一种具有位移放大功能的摩擦自复位支撑

1.本发明涉及土木建筑结构技术领域，具体而言是一种支撑结构，尤其涉 及一种具有位移放大功能的摩擦自复位支撑。


背景技术：

2.具有自复位功能的支撑结构是一种既能在震后为结构提供复位力又能在 地震过程中消耗地震输入能量的新型支撑结构形式。已有研究表明，采用形 状记忆合金、环簧、组合碟簧、预应力钢绞线等均可实现结构的自复位性 能，进而降低结构残余变形实现结构复位。
3.然而，已有自复位支撑存在诸多问题。与传统耗能支撑相比，自复位支 撑由于其复位功能的存在导致其耗能能力明显降低；而且已有自复位支撑， 复位系统与耗能系统连接形式复杂，提高了安装成本及加工过程中产生的费 用；与传统耗能支撑相比，自复位支撑无法充分发挥其耗能系统的变形能力， 耗能不足并导致结构的峰值位移、峰值加速度增加，导致结构附属敏感部件 造成破坏，并降低结构舒适度。现有自复位支撑往往需要提供较高的初始预 拉(压)力，促使其完成复位功能，以此确保支撑耗能系统能够完全复位或 产生更低的残余变形。
4.因此，开发一种具有位移放大功能并且具有自复位性能的支撑装置具有 重要的实际工程意义。


技术实现要素：

5.根据上述技术问题，而提供一种具有位移放大功能的摩擦自复位支撑。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种具有位移放大功能的摩擦自复位支撑，所述摩擦自复位支撑包括两 个左右对称设置的加载控件，且所述加载控件前后延伸，两个所述加载控件 之间设置有两个前后对称设置的桥式放大机构；两个所述桥式放大机构和两 个所述加载控件围成一个闭合空间；
8.所述桥式放大机构包括两个上下对称设置的外摩擦板，两个所述外摩擦 板的左右两部分别夹有向所述闭合空间外部倾斜的转动内摩擦板，所述转动 内摩擦板被夹持的一端具有上下凸出的内摩擦块，且所述外摩擦板在所述内 摩擦块所在处具有与所述内摩擦块相配合的外摩擦孔，所述内摩擦块设置在 所述外摩擦孔内；所述转动内摩擦板远离所述外摩擦板的一端与所述加载控 件的端部铰接；
9.所述外摩擦板由位于中间的固定外摩擦板和分别位于其左右两侧的活动 外摩擦板拼接形成；所述固定外摩擦板和所述活动外摩擦板的拼接处分别具 有凹槽，两个所述凹槽拼接后形成所述外摩擦孔；所述固定外摩擦板的前后 两侧分别对称布置有左右延伸的弹性复位件，所述弹性复位件穿过两个所述 活动外摩擦板和所述固定外摩擦板，且所述弹性复位件的两端采用锁紧螺母 锁死。
10.所述预压杆轴穿过两个所述活动外摩擦板和所述固定外摩擦板，且所述 预压杆轴的两端分别设置有轴肩凸起，所述轴肩凸起与所述固定外摩擦板之 间设置有套设在所述预压杆轴上的弹簧。
11.加载控件受载后，所述外摩擦板和所述转动内摩擦板摩擦耗能，且所述 活动外摩擦板与所述固定外摩擦板分离，分离过程中对弹性复位件施加作用 力，使弹性复位件形变；卸载后，弹性复位件形变恢复初始状态，带动外摩 擦板和所述转动内摩擦板复位。
12.优选地，所述弹性复位件为具有自复位性能的形状记忆合金杆sma，所 述锁紧螺母与所述活动外摩擦板相抵。
13.或所述弹性复位件包括两端穿过两个所述活动外摩擦板和所述固定摩擦 板的预压杆轴，所述锁紧螺母与所述活动外摩擦板之间设置有套设在所述预 压杆轴上的弹簧。所述弹簧为组合碟簧或环簧。
14.优选地，所述摩擦自复位支撑未受载时，所述转动内摩擦板与左右水平 延伸的水平线的夹角α小于45
°
。
15.优选地，所述外摩擦孔和所述内摩擦块的横截面均呈正多边形。
16.优选地，所述外摩擦孔和所述内摩擦块的横截面均呈正六边形。
17.优选地，所述固定外摩擦板的前后两端分别对称设置有固定连接板组； 所述固定连接板组包括分别对称设置在所述固定外摩擦板左右两个端部处， 并与所述固定外摩擦板一体的固定连接板；所述固定连接板上设置有供所述 弹性复位件预压杆轴穿过的预紧力内孔；所述活动外摩擦板的前后两端分别 对称设置有与其一体的活动连接板，所述活动连接板上设置有供所述弹性复 位件预压杆轴穿过的预压力外孔。
18.优选地，所述加载控件的中间固定有加载轴，所述加载轴的延伸方向为 左右方向，其上下两端具有加载轴孔；
19.所述转动内摩擦板包括转动板，所述转动板的一端具有所述内摩擦面， 所述转动板的另一端具有转动板轴孔，转动轴穿过所述加载轴孔和所述转动 板轴孔后实现所述转动内摩擦板与所述加载控件的铰接，且所述转动轴的两 端具有轴帽。
20.加载前对组合碟簧施加初始预压力，确保整个摩擦自复位支撑带动主体 结构进行复位；加载过程中，加载控件带动转动摩擦板转动，使转动摩擦板 的内摩擦块与外摩擦孔进行摩擦完成耗能，随着位移的增大组合碟簧压缩变 形增大，进而摩擦力增大。卸载过程中，组合碟簧的初始预压力和受到压缩 后的弹簧反作用力促使内摩擦面与外摩擦面恢复至初始紧扣无缝隙状态，并 促使主体结构恢复到初始平衡位置。
21.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
22.1)支撑采用桥式放大机构设计原则，当倾角α小于45
°
时，耗能系统 内外摩擦板的转动位移将被成倍放大。
23.2)该支撑耗能、复位系统于一体，弹性复位件的复位功能完全用于摩擦 自复位支撑的内外摩擦板的变形进行复位，无需为摩擦自复位支撑本身提供 复位力。
24.3)可以用于工程结构的抗风和抗震，即可作为结构建造过程中的附加减 震装置，也可用于现有建筑结构的后期加固，能够有效提高结构的舒适度及 抗震性能。
25.4)采用金属摩擦耗能的同时，弹性复位件既能有耗能作用还能够提供复 位。
26.5)既可以采用预压杆轴和弹簧的组合，又可以采用形状记忆合金作为复 位材料，
根据使用工况自行选择。基于上述理由本发明可在土建结构等领域 广泛推广。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下 面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例1中一种具有位移放大功能的摩擦自复位支撑结构 示意图。
29.图2为本发明实施例1和2中加载控件结构示意图。
30.图3为本发明实施例1和2固定外摩擦板结构示意图。
31.图4为本发明实施例1和2活动外摩擦板结构示意图。
32.图5为本发明实施例1和2转动内摩擦板结构示意图。
33.图6为本发明实施例1和实施例2中转动内摩擦板与水平线夹角图。图7为本发明实施例2中一种具有位移放大功能的摩擦自复位支撑结构 示意图。
具体实施方式
34.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特 征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本 发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术 人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明 保护的范围。
36.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意 图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外 明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当 在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步 骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
37.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布 置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描 述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对 于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在 适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示 出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作 为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相 似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图 中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、 右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关 系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化 描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不
指示和暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的 内外。
39.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、
ꢀ“
在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所 示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空 间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的 不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造 上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或 构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上 方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其 他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相 对描述作出相应解释。
40.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件， 仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有 特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
41.实施例1
42.如图1～6所示，一种具有位移放大功能的摩擦自复位支撑，摩擦自复位 支撑包括两个左右对称设置的加载控件1，且加载控件1前后延伸，两个加 载控件1之间设置有两个前后对称设置的桥式放大机构；两个桥式放大机构 和两个加载控件1围成一个闭合空间；
43.如图2所示，加载控件1的中间固定有加载轴101，加载轴101的延伸 方向为左右方向，其上下两端具有加载轴孔102；
44.桥式放大机构包括两个上下对称设置的外摩擦板两个外摩擦板的左右两 部分别夹有向闭合空间外部倾斜的转动内摩擦板4；如图6所示，摩擦自复 位支撑未受载时，转动内摩擦板4与左右水平延伸的水平线的夹角α小于45
ꢀ°
。
45.如图5所示，转动内摩擦板4包括转动板401，转动板401被夹持的一 端具有上下凸出内摩擦块，内摩擦块整体呈正六边形，转动板401的另一端 具有转动板轴孔402；外摩擦板在内摩擦块403所在处具有与内摩擦块相配 合的外摩擦孔，内摩擦块设置在外摩擦孔内；内摩擦块的侧壁形成内摩擦面 403，外摩擦孔的孔壁形成外摩擦面。
46.转动内摩擦板4具有转动板轴孔403的一端与加载控件1铰接，铰接方 式如下：转动轴穿过加载轴孔102和转动板轴孔403后实现转动内摩擦板3 与加载控件1的铰接，且转动轴的两端具有轴帽。
47.外摩擦板由位于中间的固定外摩擦板2和分别位于其左右两侧的活动外 摩擦板3拼接形成；固定外摩擦板2和活动外摩擦板3的拼接处分别具有凹 槽，固定外摩擦板2处的凹槽的侧壁形成固定外摩擦面202，活动外摩擦板3 的凹槽的侧壁形成活动外摩擦面302，两个凹槽拼接后形成上述外摩擦孔， 外摩擦孔呈正六边形，固定外摩擦面202和活动外摩擦面302形成上述外摩 擦面；
48.固定外摩擦板2的前后两侧分别对称布置有左右延伸的预压杆轴5，固 定外摩擦板2的前后两端分别对称设置有固定连接板组；固定连接板组包括 分别对称设置在固定外摩擦板2左右两个端部处，并与固定外摩擦板2一体 的固定连接板；如图3所示，固定连接板上设置有供预压杆轴5穿过的预紧 力内孔201；活动外摩擦板3的前后两端分别对称设置有
与其一体的活动连 接板，如图4所示，活动连接板上设置有供预压杆轴5穿过的预压力外孔301。 预压杆轴5穿过两个活动外摩擦板3和固定外摩擦板2，且预压杆轴5的两 端分别设置有锁紧螺母，锁紧螺母与固定外摩擦板2之间设置有套设在预压 杆轴5上的组合碟簧6，组合碟簧6由多个碟簧组合形成。
49.加载前对组合碟簧施6加初始预压力，确保整个摩擦自复位支撑带动主 体结构进行复位；加载过程中，加载控件1带动转动摩擦板4转动，使转动 摩擦板4的内摩擦面403与外摩擦面进行摩擦完成耗能，随着位移的增大组 合碟簧6压缩变形增大，进而摩擦力增大。卸载过程中，组合碟簧6的初始 预压力和受到压缩后的弹簧反作用力促使内摩擦面403与外摩擦面恢复至初 始紧扣无缝隙状态，并促使主体结构恢复到初始平衡位置。
50.实施例2
51.如图2～7所示，本实施例与实施例1的不同之处在于采用具有自复位性 能的形状记忆合金杆7对整个装置进行复位，而不是采用预压杆轴5和组合 碟簧6，形状记忆合金杆7的两端分别穿过两个活动外摩擦板3和固定外摩 擦板2，并通过锁紧螺母锁紧，且所述锁紧螺母与所述活动外摩擦板3相抵。
52.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修 改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替 换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。