一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的制作方法

本发明公开了一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑，属于工程结构抗震与消能减震技术领域。

背景技术：

传统的建筑结构抗震设计方法是通过增强建筑结构本身的抗震性能来抵御地震作用的，如增加梁柱尺寸和配筋，即由结构本身储存和耗散地震能量被动消极的抗震对策，以满足结构抗震设防标准。

目前消能减震技术迅速发展，开发了许多种类的减震构件和耗能器，如粘滞阻尼器、软钢阻尼器、摩擦阻尼器等。消能减震技术即在结构的某些部位设置耗能器，通过弹塑性变形，摩擦等来消耗地震传给结构的能量，增加结构阻尼，从而达到保护结构的作用。消能减震技术在结构加固与结构抗震领域起着至关重要的作用，是现在建筑抗震最常用的手段之一。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑，其耗能能力强、耗能效果稳定、刚度阻尼可智能调控，并能够实时监控工作状态和耗能情况。

为了达到以上的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑，包括螺旋摩擦芯轴，高强耐磨缸，高强耐磨离散体，头部轴承，尾部轴承，旋转端头，锚栓，弹簧智能调节装置，高强超弹弧形加压装置，上固定限位装置和下固定限位装置，变调刚度耗能装置，刚性连接件，刚性支撑板；所述螺旋摩擦芯轴外设置高强耐磨缸，在高强耐磨缸内设置弹簧智能调节装置和高强超弹弧形加压装置，高强超弹弧形加压装置所围空间内填充高强耐磨离散体，所述螺旋摩擦芯轴置于高强耐磨离散体内；通过上固定限位装置和下固定限位装置将高强耐磨离散体、高强超弹弧形加压装置密封固定限位；变调刚度耗能装置一端通过刚性连接件与螺旋摩擦芯轴尾部固接，其另一端通过刚性连接件与嵌在高强耐磨缸内部的刚性支撑板连接；在上固定限位装置上设置弹簧智能调节装置，调控高强耐磨缸内高强耐磨离散体的预应力；所述螺旋摩擦芯轴端部通过锚栓固定连接旋转端头，旋转端头连接在头部轴承内部，高强耐磨缸的尾部连接尾部轴承；在高强耐磨缸内部设置红外感应仪和应力智能感应仪，高强耐磨缸外表面设置图像处理器和单片机控制处理模块，红外感应仪、应力智能感应仪、图像处理器、单片机控制处理模块和智能转动阀通过电信线通信连接。

所述弹簧智能调节装置包括智能转动阀，平衡滑动塞，紧固装置，弹簧片；所述智能转动阀和紧固装置各四个，智能转动阀与紧固装置端部固连，紧固装置的另一端通过平衡滑动塞连接弹簧片，弹簧片的另一端固定在下固定限位装置上；当支撑应力达到单片机控制处理器设定值时，智能转动阀转动紧固装置，紧固装置推动平衡滑动塞，平衡滑动塞均匀压缩弹簧片，弹簧片变形推动高强超弹弧形加压装置向内搓动，从而挤压高强耐磨离散体，使高强耐磨离散体间预应力增大，从而增加支撑的内摩擦力，达到调节阻尼的目的。智能转动阀由单片机控制处理模块控制，在地震作用下，当支撑受力大于单片机所设定值时，由单片机控制处理模块控制智能转动阀开动齿轮，转动紧固装置压缩弹簧片推动高强超弹弧形加压装置改变高强耐磨离散体间的预应力，改变智能支撑的内摩擦力；在智能转动阀不断转动紧固装置，支撑受力不断增大后，达到一定数值后单片机控制处理模块控制智能转动阀停转。

所述高强超弹弧形加压装置共有四件，每件高强超弹弧形加压装置两边的弧面相互接触，在高强耐磨缸内围成一个四面体，四面体的四个面上各设置一个弹簧片，四面体内部填充高强耐磨离散体。

所述变调刚度耗能装置由多组变调刚度耗能板通过刚性管箍串联叠加构成，螺旋摩擦芯轴通过刚性连接件拉压变调刚度耗能装置位移变形时，位移变形量根据变调刚度耗能板的刚度分配在各变调刚度耗能板上，根据不同工况下不同的支撑位移设计需求增加变调刚度耗能装置数量，进而调节支撑的总刚度和耗能能力。

在旋转端头与头部轴承表面之间内设置滚珠，减少旋转端头转动时与头部轴承的摩擦。

在刚性支撑板与高强耐磨缸相接的凹槽内设置滚珠，减少刚性支撑板因螺旋摩擦芯轴带动其转动时与凹槽的摩擦。

智能调控刚度阻尼的控制处理系统包括计算处理模块，红外感应仪，图像处理器，应力智能感应仪，单片机控制处理模块，弹簧智能调节装置；所述单片机处理控制模块输入端连接计算处理模块，接收计算处理模块输出的数字信号，输出端连接弹簧智能调节装置的智能转动阀；所述红外感应仪测量螺旋摩擦芯轴在地震作用下位移数据，应力智能感应仪测量支撑地震作用下受力大小数据，通过红外感应仪与应力智能感应仪所测得实时数据并发送到计算处理模块，然后由计算处理模块处理数据形成滞回曲线发送到图像处理器中显示，同时发送数字信号到单片机控制处理模块，由单片机控制处理模块根据设定值来控制启动弹簧智能调节装置。

所述螺旋摩擦芯轴使用高强钢，能有效减少其在工作状态的摩擦损耗，防止摩擦系数降低，影响其正常使用。高强耐磨离散体采用高硬度，耐磨性能好，摩擦系数高的材料颗粒，能大幅增加该支撑的耗能能力与耐久性。

在地震作用下，螺旋摩擦芯轴受力来回运动时，螺旋摩擦芯轴上的螺旋面与高强耐磨离散体的摩擦挤压，挤压力和摩擦力使螺旋摩擦芯轴旋转，通过螺旋摩擦芯轴的旋转、螺旋面与高强耐磨离散体的机械摩擦产生耗能效果。本发明可通过应力智能感应仪和单片机控制处理等实现智能调控支撑的阻尼，并且可通过图像处理器显示滞回耗能曲线，可直接查看支撑工作状态和耗能情况，实现实时监控。同时螺旋摩擦芯轴拉动变调刚度耗能装置变形耗能，通过变调刚度耗能板的变形进而调节支撑的总刚度和耗能能力。本支撑通过螺旋摩擦芯轴的旋转、螺旋摩擦芯轴螺旋面与高强耐磨离散体的摩擦、变调刚度耗能装置变形耗能三种耗能方式耗能，减少结构地震反应，从而保护起到结构的作用。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

本发明耗能方式为通过螺旋摩擦芯轴的旋转，螺旋面与高强耐磨离散体的机械摩擦，变调刚度耗能装置变形耗能来产生耗能效果，减少结构地震反应。主要耗能方式为螺旋摩擦芯轴的旋转，不会对耗能构件产生损耗，所以其耐久性好，可靠度高；通过变调刚度耗能装置的变形耗能进而调节支撑的总刚度和耗能能力；同时本发明可通过应力智能感应仪和单片机控制处理等实现智能调控支撑的阻尼，并且可通过图像处理器显示滞回耗能曲线，可直接查看支撑工作状态和耗能情况，实现实时监控。本发明抗震概念设计清晰、结构构造简单、所用材料成本低廉，施工方便，便于更换。

附图说明

图1为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的整体示意图；

图2为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的内部构造示意图；

图3为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的横截面示意图；

图4为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的高强耐磨缸示意图；

图5为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的弹簧智能调节装置、高强超弹弧形和加压装置变调刚度耗能装置在高强耐磨缸内部设置示意图；

图6为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的图像处理器设置示意图；

图7为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的图像处理器示意图；

图8为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的智能控制模块通信连接示意图；

图9为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的螺旋摩擦芯轴示意图；

图10为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的头部轴承示意图；

图11为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑头部轴承构造示意图；

图12为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的头部轴承内部构造示意图；

图13为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的旋转端头示意图；

图14为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的旋转端头剖面示意图；

图15为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的端部构造剖面示意图；

图16为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的螺旋摩擦芯轴与旋转端头连接示意图；

图17为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的螺旋摩擦芯轴与头部轴承连接示意图；

图18为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的弹簧片示意图；

图19为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的高强超弹弧形加压装置示意图；

图20为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的高强超弹弧形加压装置围成四面体示意图；

图21为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的上、下固定限位装置、平衡滑动塞示意图；

图22为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的紧固装置示意图；

图23为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的智能转动阀示意图；

图24为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的智能转动阀剖面图；

图25为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的弹簧智能调节装置中智能转动阀与紧固装置相接示意图。

图26为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的变调刚度耗能装置中变调刚度耗能板示意图。

图27为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的变调刚度耗能装置中刚性管箍示意图。

图28为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的变调刚度耗能装置示意图。

图29为本发明一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑的尾部轴承示意图。

图1到图29附图标记与各部位名称对应关系如下：

1、螺旋摩擦芯轴，2、高强耐磨离散体，3、高强耐磨缸，4、下固定限位装置，5、头部轴承，6、尾部轴承，7、旋转端头，8、滚珠，9、锚栓，10、弹簧片，11、高强超弹弧形加压装置，12、上固定限位装置，13、平衡滑动塞，14、紧固装置，15、变调刚度耗能板，16、红外感应仪，17、图像处理器，18、应力智能感应仪，19、单片机控制处理模块，20、智能转动阀，21、刚性管箍，22、刚性连接件，23、刚性支撑板，24、电信线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步说明。

如图1、图2、图3、图9至图17、图21所示，一种智能调控刚度阻尼的转动摩擦型支撑，包括螺旋摩擦芯轴1，高强耐磨缸3，高强耐磨离散体2，头部轴承5，尾部轴承6，旋转端头7，锚栓9，弹簧智能调节装置，高强超弹弧形加压装置11，上固定限位装置12和下固定限位装置4，变调刚度耗能装置，刚性连接件22，刚性支撑板23；所述螺旋摩擦芯轴1外设置高强耐磨缸3，在高强耐磨缸3内设置弹簧智能调节装置和高强超弹弧形加压装置11，高强超弹弧形加压装置11所围空间内填充高强耐磨离散体2，所述螺旋摩擦芯轴1置于高强耐磨离散体2内；通过上固定限位装置12和下固定限位装置4将高强耐磨离散体2、高强超弹弧形加压装置11密封固定限位；变调刚度耗能装置一端通过刚性连接件22与螺旋摩擦芯轴1尾部固接，其另一端通过刚性连接件22与嵌在高强耐磨缸3内部的刚性支撑板23连接；在上固定限位装置12上设置弹簧智能调节装置，调控高强耐磨缸3内高强耐磨离散体2的预应力；所述螺旋摩擦芯轴1端部通过锚栓9固定连接旋转端头7，旋转端头7连接在头部轴承5内部，高强耐磨缸3的尾部连接尾部轴承6；在高强耐磨缸3内部设置红外感应仪16和应力智能感应仪18，高强耐磨缸3外表面设置图像处理器17和单片机控制处理模块19，红外感应仪16、应力智能感应仪18、图像处理器17、单片机控制处理模块19和智能转动阀20通过电信线24通信连接。

如图3、图4、图18、图22至图25所示，所述弹簧智能调节装置包括智能转动阀20，平衡滑动塞13，紧固装置14，弹簧片10；所述智能转动阀20和紧固装置14各四个，智能转动阀20与紧固装置14端部固连，紧固装置14的另一端通过平衡滑动塞13连接弹簧片10，弹簧片10的另一端固定在下固定限位装置4上；当支撑应力达到单片机控制处理器19设定值时，智能转动阀20转动紧固装置14，紧固装置14推动平衡滑动塞13，平衡滑动塞13压缩弹簧片10，弹簧片10变形推动高强超弹弧形加压装置11向内搓动，从而挤压高强耐磨离散体2，使高强耐磨离散体2间预应力增大，从而增加支撑的内摩擦力，达到调节阻尼的目的。

智能转动阀20由电动机构成，单片机控制处理模块19控制其接通与断开，从而控制智能转动阀20内部电动机的转动与停转。智能转动阀20安装在上固定限位装置12上，内部电动机与紧固装置14紧扣相接，智能转动阀20开动齿轮运转时就可推动紧固装置14来压缩弹簧片10。

如图19、图20所示，所述高强超弹弧形加压装置11共有四件，每件高强超弹弧形加压装置11两边的弧面相互接触，在高强耐磨缸3内围成一个四面体，四面体的四个面上各设置一个弹簧片10，四面体内部填充高强耐磨离散体2。

如图26、图27、图28所示，所述变调刚度耗能装置由多组变调刚度耗能板15通过刚性管箍21串联叠加构成，螺旋摩擦芯轴1通过刚性连接件22拉压变调刚度耗能装置位移变形时，位移变形量根据变调刚度耗能板15的刚度分配在各变调刚度耗能板15上，根据不同工况下不同的支撑位移设计需求增加变调刚度耗能装置数量，进而调节支撑的总刚度和耗能能力。

如图2所示，在旋转端头7与头部轴承5表面之间内设置滚珠8，减少旋转端头7转动时与头部轴承5的摩擦。

如图2、图5所示，在刚性支撑板23与高强耐磨缸3相接的凹槽内设置滚珠8或其他润滑方式，减少刚性支撑板23因螺旋摩擦芯轴1带动其转动时与凹槽的摩擦。

如图5、图6、图7、图8所示，智能调控刚度阻尼的控制处理系统包括计算处理模块，红外感应仪16，图像处理器17，应力智能感应仪18，单片机控制处理模块19，弹簧智能调节装置；所述单片机处理控制模块19输入端连接计算处理模块，接收计算处理模块输出的数字信号，输出端连接弹簧智能调节装置的智能转动阀20；红外感应仪16固定在高强耐磨缸3内部，红外线射向螺旋摩擦芯轴1，感应支撑工作过程中螺旋摩擦芯轴1位移数值。应力传感器18安装在高强耐磨缸内表面，测量记录高强耐磨缸3的在使用过程中应力数值。通过红外感应仪16与应力智能感应仪18所测得实时数据并发送到计算处理模块，计算处理模块将的高强耐磨缸3应力数值与螺旋摩擦芯轴1位移值形成滞回曲线后发送到图像处理器17进行显示。同时计算处理模块发送数字信号到单片机控制处理模块19，由单片机控制处理模块19根据设定值来控制弹簧智能调节装置工作调节改变智能支撑的内摩擦力，达到阻尼的调节。

如图10、图11、图12所示，头部轴承5由两部分构成，两部分上都有螺纹，通过螺纹连接头部轴承5两部分，头部轴承5这样的构造是为了方便旋转端头7的安装。安装使用时，该消能支撑通过头部轴承5和尾部轴承6安装在结构上。所述旋转端头7作用为固定螺旋芯轴1，防止使用过程中螺旋芯轴1与头部轴承5所施加的力不在一条直线上，产生附加偏心矩，对支撑造成破坏。