一种设有摩擦耗能器的框架结构及其安装方法与流程

本发明涉及结构抗震防灾减灾这一技术领域，更具体地说，尤其涉及一种设有摩擦耗能器的框架结构及其安装方法。

背景技术

201711367903.3提供了一种机械传动式摩擦耗能减震器，包括：机架，包括：平行设置两盖板；设于两盖板间的两导向套，两导向套分别固定于盖板的两端；与一导向套固定连接的固定连接杆；与另一导向套滑动连接的驱动连杆；一端与驱动连杆靠近第一导向套一端固定连接的传动连杆；摩擦耗能减震机构，包括：与传动连杆另一端固定连接的转动件；平行设于转动件两侧的两固定圆盘，一固定圆盘与第一盖板固定连接，转动件与另一固定圆盘固定连接；设于转动件与两固定圆盘之间的摩擦片，摩擦片均固定于转动件上，且分别与两固定圆盘相接触。通过将建筑结构上的微小位移非线性放大，再传递到摩擦耗能的部位，增大能量消耗，提高减震效果。。

201611020982.6提供一种基于旋转摩擦概念的耗能阻尼器，它由数层纵横错列的摩擦钢板，以及钢板间交叉节点处放置的摩擦片，通过高强螺栓，碟形弹簧，垫圈组件及压力分配板串联施压组成。阻尼器在中位（零变形）时，纵横两向钢板相互垂直，当阻尼器受到外部作用时，短向板开始以螺栓为中心进行转动，阻尼器将产生延长或缩短的单向变化效果，节点处的相对转动，将产生钢板与摩擦材料之间的滑动摩擦，从而实现机械能向热能的转化，并将热量释放掉。这种阻尼器构造巧妙，经济性高，减振效果明显，既可用于新建建筑及桥梁结构的振动控制和减震需要，也可用于改造加固项目。区别于其他消能减振设备，其最大的特点是产品破坏力大于最大耗能阻尼力，有效的提高了产品的安全系数。

上述均是常见的摩擦耗能器。如何将摩擦耗能器用于框架结构内，以及如何放大摩擦耗能器的耗能成为一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种设有摩擦耗能器的框架结构及其安装方法，其解决了现有技术中的不足之处，提高了节点的抗震效果。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种设有摩擦耗能器的框架结构，在上梁（1-1）的底面安装第一固定板（1-3），下梁的顶面安装第二固定板（1-4），在第一固定板（1-3）与第二固定板（1-4）之间安装金属摩擦耗能器；

第一固定板（1-3）的底面设置有齿纹；

所述金属摩擦耗能器包括：第一部分与第二部分；

所述第一部分包括：第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）、第一竖向板（2-3），在第一竖向板（2-3）的一侧设置有齿纹；

所述第二部分包括：第三齿轮（3-1）、第四齿轮（3-2）、第二竖向板（3-3），在第二竖向板（3-3）的一侧设置有齿纹；

第一齿轮（2-1）与第二齿轮（2-2）的轴线设置在同一竖向面内，第三齿轮（3-1）与第四齿轮（3-2）的轴线设置在同一竖向面内；

所述第一齿轮（2-1）与第一固定板（1-3）的齿纹相啮合，第一齿轮（2-1）与第二齿轮（2-2）啮合，第二齿轮（2-2）与第一竖向板的齿纹相啮合；

所述第三齿轮（3-1）与第一固定板（1-3）的齿纹相啮合；第三齿轮（3-1）与第四齿轮（3-2）啮合，第四齿轮（3-2）与第二竖向板的齿纹相啮合；

所述的第一竖向板（2-3）与第二竖向板（3-3）相互接触；

框架结构为钢结构或混凝土结构。

进一步，所述第二齿轮（2-2）包括第一转筒（2-2-1）、第二转筒（2-2-2）、第三转筒（2-2-3）；所述第二转筒（2-2-2）的外表面设置有齿纹，与第一齿轮（2-1）相啮合；所述第一转筒（2-2-1）、第二转筒（2-2-2）、第三转筒（2-2-3）的轴线共线、且第一转筒（2-2-1）与第三转筒（2-2-3）的直径相同，第一转筒（2-2-1）的直径大于第二转筒（2-2-2）的直径；

第一转筒（2-2-1）、第二转筒（2-2-2）、第三转筒（2-2-3）三者连接固定在一起。

进一步，所述第四齿轮与第二齿轮（2-2）的构造相同，也包括第一转筒、第二转筒、第三转筒；所述第二转筒的外表面设置有齿纹，与第二齿轮相啮合；所述第一转筒、第二转筒、第三转筒的轴线共线、且第一转筒与第三转筒的直径相同，第一转筒的直径大于第二转筒的直径；第一转筒、第二转筒、第三转筒三者连接固定在一起。

进一步，所述第一竖向板（2-3）与第二齿轮中的第一转筒（2-2-1）、第三转筒（2-2-3）相啮合；

进一步，所述第二竖向板（3-3）与第四齿轮中的第一转筒、第三转筒相啮合。

进一步，第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）之间通过第二齿轮（2-2）、第四齿轮（3-2）压紧；第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）的接触面采用粗糙面。

进一步，第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）设置有多个竖向通孔，限位装置为与第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）相对应的多根竖向通孔，限位装置穿过第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）设置的竖向通孔；限位装置的多根竖向杆设置连接杆,形成一整体结构。

进一步，在第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）构成一个竖向的齿轮组，称作第一型齿轮组；第三齿轮（3-1）与第四齿轮（3-2）构成一个竖向的齿轮组，称作第二型齿轮组。

第一部分包括竖向依次分布的多个第一型齿轮组，第二部分包括竖向依次分布的多个第二型齿轮组；第一部分的上下相邻的第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）中的第二转筒（2-2-2）依次啮合；第二部分的上下相邻的第三齿轮、第四齿轮中的第二转筒依次啮合；第一部分与第二部分的齿轮组采用对称设计。

进一步，第一部分中的第一型齿轮组优选采用3个以上，第二部分中的第二型齿轮组优选采用3个以上；第一竖向板仅与第二齿轮中的第一转筒与第三转筒相啮合，第二竖向板仅与第四齿轮中的第一转筒与第三转筒相啮合。

进一步，第一竖向板、第二竖向板均为钢板第一竖向板与第二竖向板通过树脂粘结在一起，第一竖向板与第二竖向板之间的摩擦材料选择黄铜或非石棉有机物。

进一步，第一竖向板、第二竖向板均设置有沿竖向延伸的凸起，且第一竖向板与第二竖向板上分布的凸起相匹配；

在第一竖向板的两侧均突出设置有半圆形的凸起，在第二竖向板的两侧均突出设置有半圆形的凸起。

一种设有摩擦耗能器的框架结构的安装方法，其步骤包括：

首先在下梁的第二固定板上分别安装固定第一支架、第二支架，所述第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）的中心转轴预先安装在第一支架上；第三齿轮、第四齿轮的中心转轴预先安装在第二支架上；

然后将第一竖向板以及第二竖向板插入第一支架的第二齿轮与第二支架的第四齿轮之间的空隙内，第一竖向板以及第二竖向板的厚度小于第一支架与第二支架的空隙，通过第二齿轮与第四齿轮；

然后将将第一固定板（1-3）安装固定到上梁的底部

最后安装上梁，使得第一固定板与第一齿轮、第二齿轮相啮合。

一种一种设有摩擦耗能器的框架结构，上梁（1-1）的底面安装第一固定板（1-3），下梁的顶面安装第二固定板（1-4），在第一固定板（1-3）与第二固定板（1-4）之间安装金属摩擦耗能器；

第一固定板（1-3）的底面设置有齿纹；

所述金属摩擦耗能器包括：第一部分与第二部分；

所述第一部分包括：第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）、第一竖向板（2-3），在第一竖向板（2-3）的一侧设置有齿纹；

所述第二部分包括：第三齿轮（3-1）、第四齿轮（3-2）、第二竖向板（3-3），在第二竖向板（3-3）的一侧设置有齿纹；

第一齿轮（2-1）与第二齿轮（2-2）的轴线设置在同一竖向面内，第三齿轮（3-1）与第四齿轮（3-2）的轴线设置在同一竖向面内；

所述第一齿轮（2-1）与第一固定板（1-3）的齿纹相啮合，第一齿轮（2-1）与第二齿轮（2-2）啮合，第二齿轮（2-2）与第一竖向板的齿纹相啮合；

所述第三齿轮（3-1）与第一固定板（1-3）的齿纹相啮合；第三齿轮（3-1）与第四齿轮（3-2）啮合，第四齿轮（3-2）与第二竖向板的齿纹相啮合；

还包括第三竖向板（5），第三竖向板（5）竖向固定在下梁顶端，第一竖向板、摩擦材料、不锈钢垫板、第三竖向板（5）、不锈钢垫板、摩擦材料、第二竖向板依次设置；摩擦材料通过环氧树脂与第一、第二竖向板粘结。

进一步，第三竖向板（5）的两侧设置有多个沿竖向延伸的凸起；第一竖向板、第二竖向板均设置有沿竖向延伸的凸起，且第一竖向板、第二竖向板上分布的凸起与第三竖向板（5）上分布的凸起相匹配。

进一步，第一竖向板设置的沿竖向延伸的凸起的凸起方向为：第三竖向板朝向第一竖向板的方向；第二竖向板设置的沿竖向延伸的凸起的凸起方向为：第三竖向板朝向第二竖向板的方向。

进一步，第一竖向板、第二竖向板、第三竖向板的凸起的横截面形状为半圆弧形。

进一步，所述第二齿轮（2-2）包括第一转筒（2-2-1）、第二转筒（2-2-2）、第三转筒（2-2-3）；所述第二转筒（2-2-2）的外表面设置有齿纹，与第一齿轮（2-1）相啮合；所述第一转筒（2-2-1）、第二转筒（2-2-2）、第三转筒（2-2-3）的轴线共线、且第一转筒（2-2-1）与第三转筒（2-2-3）的直径相同，第一转筒（2-2-1）的直径大于第二转筒（2-2-2）的直径；

第一转筒（2-2-1）、第二转筒（2-2-2）、第三转筒（2-2-3）三者连接固定在一起。

进一步，所述第四齿轮与第二齿轮（2-2）的构造相同，也包括第一转筒、第二转筒、第三转筒；所述第二转筒的外表面设置有齿纹，与第二齿轮相啮合；所述第一转筒、第二转筒、第三转筒的轴线共线、且第一转筒与第三转筒的直径相同，第一转筒的直径大于第二转筒的直径；第一转筒、第二转筒、第三转筒三者连接固定在一起。

进一步，所述第一竖向板（2-3）与第二齿轮中的第一转筒（2-2-1）、第三转筒（2-2-3）相啮合；

进一步，所述第二竖向板（3-3）与第四齿轮中的第一转筒、第三转筒相啮合。

进一步，第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）之间通过第二齿轮（2-2）、第四齿轮（3-2）压紧；第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）的接触面采用粗糙面。

进一步，第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）设置有多个竖向通孔，限位装置为与第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）相对应的多根竖向通孔，限位装置穿过第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）设置的竖向通孔；限位装置的多根竖向杆设置连接杆,形成一整体结构。

进一步，在第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）构成一个竖向的齿轮组，称作第一型齿轮组；第三齿轮（3-1）与第四齿轮（3-2）构成一个竖向的齿轮组，称作第二型齿轮组。

第一部分包括竖向依次分布的多个第一型齿轮组，第二部分包括竖向依次分布的多个第二型齿轮组；第一部分的上下相邻的第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）中的第二转筒（2-2-2）依次啮合；第二部分的上下相邻的第三齿轮、第四齿轮中的第二转筒依次啮合；第一部分与第二部分的齿轮组采用对称设计。

进一步，第一部分中的第一型齿轮组优选采用3个以上，第二部分中的第二型齿轮组优选采用3个以上；第一竖向板仅与第二齿轮中的第一转筒与第三转筒相啮合，第二竖向板仅与第四齿轮中的第一转筒与第三转筒相啮合。

进一步，第一竖向板、第二竖向板均为钢板，第一竖向板与第二竖向板以及第三竖向板通过树脂粘结在一起，第一竖向板与第三竖向板之间的摩擦材料、第二竖向板与第三竖向板之间的摩擦材料选择黄铜或非石棉有机物。

一种设有摩擦耗能器的框架结构的安装方法，其步骤包括：

首先在下梁的第二固定板上固定第三竖向板，第一竖向板与第二竖向板分别通过树脂与第三竖向板粘结在一起；

然后，在下梁的第二固定板上分别安装固定第一支架、第二支架，所述第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）的中心转轴预先安装在第一支架上；第三齿轮、第四齿轮的中心转轴预先安装在第二支架上，使得第一竖向板与第二竖向板挤压第三竖向板；

然后，将第一固定板（1-3）安装固定到上梁的底部

最后安装上梁，使得第一固定板与第一齿轮、第二齿轮相啮合。

本发明的有益效果在于：

第一，在上、下梁之间产生相对水平位移时，通过第一部分（2个齿轮）、第二部分（2个齿轮），使得第一竖向板与第二竖向板之间的竖向相对运动。

第二，通过第一齿轮-第二齿轮的设计，将层间位移、位移速度放大；将通过层间水平位移转化为第一竖向板与第二竖向板之间的竖向相对位移，通过第一竖向板与第二竖向板之间的相对摩擦，来实现耗能；设上梁（1-1）、下梁（1-2）之间的相对位移为u，第一转筒与第二转筒直径比为x，由此可知：第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）之间的相对位移为：2ux（第一竖向板与第二竖向板相对设置，实际上起到了扩大位移的作用），摩擦耗能器的耗能q=n·f·2ux；n表示第一竖向板与第二竖向板之间的压力，f表示第一竖向板与第二竖向板之间的摩擦系数；上述设计提高了摩擦耗能器在框架结构中的摩擦耗能效果。

第三，给出了多组齿轮组的设计，保证竖向板在摩擦耗能过程中的稳定性。

第四，采用了凸起设计，扩大了摩擦面，同时保证了板与板之间的可装配性。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是实施例一中的装配式金属摩擦耗能器的结构示意图。

图2是实施例一中的第一齿轮与第二齿轮的连接设计示意图。

图3是实施例一中的第二齿轮的构成示意图。

图4是实施例二中的装配式金属摩擦耗能器的示意图。

图5是实施例三中的装配式金属摩擦耗能器的示意图。

图6是实施例三的第一竖向板与第二竖向板之间的连接示意图。

图7是实施例四的装配式金属摩擦耗能器的示意图。

图8是实施例五的第一竖向板、第二竖向板以及第三竖向板之间的连接（横截面）示意图。

具体实施方式

实施例一：如图1所示，一种装配式金属摩擦耗能器，安装在上梁（1-1）、下梁（1-2）之间，上梁（1-1）的底面安装第一固定板（1-3），下梁的顶面安装第二固定板（1-4），在第一固定板（1-3）与第二固定板（1-4）之间安装金属摩擦耗能器；

第一固定板（1-3）的底面设置有齿纹；

所述金属摩擦耗能器包括：第一部分与第二部分；

所述第一部分包括：第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）、第一竖向板（2-3），在第一竖向板（2-3）的一侧设置有齿纹；

所述第二部分包括：第三齿轮（3-1）、第四齿轮（3-2）、第二竖向板（3-3），在第二竖向板（3-3）的一侧设置有齿纹；

第一齿轮（2-1）与第二齿轮（2-2）的轴线设置在同一竖向面内，第三齿轮（3-1）与第四齿轮（3-2）的轴线设置在同一竖向面内；

所述第一齿轮（2-1）与第一固定板（1-3）的齿纹相啮合，第一齿轮（2-1）与第二齿轮（2-2）啮合，第二齿轮（2-2）与第一竖向板的齿纹相啮合；

所述第三齿轮（3-1）与第一固定板（1-3）的齿纹相啮合；第三齿轮（3-1）与第四齿轮（3-2）啮合，第四齿轮（3-2）与第二竖向板的齿纹相啮合。

所述第二齿轮（2-2）包括第一转筒（2-2-1）、第二转筒（2-2-2）、第三转筒（2-2-3）；所述第二转筒（2-2-2）的外表面设置有齿纹，与第一齿轮（2-1）相啮合；所述第一转筒（2-2-1）、第二转筒（2-2-2）、第三转筒（2-2-3）的轴线共线、且第一转筒（2-2-1）与第三转筒（2-2-3）的直径相同，第一转筒（2-2-1）的直径大于第二转筒（2-2-2）的直径；

第一转筒（2-2-1）、第二转筒（2-2-2）、第三转筒（2-2-3）三者连接固定在一起。

所述第四齿轮与第二齿轮（2-2）的构造相同，也包括第一转筒、第二转筒、第三转筒；所述第二转筒的外表面设置有齿纹，与第二齿轮相啮合；所述第一转筒、第二转筒、第三转筒的轴线共线、且第一转筒与第三转筒的直径相同，第一转筒的直径大于第二转筒的直径；第一转筒、第二转筒、第三转筒三者连接固定在一起。

所述第一竖向板（2-3）与第二齿轮中的第一转筒（2-2-1）、第三转筒（2-2-3）相啮合；

所述第二竖向板（3-3）与第四齿轮中的第一转筒、第三转筒相啮合。

所述的第一竖向板（2-3）与第二竖向板（3-3）相互接触；

第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）之间通过第二齿轮（2-2）、第四齿轮（3-2）压紧；

第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）的接触面采用粗糙面。

实施例一的优点在于，一是通过第一齿轮-第二齿轮的设计，将层间位移、位移速度放大；二是将通过层间水平位移转化为第一竖向板与第二竖向板之间的竖向相对位移，通过第一竖向板与第二竖向板之间的相对摩擦，来实现耗能；第三，设上梁（1-1）、下梁（1-2）之间的相对位移为u，第一转筒与第二转筒直径比为x，由此可知：第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）之间的相对位移为：2ux（第一竖向板与第二竖向板相对设置，实际上起到了扩大位移的作用），摩擦耗能器的耗能q=n·f·2ux；n表示第一竖向板与第二竖向板之间的压力，f表示第一竖向板与第二竖向板之间的摩擦系数。

实施例二：实施例一的方案存在以下问题：实施例一中的竖向板在竖向耗能过程中无法保证其方向，如图4所示，在下梁上固定有限位装置，第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）设置有多个竖向通孔，限位装置为与第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）相对应的多根竖向通孔，限位装置穿过第一竖向板（2-3）、第二竖向板（3-3）设置的竖向通孔；限位装置的多根竖向杆设置连接杆,形成一整体结构。

实施例三，在实施例一的基础上，在第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）构成一个竖向的齿轮组，称作第一型齿轮组；第三齿轮（3-1）与第四齿轮（3-2）构成一个竖向的齿轮组，称作第二型齿轮组。

第一部分包括竖向依次分布的多个第一型齿轮组，第二部分包括竖向依次分布的多个第二型齿轮组；第一部分的上下相邻的第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）中的第二转筒（2-2-2）依次啮合；

第二部分的上下相邻的第三齿轮、第四齿轮中的第二转筒依次啮合；

第一部分与第二部分的齿轮组采用对称设计。

采用多个齿轮组的形式设计，其目的是保证竖向板始终保持在竖向面内移动。

第一部分中的第一型齿轮组优选采用3个以上，第二部分中的第二型齿轮组优选采用3个以上，齿轮组的数量越多，同时可保证第一竖向板与第二竖向板之间的压应力平衡。

实施例三中的第一竖向板仅与第二齿轮中的第一转筒与第三转筒相啮合，第二竖向板仅与第四齿轮中的第一转筒与第三转筒相啮合。

第一竖向板、第二竖向板均为钢板，如q235,第一竖向板与第二竖向板通过树脂粘结在一起，第一竖向板与第二竖向板之间的摩擦材料可选择黄铜、非石棉有机物。

实施例四：如图7所示，还包括第三竖向板（5），第三竖向板（5）竖向固定在下梁顶端，第一竖向板、摩擦材料、不锈钢垫板、第三竖向板（5）、不锈钢垫板、摩擦材料、第二竖向板依次设置；摩擦材料通过环氧树脂与第一/第二竖向板固定。

实施例四的设计是：第一竖向板、第二竖向板在第三竖向板的两侧摩擦耗能，与传统的摩擦耗能器相反，2个外摩擦板与内摩擦板呈相反的运动方向。

实施例五：与实施例四的不同之处在于，如图8所示，第三竖向板（5）的两侧设置有多个沿竖向延伸的凸起；第一竖向板、第二竖向板均设置有沿竖向延伸的凸起，且第一竖向板、第二竖向板上分布的凸起与第三竖向板（5）上分布的凸起相匹配。

如图8所示，第一竖向板设置的沿竖向延伸的凸起的凸起方向为：第三竖向板朝向第一竖向板的方向；

第二竖向板设置的沿竖向延伸的凸起的凸起方向为：第三竖向板朝向第二竖向板的方向。

第一竖向板、第二竖向板、第三竖向板的凸起的横截面形状为半圆弧形。

实施例五的设计有2个主要目的：一是便于：第一竖向板-第二竖向板-第三竖向板三者之间的安装固定；二是：采用凸起的设计，扩大了摩擦面积，提高了耗能效果。

实施例六：与实施例一~实施例三的不同之处在于，第一竖向板、第二竖向板均设置有沿竖向延伸的凸起，且第一竖向板与第二竖向板上分布的凸起相匹配；

在第一竖向板的两侧均突出设置有半圆形的凸起，在第二竖向板的两侧均突出设置有半圆形的凸起。

实施例一至三、六的安装方法，其步骤包括：

首先在下梁的下表面分别安装固定第一支架、第二支架，所述第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）的中心转轴预先安装在第一支架上；第三齿轮、第四齿轮的中心转轴预先安装在第二支架上；

然后将第一竖向板以及第二竖向板插入第一支架的第二齿轮与第二支架的第四齿轮之间的空隙内，第一竖向板以及第二竖向板的厚度小于第一支架与第二支架的空隙，通过第二齿轮与第四齿轮；

然后将将第一固定板（1-3）安装固定到上梁的底部

最后安装上梁，使得第一固定板与第一齿轮、第二齿轮相啮合。

实施例四的安装方法，其步骤包括：

首先在下梁上固定第三竖向板，第一竖向板与第二竖向板分别通过树脂与第三竖向板粘结在一起；

然后，在下梁的下表面分别安装固定第一支架、第二支架，所述第一齿轮（2-1）、第二齿轮（2-2）的中心转轴预先安装在第一支架上；第三齿轮、第四齿轮的中心转轴预先安装在第二支架上，使得第一竖向板与第二竖向板挤压第三竖向板；

然后，将第一固定板（1-3）安装固定到上梁的底部

最后安装上梁，使得第一固定板与第一齿轮、第二齿轮相啮合。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。