旋转放大式耗能自复位支撑的制作方法

本发明涉及减振/震自复位装置领域，尤其涉及一种旋转放大式耗能自复位支撑。

背景技术：

结构被动控制技术是指在结构中设置耗能装置，在结构振动时通过耗能装置耗散能量来降低结构的动力响应。结构被动控制技术造价低廉、构造简单，并且易于维护，不需要外部能源支持，因此在土木工程领域得到广泛的关注，在理论研究和工程应用中均取得了丰硕的成果。防屈曲支撑构件是结构被动控制技术的一项重要手段，经过将近50年的发展已经成为一种技术成熟、标准完备的减震耗能装置而广泛应用与实际工程当中。防屈曲支撑构件的工作原理是通过钢材发生弹塑性变形耗散地震能量，大多作为减震耗能装置应用于新建多层或高层建筑中，或者用于对既有建筑的加固改造当中。

当发生地震时，结构在地震荷载作用下会发生水平变形，尤其是在超设计基准的罕遇地震作用下，结构会产生较大残余变形，严重影响结构的安全性，当结构产生过大水平变形和残余变形时会导致结构的破坏与倒塌。因此，有研究人员提出了具有自复位能力的防屈曲支撑。目前针对自复位防屈曲支撑的研究处于起步阶段，大多数依靠弹簧或sma材料实现装置的自复位，依靠构件内部各部件的摩擦作用进行耗能。目前提出的自复位防屈曲支撑构件大多存在构造复杂或造价昂贵的问题，同时构件内部各部件之间摩擦面粗糙度会随着支撑的重复往复变形而改变，并且随着时间及外部环境因素的改变会造成构件中预压力丢失，导致自复位支撑的耗能能力减小，构件耗能能力的可靠度较低。

如何获得一种旋转放大式耗能自复位支撑，使得支撑构件不仅具有自复位能力，而且具有不受外部环境因素及时间因素影响的稳定高效的耗能能力，解决自复位支撑耗能能力差一直是一个难以解决的工程难题。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种旋转放大式耗能自复位支撑，不仅具有自复位能力，并且旋转放大构造使其具有稳定、高效的耗能能力。

为了实现上述目的，本发明提供一种旋转放大式耗能自复位支撑，包括：一上连接件、一上密封盖、一密封筒体、一下连接件和一耗能自复位核心组件；所述上密封盖和所述下连接件分别罩设于所述密封筒体的两端并分别与所述密封筒体可拆卸连接；所述上密封盖形成一伸出口，所述耗能自复位核心组件设置于所述密封筒体内并部分自所述伸出口伸出，所述伸出口与所述耗能自复位核心组件密封配合；所述耗能自复位核心组件伸出所述密封筒体的部分连接所述上连接件。

优选地，所述耗能自复位核心组件包括一导杆、一上耗能端筒、单个或多个耗能旋转隔板、多个弹簧、一下耗能端筒、一耗能端板、一固定螺母和多个滚动件；所述导杆的第一端形成一突出部，所述导杆的第二端形成一外螺纹段；所述上耗能端筒、所述下耗能端筒和所述耗能端板依次套设于所述导杆上并设置于所述密封筒体内；所述耗能端板设置于所述下耗能端筒内并螺接所述导杆的所述外螺纹段；所述固定螺母螺接于所述外螺纹段并设置于所述耗能端板远离所述上耗能端筒的一侧；所述耗能旋转隔板套设于所述导杆外并位于所述上耗能端筒与所述下耗能端筒之间；所述弹簧套设于所述导杆外并设置于所述上耗能端筒与相邻所述耗能旋转隔板之间、两相邻所述耗能旋转隔板之间和所述下耗能端筒与相邻所述耗能旋转隔板之间；所述导杆的外壁形成一第一螺旋槽；每一所述耗能旋转隔板形成与所述第一螺旋槽配合的一第二螺旋槽；所述第一螺旋槽与所述第二螺旋槽之间设置有所述滚动件；所述突出部和所述伸出口对所述上耗能端筒限位，所述突出部自所述伸出口伸出连接所述上连接件，所述突出部与所述伸出口密封配合；所述密封筒体内填充有阻尼液；所述上耗能端筒抵接所述上密封盖；所述突出部抵接所述上耗能端筒；所述下耗能端筒抵接所述密封筒体远离所述上密封盖的一端。

优选地，所述耗能旋转隔板的外围向两端方向延伸形成一翼板；所述上耗能端筒朝向所述下耗能端筒的一端开口；所述下耗能端筒远离所述上耗能端筒的一端开口。

优选地，所述上耗能端筒和所述耗能旋转隔板的截面呈宽翼缘结构。

优选地，所述第一螺旋槽和所述第二螺旋槽的截面呈半圆形或矩形；所述滚动件采用钢珠或圆柱形钢柱。

优选地，所述上耗能端筒、所述耗能旋转隔板和所述下耗能端筒与所述密封筒体之间缝隙配合；和/或所述上耗能端筒、所述耗能旋转隔板和所述下耗能端筒分别形成阻尼孔。

优选地，所述下耗能端筒形成若干流通孔，所述耗能端板可覆盖所述流通孔。

优选地，所述弹簧包括碟形弹簧、波形弹簧或螺旋弹簧。

优选地，所述第二螺旋槽形成于所述耗能旋转隔板内侧中部；或所述第二螺旋槽形成于并贯通所述耗能旋转隔板内侧，所述耗能旋转隔板的两端分别连接一限位挡件。

优选地，所述上密封盖罩设于所述密封筒体的第一端并与所述密封筒体可拆卸密封连接；所述密封筒体的第二端开设有若干填充孔；所述下连接件罩设于所述密封筒体的第二端并与所述密封筒体可拆卸密封连接。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

1)当整个支撑构件受到压力作用时，外力推动导杆朝向下连接件方向移动，并使耗能端板和固定螺母跟随导杆一起运动，同时通过耗能自复位核心中部件对阻尼液的剪切和挤压作用及阻尼液的流动进行缓冲耗能，外力消失后，通过耗能自复位核心驱动导杆复位；当整个支撑构件受到拉力作用时，外力拉动导杆向远离下连接件方向移动，耗能端板带动下耗能端筒同步移动，同时通过耗能自复位核心部件对阻尼液的剪切和挤压作用及阻尼液流动起到耗能缓冲作用，外力消失后，通过耗能自复位核心驱动导杆复位；因此可保证整个支撑构件无论是受拉力作用或压力作用时，耗能自复位核心均处于受力状态，为支撑构件自复位提供恢复力。下耗能端筒筒壁可进一步限制耗能自复位核心的运动方向，具有限位能力。

2)当外力推动导杆朝向下连接件移动时，突出部抵接于上封耗能端筒，并带动上耗能端筒同步移动，从而使弹簧被压缩，达到弹性自复位和阻尼耗能的作用；当外力拉动导杆向远离下连接件方向移动时，固定端板带动下耗能端筒同步移动，使弹簧被压缩，达到弹性自复位和阻尼耗能作用；并且通过耗能旋转隔板可以减小弹簧在拼装时可能出现的初始拼装缝隙。

3)通过上耗能端筒及耗能旋转隔板边缘为宽翼结构使其与密封筒体之间对阻尼液的剪切面积明显加大，构件内部各部件对阻尼液的剪切与挤压作用显著提升了支撑构件耗能能力。

4)支撑耗能自复位核心在拉伸和压缩的变形过程中，不仅带动耗能旋转隔板发生竖向运动，而且通过导杆上第一螺旋槽、耗能旋转隔板内侧第二螺旋槽和滚动件的协同作用，支撑构件在变形过程中使耗能旋转隔板发生旋转运动，产生放大效应的变形，这个放大效应可以通过对导杆半径和耗能旋转隔板外径的比值及螺旋槽的疏密程度进行调节，通过放大的旋转变形运动进一步使支撑构件的耗能能力得到提升。

5)通过阻尼孔方便阻尼液在上耗能端筒、耗能旋转隔板及下耗能端筒之间流通，起到阻尼耗能作用，提升支撑构件的耗能能力及自复位能力。

6)上耗能端筒、上密封盖和密封筒体之间空间构成支撑构件的上储油箱，下耗能端筒和密封筒体之间空间构成支撑构件的下储油箱。支撑构件受压时阻尼液通过下耗能端筒预留流通孔在上储油箱和下储油箱之间自动调节，支撑受拉时阻尼液通过下耗能端筒与密封筒体之间剪切缝隙在上储油箱和下储油箱之间自动调节。支撑构件在变形时内部各部件之间的摩擦力也能提供一定耗能能力。

7)支撑构件中上密封盖、密封筒体、下连接件与内部耗能自复位核心部件均可拆卸，主要部件均可在工厂中进行规格化批量加工，构件主要采用螺纹或高强螺栓进行拼装。

8)本发明利用旋转放大式耗能自复位支撑，使传统自复位支撑构件耗能能力弱且耗能可靠度低的问题得以解决，充分发挥防屈曲支撑的自复位能力和耗能能力，进一步加强了结构在地震等作用下的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例一的旋转放大式耗能自复位支撑的结构示意图；

图2为本发明实施例一的旋转放大式耗能自复位支撑的受压状态图；

图3为本发明实施例一的旋转放大式耗能自复位支撑的受拉状态图；

图4为本发明实施例二的旋转放大式耗能自复位支撑的结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图1～图4，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

请参阅图1，本发明实施例一的一种旋转放大式耗能自复位支撑，包括：一上连接件1、一上密封盖2、一密封筒体3、一下连接件4和一耗能自复位核心组件5；上密封盖2和下连接件4分别罩设于密封筒体3的两端并分别与密封筒体3可拆卸连接；上密封盖2形成一伸出口21，耗能自复位核心组件5设置于密封筒体3内并部分自伸出口21伸出，伸出口21与耗能自复位核心组件5密封配合；耗能自复位核心组件5伸出密封筒体3的部分连接上连接件1。

耗能自复位核心组件5包括一导杆51、一上耗能端筒52、单个或多个耗能旋转隔板53、多个弹簧54、一下耗能端筒55、一耗能端板56、一固定螺母57和多个滚动件58；导杆51的第一端形成一突出部511，导杆51的第二端形成一外螺纹段512；上耗能端筒52、下耗能端筒55和耗能端板56依次套设于导杆51上并设置于密封筒体3内；耗能端板56设置于下耗能端筒55内并螺接导杆51的外螺纹段512；固定螺母57螺接于外螺纹段512并设置于耗能端板56远离上耗能端筒52的一侧；耗能旋转隔板53套设于导杆51外并位于上耗能端筒52与下耗能端筒55之间；弹簧54套设于导杆51外并设置于上耗能端筒52与相邻耗能旋转隔板53之间、两相邻耗能旋转隔板53之间和下耗能端筒55与相邻耗能旋转隔板53之间；导杆51的外壁形成一第一螺旋槽513；每一耗能旋转隔板53形成与第一螺旋槽513配合的一第二螺旋槽531；第一螺旋槽513与第二螺旋槽531之间设置有滚动件58；突出部511和伸出口21对上耗能端筒52限位，突出部511自伸出口21伸出连接上连接件1，突出部511与伸出口21密封配合；密封筒体3内填充有阻尼液6；上耗能端筒52抵接上密封盖2；突出部511抵接上耗能端筒52；下耗能端筒55抵接密封筒体3远离上密封盖2的一端。

阻尼液6可以为粘滞阻尼材料、阻尼油等各种不同类型的阻尼材料。密封筒体3可以为密封整体式、底部预留孔或者分体式。

本实施例中，突出部511呈圆柱形。

上耗能端筒52、密封筒体3和上密封盖2之间空间构成上储油箱，下耗能端筒55与密封筒体3之间空间形成下储油箱。阻尼液6在下耗能端筒55、耗能旋转隔板53、上耗能端筒52之间根据支撑构件不同变形状态自动调节自由流通。

导杆51的外螺纹段512直径可与无螺纹处相同，或直径小于无螺纹处。

耗能旋转隔板53的外围向两端方向延伸形成一翼板532；上耗能端筒52朝向下耗能端筒55的一端开口；下耗能端筒55远离上耗能端筒52的一端开口。

上耗能端筒52和耗能旋转隔板53的截面呈宽翼缘结构。

第一螺旋槽513和第二螺旋槽531的截面呈半圆形或矩形；滚动件58采用钢珠或圆柱形钢柱。

导杆51的第一螺旋槽513可在无外螺纹段512处和有外螺纹段512处均设置，或仅在无外螺纹段512处设置。

上耗能端筒52、耗能旋转隔板53和下耗能端筒55与密封筒体3之间缝隙配合，供阻尼液6流通。

弹簧54包括碟形弹簧、波形弹簧或螺旋弹簧。

第二螺旋槽531形成于耗能旋转隔板53内侧中部；或第二螺旋槽531形成于并贯通耗能旋转隔板53内侧，耗能旋转隔板53的两端分别连接一限位挡件。

下耗能端筒55形成若干流通孔551，耗能端板56可覆盖流通孔551。

请参阅图2，当整个旋转放大式耗能自复位支撑受到压力作用时，外力推动导杆51朝向下连接件4方向移动，并使耗能端板56和固定螺母57跟随导杆51一起运动，同时通过耗能自复位核心组件5对阻尼液6的剪切和挤压作用进行缓冲耗能，外力消失后，通过耗能自复位核心组件5驱动导杆51复位。

请参阅图3，当整个旋转放大式耗能自复位支撑受到拉力作用时，外力拉动导杆51向远离下连接件4方向移动，耗能端板56带动下耗能端筒55同步移动，同时通过耗能自复位核心组件5对阻尼液6的剪切和挤压作用及阻尼液6流动起到耗能缓冲作用，外力消失后，通过耗能自复位核心组件5驱动导杆51复位；因此可保证整个支撑构件无论是受拉力作用或压力作用时，耗能自复位核心组件5均处于受力状态，为支撑构件自复位提供恢复力。

请参阅图1～图3，耗能自复位核心组件5在拉伸和压缩的变形过程中，不仅带动耗能旋转隔板53发生竖向运动，而且通过导杆51上第一螺旋槽513、耗能旋转隔板53内侧第二螺旋槽531和滚动件58的协同作用，支撑构件在变形过程中使耗能旋转隔板53发生旋转运动，产生放大效应的变形，这个放大效应可以通过对导杆51半径和耗能旋转隔板53外径的比值及第一螺旋槽513和第二螺旋槽531的疏密程度进行调节，通过放大的旋转变形运动进一步使支撑构件的耗能能力得到提升。

下耗能端筒55顶部设置有流通孔551，初始状态及支撑受拉状态下，耗能端板56盖合流通孔551，支撑受压状态下，耗能端板56脱离下耗能端筒55使其未盖合流通孔551。支撑构件受压时阻尼液6通过下耗能端筒55预留流通孔551在上储油箱和下储油箱之间自动调节，支撑受拉时阻尼液6通过下耗能端筒55与密封筒体3之间剪切缝隙在上储油箱和下储油箱之间自动调节。旋转放大式耗能自复位支撑在变形时内部各部件之间的摩擦力也能提供一定耗能能力。

下耗能端筒55筒壁可进一步限制耗能自复位核心的运动方向，具有限位能力。

其中耗能自复位核心组件5包括多个(数量根据实际情况而定)套设于导杆51的耗能旋转隔板53、设置于耗能旋转隔板53两侧的弹簧54，弹簧54可以为碟形弹簧、波形弹簧或螺旋弹簧，采用碟形弹簧作为自复位原件时，通过对碟形弹簧叠合、对合或混合等不同形式组合，拼装出构件所需承载力和变形量。当外力推动导杆51朝向下连接件4移动时，突出部511抵接于上耗能端筒52，并带动上耗能端筒52同步移动，从而使弹簧54被压缩，达到缓冲耗能作用；当外力拉动导杆51背离下连接件4移动时，耗能端板56带动下耗能端筒55同步移动，使弹簧54被压缩，达到支撑自复位耗能作用；并且通过耗能旋转隔板53可以减小弹簧54在拼装时可能出现的初始拼装缝隙。

本发明实施例一的一种旋转放大式耗能自复位支撑，耗能自复位核心组件5的采用可保证支撑无论处于受压状态还是受拉状态，耗能自复位核心组件5的弹簧54始终处于受压状态以提供自复位能力，在变形过程中耗能自复位核心组件5的宽翼缘不仅有竖向运动，同时通过第一螺旋槽513、第二螺旋槽531及滚动件58的作用，耗能旋转隔板53翼缘会产生放大的旋转变形，进一步提高对阻尼材料的剪切作用以提高耗能能力。本发明的旋转放大式耗能自复位支撑不仅具有自复位能力，并且具有稳定可靠的高效耗能能力。

请参阅图4，本发明实施例二的一种旋转放大式耗能自复位支撑，其结构与实施例一基本相同，其区别在于：上耗能端筒52、耗能旋转隔板53和下耗能端筒55分别形成阻尼孔59，供阻尼液6流通。上耗能端筒52、耗能旋转隔板53及下耗能端筒55贴合于密封筒体3内壁或与密封筒体3留有间隙。通过阻尼孔59方便阻尼液6在上耗能端筒52、耗能旋转隔板53及下耗能端筒55之间流通，起到阻尼耗能作用，并提升支撑构件的耗能能力及自复位能力。

上密封盖2罩设于密封筒体3的第一端并与密封筒体3可拆卸密封连接；密封筒体3的第二端开设有若干填充孔31，方便阻尼液6的填充；下连接件4罩设于密封筒体3的第二端并与密封筒体3可拆卸密封连接。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。