一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置

本发明涉及建筑工程抗震，具体涉及一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置。

背景技术：

1、传统结构的抗震设计主要利用主体结构的抗侧力构件在地震作用下产生的塑性变形进行耗能，这就对结构构件的延性提出了很高的要求，因此，为了提高主体结构的抗震性能，在主体结构的抗震设计中通常设置多道抗震防线，选用与主体结构的刚度和极限承载力等相匹配的耗能构件是常用的方法，但这种耗能构件单一的耗能过程往往存在耗能不足的缺点，震后的复位能力差，且使用相匹配的耗能构件，若构件在使用过程中受损就需要整个更换，比较麻烦，影响修复效率。

2、而附加耗能装置是提高建筑结构抗震韧性的重要方法之一，通常与自复位、摇摆、可更换等减隔震技术联合使用，传统的附加耗能装置主要以钢板屈服而产生的塑性变形进行耗能为主，震后更换受损的耗能钢板可使附加耗能装置的耗能能力得到恢复，这类耗能装置耗能能力强，但不具备自复位能力，这就导致主体结构可能在震后存在较大的残余位移，而相关研究表明，当主体结构的残余位移角超过0.5％时，对其进行修复的成本将高于重建成本，因此，若使附加耗能装置具有耗能能力的同时还具备自复位能力，将能有效提高建筑结构的震后功能可恢复能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，包括核心组件、连接组件、环形弹簧、约束板、限位板和紧固组件，所述连接组件上下对称设置有两个，所述核心组件固定设置在两个连接组件之间，所述核心组件对称设置有两个，所述核心组件上设置有核心板，所述约束板和限位板均设置有两个，所述限位板对称设置在核心板两侧，且位于两个连接组件之间，两个约束板对称设置在核心板两端，且位于两个限位板之间，所述环形弹簧设置在限位板外侧，所述紧固组件包括长螺栓和短螺栓，所述长螺栓将限位板与约束板紧固，所述短螺栓将核心组件与连接组件紧固。

3、进一步的，所述核心组件上还设置有端板，核心板垂直设置在端板中部，所述端板与核心板固定连接，所述核心板两侧表面呈锯齿状，所述约束板两侧表面呈锯齿状，所述限位板与核心板贴合的一侧表面呈锯齿状。

4、进一步的，所述核心板两侧表面对称设置有第一凸块，核心板每侧表面上的第一凸块均设置有多个，第一凸块截面呈三角形，相邻两个第一凸块连接处形成第一凹槽，所述第一凸块的截面与第一凹槽的截面配合形成锯齿状。

5、进一步的，所述约束板与核心板之间设置有间隙，所述约束板两侧表面中部对称设置有第二凸块，第二凸块的截面形状为三角形，所述约束板每侧表面上的第二凸块均设置有多个，靠近约束板中部的相邻第二凸块之间形成第二凹槽，靠近约束板两端的相邻第二凸块之间形成第三凹槽，所述约束板两端的第三凹槽分别与两个核心板位于同侧表面上的第一凹槽对齐，所述第二凸块、第二凹槽、第三凹槽的截面配合形成锯齿状。

6、进一步的，所述限位板远离核心组件的一侧表面为平面，所述限位板靠近核心组件的一侧表面开设有多个第四凹槽，第四凹槽的截面呈三角形，靠近限位板两端的相邻的第四凹槽之间形成第三凸块，靠近限位板中部的相邻的第四凹槽之间形成第四凸块，所述第三凸块、第四凹槽、第四凸块的截面配合形成锯齿状。

7、进一步的，所述限位板两端的第三凸块分别与两个核心板上的第一凹槽配合，所述限位板上的第四凹槽分别与两个核心板上的第一凸块配合，所述约束板上的第二凸块分别与两个核心板上的第一凸块对齐，所述第三凸块与第三凹槽配合，所述第四凹槽与第二凸块配合，所述第四凸块与第二凹槽配合。

8、进一步的，连接组件包括固定板和耳板，所述固定板通过短螺栓与端板紧固连接，所述固定板远离核心组件的一侧表面中部间隔设置有耳板。

9、进一步的，所述第三凹槽中部开设有第一销轴孔，所述第三凸块中部开设有第二销轴孔，所述第一销轴孔与第二销轴孔对齐，所述长螺栓穿设在第一销轴孔与第二销轴孔中。

10、进一步的，所述环形弹簧通过长螺栓固定在限位板设有平面的一侧，所述环形弹簧包括外环、内环，所述内环插设在外环两端开口处。

11、进一步的，所述外环两端的内表面为锥面，内环的外表面为锥面，外环内锥面的锥度与内环外锥面的锥度相等，所述内环中部开设有第三销轴孔，所述长螺栓穿设在第三销轴孔中。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

13、1.本发明提供的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，设置的核心板与限位板之间贴合的锯齿状面可以为整个装置提供耗能能力，设置的环形弹簧具有超弹性性能，有效提高了构件的自复位能力，耗能和自复位能力的结合可有效减轻地震发生时结构构件所受的损伤和残余位移，有利于提高建筑结构的抗震韧性。

14、2.本发明提供的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，该装置中的各个构件具有较高的独立性，具有可更换性，当某个构件受损时，仅需要更换对应受损的构件即可，各个构件之间高度的独立性大大提高了整个装置的修复效率，可以快速恢复整个装置的正常使用功能。

15、3.本发明提供的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，核心板与限位板之间、限位板与约束板之间设置的锯齿状面，通过在加工时改变斜面的倾斜程度以及贴合面的动摩擦系数，在安装时调整螺栓预紧力的大小，即可对该装置的耗能能力进行精准调控，设置的约束板与核心板之间预留了空隙，保证了核心板在平面内不仅能产生轴向变形，还能在平面内产生侧向转动，一定程度上降低了耗能装置的受损概率。

16、4.本发明提供的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，耗能装置在受拉或受压时核心板与限位板之间产生位移，二者之间贴合的锯齿状面导致限位板在平面内产生整体位移，进而使螺栓杆上的轴向力增大，使限位板和核心板贴合面上的挤压力增大，从而使得贴合面上的摩擦力增大，装置的耗能能力增加，而在复位时除了外荷载作用外，环形弹簧具有超弹性的外环向内的挤压作用力将会更进一步为装置提高自复位能力。

技术特征：

1.一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，其特征在于：包括核心组件(1)、连接组件(2)、环形弹簧(3)、约束板(4)、限位板(5)和紧固组件(6)，所述连接组件(2)上下对称设置有两个，所述核心组件(1)固定设置在两个连接组件(2)之间，所述核心组件(1)对称设置有两个，所述核心组件(1)上设置有核心板(11)，所述约束板(4)和限位板(5)均设置有两个，所述限位板(5)对称设置在核心板(11)两侧，且位于两个连接组件(2)之间，两个约束板(4)对称设置在核心板(11)两端，且位于两个限位板(5)之间，所述环形弹簧(3)设置在限位板(5)外侧，所述紧固组件(6)包括长螺栓(61)和短螺栓(62)，所述长螺栓(61)将限位板(5)与约束板(4)紧固，所述短螺栓(62)将核心组件(1)与连接组件(2)紧固。

2.根据权利要求1所述的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，其特征在于：所述核心组件(1)上还设置有端板(12)，核心板(11)垂直设置在端板(12)中部，所述端板(12)与核心板(11)固定连接，所述核心板(11)两侧表面呈锯齿状，所述约束板(4)两侧表面呈锯齿状，所述限位板(5)与核心板(11)贴合的一侧表面呈锯齿状。

3.根据权利要求2所述的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，其特征在于：所述核心板(11)两侧表面对称设置有第一凸块(112)，核心板(11)每侧表面上的第一凸块(112)均设置有多个，第一凸块(112)截面呈三角形，相邻两个第一凸块(112)连接处形成第一凹槽(111)，所述第一凸块(112)的截面与第一凹槽(111)的截面配合形成锯齿状。

4.根据权利要求3所述的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，其特征在于：所述约束板(4)与核心板(11)之间设置有间隙，所述约束板(4)两侧表面中部对称设置有第二凸块(42)，第二凸块(42)的截面形状为三角形，所述约束板(4)每侧表面上的第二凸块(42)均设置有多个，靠近约束板(4)中部的相邻第二凸块(42)之间形成第二凹槽(43)，靠近约束板(4)两端的相邻第二凸块(42)之间形成第三凹槽(44)，所述约束板(4)两端的第三凹槽(44)分别与两个核心板(11)位于同侧表面上的第一凹槽(111)对齐，所述第二凸块(42)、第二凹槽(43)、第三凹槽(44)的截面配合形成锯齿状。

5.根据权利要求4所述的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，其特征在于：所述限位板(5)远离核心组件(1)的一侧表面为平面，所述限位板(5)靠近核心组件(1)的一侧表面开设有多个第四凹槽(54)，第四凹槽(54)的截面呈三角形，靠近限位板(5)两端的相邻的第四凹槽(54)之间形成第三凸块(52)，靠近限位板(5)中部的相邻的第四凹槽(54)之间形成第四凸块(53)，所述第三凸块(52)、第四凹槽(54)、第四凸块(53)的截面配合形成锯齿状。

6.根据权利要求5所述的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，其特征在于：所述限位板(5)两端的第三凸块(52)分别与两个核心板(11)上的第一凹槽(111)配合，所述限位板(5)上的第四凹槽(54)分别与两个核心板(11)上的第一凸块(112)配合，所述约束板(4)上的第二凸块(42)分别与两个核心板(11)上的第一凸块(112)对齐，所述第三凸块(52)与第三凹槽(44)配合，所述第四凹槽(54)与第二凸块(42)配合，所述第四凸块(53)与第二凹槽(43)配合。

7.根据权利要求2所述的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，其特征在于：连接组件(2)包括固定板(21)和耳板(22)，所述固定板(21)通过短螺栓(62)与端板(12)紧固连接，所述固定板(21)远离核心组件(1)的一侧表面中部间隔设置有耳板(22)。

8.根据权利要求6所述的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，其特征在于：所述第三凹槽(44)中部开设有第一销轴孔(41)，所述第三凸块(52)中部开设有第二销轴孔(51)，所述第一销轴孔(41)与第二销轴孔(51)对齐，所述长螺栓(61)穿设在第一销轴孔(41)与第二销轴孔(51)中。

9.根据权利要求1所述的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，其特征在于：所述环形弹簧(3)通过长螺栓(61)固定在限位板(5)设有平面的一侧，所述环形弹簧(3)包括外环(31)、内环(32)，所述内环(32)插设在外环(31)两端开口处。

10.根据权利要求9所述的一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，其特征在于：所述外环(31)两端的内表面为锥面，内环(32)的外表面为锥面，外环(31)内锥面的锥度与内环(32)外锥面的锥度相等，所述内环(32)中部开设有第三销轴孔(33)，所述长螺栓(61)穿设在第三销轴孔(33)中。

技术总结
本发明涉及建筑工程抗震技术领域，具体涉及一种带环形弹簧的自复位变摩擦耗能装置，包括核心组件、连接组件、环形弹簧、约束板、限位板和紧固组件，连接组件上下对称设置有两个，核心组件固定设置在两个连接组件之间，核心组件对称设置有两个，核心组件上设置有核心板，限位板对称设置在核心板两侧，且位于两个连接组件之间，约束板对称设置在核心板两端，环形弹簧设置在限位板外侧，紧固组件包括长螺栓和短螺栓，长螺栓将限位板与约束板紧固，短螺栓将核心组件与连接组件紧固。本发明中，设置的核心板与限位板之间贴合的锯齿状面可以为装置提供耗能能力，设置的环形弹簧具有超弹性性能，有效提高了构件的自复位能力。

技术研发人员：王建军,韩建平,许继祥
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15