人:马拉特·迪戈里