一种基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑
阅读说明：本技术 一种基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑 (Self-reset viscous energy dissipation support based on disc spring ) 是由 杜修力 李辉 董慧慧 古智钧 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：一种基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑,属于土木工程防灾减震技术领域。由粘滞阻尼器和组合碟簧并联组合构成,主要由左端板、右端板、粘滞阻尼器、外套管、内套管、组合碟簧、内挡块、挡板、外挡块组成。粘滞阻尼器固接在外套管的内侧,内套管为粘滞阻尼器的活塞杆与左端板连接,外套管与右端板固接。组合碟簧穿套在内套管上,并安置在挡板之间。此基于组合碟簧和粘滞阻尼器的耗能装置,通过外套管和内套管相对滑动,进而带动内挡块和外挡块推动挡板相向滑动,最终挤压组合碟簧,以实现装置无论是受拉还是受压,组合碟簧始终处于受压状态。本支撑能保证结构在地震作用下的变形和承载力要求,提高结构的抗震能力。(A self-resetting viscous energy dissipation support based on a disc spring belongs to the technical field of civil engineering disaster prevention and shock absorption. The viscous damper is formed by combining a viscous damper and a combined disc spring in parallel and mainly comprises a left end plate, a right end plate, the viscous damper, an outer sleeve, an inner sleeve, the combined disc spring, an inner stop block, a baffle plate and an outer stop block. The viscous damper is fixedly connected to the inner side of the outer sleeve, the inner sleeve is a piston rod of the viscous damper and is connected with the left end plate, and the outer sleeve is fixedly connected with the right end plate. The combined disc spring is sleeved on the inner sleeve in a penetrating way and is arranged between the baffles. This power consumption device based on combination dish spring and viscous damper through outer tube and interior sleeve pipe relative slip, and then drives interior dog and outer dog and promote the baffle and slide in opposite directions, finally extrudees combination dish spring to no matter realize that the device is drawn or pressurized, combination dish spring is in the pressurized state all the time. The support can ensure the deformation and bearing capacity requirements of the structure under the action of an earthquake, and improve the shock resistance of the structure.)
技术领域
本发明涉及土木工程抗震技术领域，是一种应用于结构和桥梁工程领域中的耗能减震构件，基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑具有良好的耗能能力和自复位能力。
背景技术
近年来，频发的地震现象给人们的生命和财产安全带来了严重的威胁，使得越来越多的学者关注和推动结构抗震技术的发展。地震会对结构产生严重的破坏，特别是大震时，会导致结构倒塌。传统的支撑虽然在一定程度上增大了结构的抗侧刚度，但也仅仅限于这一方面，其在大震周期荷载作用下易造成自身和连接处的破坏和失效，同时支撑屈曲后耗能能力变差，难以继续有效耗散地震能量。而粘滞阻尼器(3)不存在屈曲的问题，在受拉和受压时，可以提供相同的耗散地震能量的能力，因此克服了传统支撑受压时屈曲强度明显低于受拉时的拉伸强度，而且不会存在金属疲劳的情况。
地震之所以能够对结构产生巨大的损害，一方面是由于结构的刚度过小，震时产生了较大的侧向变形，另一方面是在地震作用后结构产生了较大的残余位移，残余位移的存在会严重损害结构抵抗余震的能力，特别是当残余变形角大于0.5％时，结构修复成本将大于重建成本。此时，可恢复功能抗震结构走入了众多学者的视线。目前，国内外学者已经研发了一些自复位支撑，虽然各种自复位支撑能够在耗能的同时实现自复位能力。如形状记忆合金、芳纶纤维，但是这些材料造价颇高；其次，部分自复位支撑的耗能采用摩擦耗能，摩擦面老化会使其耗能能力降低。而基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑不存在这些问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
发明的目的是为了解决普通耗能阻尼器在大震或中震作用下出现较大的残余变形而加大震后维护和重建成本的问题，为此提出一种基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑。
(二)技术方案
本发明为解决上述技术问题采取的方案如下：
采用粘滞阻尼器(3)作为耗能元件，可以有效避免屈曲问题和摩擦耗能存在的摩擦面老化问题。
采用预压碟簧作为新型的自复位元件，通过碟簧的叠合和并合来实现支撑的自复位能力。
基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑，由粘滞阻尼器和组合碟簧并联组合构成，主要由左端板(1)、右端板(2)、粘滞阻尼器(3)、外套管(4)、内套管(5)、组合碟簧(6)、内挡块(7)、挡板(8)、外挡块(9)组成。其耗能部分由粘滞阻尼器(3)承担，自复位部分由左端板(1)、右端板(2)、外套管(4)、内套管(5)、组合碟簧(6)、内挡块(7)、挡板(8)和外挡块(9)构成；
左端板(1)、右端板(2)位于最两端且平行相对，内套管(5)的左端与左端板(1)固定在一起，且轴向垂直左端板(1)，外套管(4)的右端与右端板(2)固定在一起，且轴向垂直右端板(2)；外套管(4)同轴套在内套管(5)外；左端板(1)与外套管(4)左端之间留有空隙；粘滞阻尼器(3)包括空腔圆筒状缸筒和内部活塞，空腔圆筒状缸筒内有粘滞流体，内部活塞边缘与缸筒内侧面有空隙，缸筒固接在外套管(4)的内侧同时套在内套管(5)外侧可沿内套管(5)的轴向滑动，活塞嵌套固定在内套管(5)外，当内套管(5)与外套管(4)发生相对位移时，带动粘滞阻尼器(3)缸筒和活塞产生相对运动，迫使粘滞流体从间隙流过，从而产生阻尼力，进而耗散能量。
内套管(5)与左端板(1)焊接在一起，外套管(4)与右端板(2)焊接在一起。
在内套管(5)与外套管(4)空隙两端均设有圆环状的内挡块(7)、圆环状的外挡块(9)、圆环状的挡板(8)和数个叠合或并合的预压组合碟簧(6)；内挡块(7)穿套在内套管(5)上，并与内套管(5)固接在一起，内挡块(7)外部设置有外挡块(9)，外挡块(9)的外部固接在外套管(4)内表面，内挡块(7)和外挡块(9)之间留有空隙且内挡块(7)和外挡块(9)在同一竖直径面上；挡板(8)穿套在内套管(5)上，挡板(8)紧贴内挡块(7)和外挡块(9)，且挡板(8)可沿内套管(5)轴向自由滑动，内套管(5)与外套管(4)空隙两端各有两个挡板(8)；数个叠合或并合的预压组合碟簧(6)穿套在内套管(5)外同时位于外套管(4)内，数个叠合或并合的预压组合碟簧(6)轴向两端分别设有对应的一套内挡块(7)、圆环状的外挡块(9)、圆环状的挡板(8)，挡板(8)紧贴数个叠合或并合的预压组合碟簧(6)轴向端部；数个叠合或并合的预压组合碟簧(6)以及其两端配套的内挡块(7)、圆环状的外挡块(9)、圆环状的挡板(8)记为组合装置，在在内套管(5)与外套管(4)空隙两端分别各设有一套组合装置；粘滞阻尼器(3)位于两套组合装置之间。
左端板(1)、右端板(2)、外套管(4)、内套管(5)、组合碟簧(6)、内挡块(7)、挡板(8)和外挡块(9)组成自复位系统。
当内套管(5)与外套管(4)发生相对位移时，带动内挡块(7)和外挡块(9)产生相对错动，进而推动挡板(8)相向滑动，最终挤压组合碟簧(6)，在该机制下，无论支撑是受拉还是受压，碟簧始终都处于受压状态，为支撑提供自复位能力。
本发明的工作机理是：本发明所述的基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑，其耗能部分和自复位部分均置于外套管(4)之中，耗能部分与自复位部分属于并联关系。当发生地震时，基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑所承受的轴力，一方面由粘滞阻尼器(3)承担，另一方面由自复位部分承担。当支撑所受的轴向力大于组合碟簧(6)的预压力时，外套管(4)和内套管(5)开始相对滑动，组合碟簧(6)受压收缩为支撑提供足够的恢复力。内套管(5)固接在左端板(1)上，外套管(4)固接在右端板(2)上，左端板(1)与内套管(5)之间留有空隙。当左端板(1)推动内套管(5)滑动时，粘滞阻尼器(3)便开始耗能。
本发明的优点在于：
本发明是一种基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑，抗震减震效果明显，具有良好的耗能能力和自复位能力，如下：
1、采用粘滞阻尼器(3)作为耗能元件，可以有效避免摩擦耗能存在的摩擦面老化而引起的耗能能力减弱的问题，并且作为粘性液体耗能元件，粘滞阻尼器(3)不存在金属在往复荷载作用下疲劳失效的问题。
2、采用碟簧作为自复位元件，不同数量的碟簧通过叠合和并合而组合在一起并在施加预压力后能满足支撑不同的轴向位移和恢复力的需求，解决了现有的自复位材料弹性变形能力不足以及造价昂贵的问题。
3、支撑轴向力由粘滞阻尼器(3)和组合碟簧(6)共同分担，由于地震输入能量而产生的碟簧压缩可用于支撑的恢复力。
4、自复位部分采用较好的机制，使得支撑不论在受拉还是受压的状态下，组合碟簧(6)始终处于受压状态，使碟簧得到充分利用，为支撑提供自复位能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明技术手段，以下结合附图与
具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1为一种基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑的结构三维图。
图2为一种基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑的结构剖视图。
图3为一种基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑的结构A-A截面图。
图4为一种基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑的结构B-B截面图。
图5为一种基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑的结构C-C截面图。
图6为碟簧三维图。
附图标记说明：
1—左端板；2—右端板；3—粘滞阻尼器；4—外套管；5—内套管；6—组合碟簧；7—内挡块；8—挡板(8)；9—外挡块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细描述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的基于碟簧的自复位粘滞耗能支撑，通过耗能组件和自复位组件组合而成。
耗能部分：粘滞阻尼器(3)固定在外套管(4)内侧，内套管(5)固接在左端板(1)上，外套管(4)固接在右端板(2)上，当支撑构件受拉或受压时，外套管(4)和内套管(5)发生相对滑动，粘滞阻尼器(3)开始耗能。
自复位部分：在外套管(4)和内套管(5)空隙两端均设有内挡块(7)、挡板(8)和外挡块(9)。内挡块(7)穿套在内套管(5)上，并与内挡块(5)固接在一起，内挡块(7)的外部设置有外挡块(9)，外挡块(9)固接在外套管(4)内侧，内挡块(7)和外挡块(9)之间留有空隙且内挡块(7)和外挡块(9)在同一竖直面上。挡板(8)穿套在内套管(5)上，挡板(8)紧贴内挡块(7)和外挡块(9)，且挡板(8)可沿内套管(5)轴向自由滑动，内套管(5)与外套管(4)空隙两端各有两个挡板(8)。在外套管(4)和内套管(5)每端的两个挡板(8)之间填充有数个叠合或并合的预压碟簧。当外套管(4)和内套管(5)发生相对位移的时候，带动内挡块(7)和外挡块(9)产生相对错动，进而推动挡板(8)相向滑动，最终挤压组合碟簧(6)，在该机制下，支撑无论受拉还是受压，碟簧始终处于受压状态以保证碟簧得到充分利用，并为支撑提供自复位能力。
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