申请/专利权人：扬州大学

申请日：2018-11-19

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN109356425B

主分类号：E04H9/02

分类号：E04H9/02;E04B1/98

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2019.03.15#实质审查的生效;2019.02.19#公开

摘要：本发明公开了一种免预应力自复位耗能拉索支撑，包括复位机构、耗能机构、限力耗能机构、高强钢索和套筒；复位机构包括滑动端板、弹簧、连杆；弹簧一端与套筒内壁连接固定，另一端与滑动端板连接，连杆一端与滑动端板中心锚固，另一端穿过弹簧的固定端；耗能机构包括转轴、转轮、摩擦板、链条、十字连接件,转轴与套筒固定，摩擦板设置在转轮两侧,两个链条分别连接两个转轮，并由十字连接件两侧相连，十字连接件另外两侧分别与连杆和高强钢索连接；限力耗能机构为设在十字连接件内部的低碳钢连接板，低碳钢连接板与十字连接件卡接固定，高强钢索穿入十字连接件内部与低碳钢连接板锚固。本发明无需施加预应力即可实现自复位功能。

主权项：1.一种免预应力自复位耗能拉索支撑，包括复位机构、耗能机构、高强钢索（5）和套筒（1）；其特征在于：所述复位机构包括滑动端板（6）、弹簧（2）和连杆（7）；所述弹簧（2）一端与套筒（1）内壁连接，另一端与滑动端板（6）连接，连杆（7）一端与滑动端板（6）锚固，另一端穿过弹簧（2）的固定端；所述耗能机构包括链条（4）、十字连接件（8）、转轴（9）以及可绕转轴（9）旋转的转轮（3）和摩擦板（13）；所述转轴（9）固定于套筒（1），摩擦板（13）设置在转轮（3）两侧并预压紧转轮（3），由转轴（9）串联；链条（4）连接两个转轮（3），十字连接件（8）两侧分别与链条（4）相连，十字连接件（8）另外两侧分别与连杆（7）和高强钢索（5）锚固；所述免预应力自复位耗能拉索支撑还包括限力耗能机构，所述限力耗能机构由设在十字连接件（8）内部的低碳钢连接板（19）构成，所述低碳钢连接板（19）与十字连接件（8）卡接固定，高强钢索（5）穿入十字连接件（8）内部与低碳钢连接板（19）锚固；所述转轮（3）包括大链轮（10）和压紧于大链轮（10）两侧面的小链轮一（11）和小链轮二（12）；所述摩擦板（13）分别设置于小链轮一（11）和小链轮二（12）端面两侧并压紧小链轮一（11）和小链轮二（12）的端面；链条（4）与大链轮（10）外齿啮合，大链轮（10）转动时带动小链轮一（11）与小链轮二（12）转动；大链轮（10）设有内齿，小链轮一（11）上设置有棘爪（14），棘爪（14）可转动，所述棘爪（14）以卡在大链轮（10）的内齿凹陷处为初始位置，小链轮一（11）与小链轮二（12）连接且同步转动；所述小链轮一（11）上设置有弹簧片（15），所述弹簧片（15）底部固定在小链轮一（11）上，活动端与棘爪（14）接触；所述转轮3的数量为四个，所述链条（4）的数量为两条，每一条链条（4）连接两个转轮（3），链条（4）对称设置于十字连接件（8）两侧，并与十字连接件（8）固定连接。

全文数据：免预应力自复位耗能拉索支撑技术领域本发明涉及一种减震装置，具体为一种免预应力自复位耗能拉索支撑。背景技术支撑框架作为高效的抗侧力体系，广泛应用于工程抗震领域。然而传统的支撑框架体系在强震后往往会产生较大的不可恢复变形，严重危害建筑物的安全，修复困难且代价高昂。自复位支撑是一种较为新颖的支撑形式，可有效解决现有支撑结构震后难以修复的问题。但现有的自复位支撑多采用预应力实现支撑的自复位功能，存在一些不足：1预应力施加繁琐、困难,张拉控制应力不易准确控制；2预应力损失难以避免，影响复位效果；3预应力材料要求高，多采用纤维增强复合材料，价格昂贵；4锚具往往需经过特殊设计，安装困难；5在超过设防烈度地震作用下，缺乏有效的保护机制。发明内容发明目的：本发明公开了一种免预应力自复位耗能拉索支撑，无需施加预应力即可实现自复位功能；在超过设防烈度地震作用下，通过设置限力耗能机构遏止支撑内力的增长，并提高耗能能力，加强对结构构件的保护；精简结构，易于加工，降低造价。技术方案：一种免预应力自复位耗能拉索支撑，包括复位机构、耗能机构、限力耗能机构、高强钢索和套筒；其中，复位机构包括滑动端板、弹簧和连杆；弹簧一端与套筒内壁连接，另一端与滑动端板连接，连杆一端与滑动端板锚固，另一端穿过弹簧的固定端；其中，耗能机构包括链条、十字连接件、转轴以及可绕转轴旋转的转轮和摩擦板；转轴固定于套筒，摩擦板设置在转轮两侧并预压紧转轮，由转轴串联；链条连接两个转轮，十字连接件两侧分别与链条相连，十字连接件另外两侧分别与连杆和高强钢索锚固。其中，限力耗能机构由设在十字连接件内部的低碳钢连接板构成，低碳钢连接板与十字连接件卡接固定，高强钢索穿入十字连接件内部与低碳钢连接板锚固。在遭受超过设防烈度地震条件下，高强钢索拉力增大直至使低碳钢连接板屈服，从而遏止了支撑拉力的增加，同时还补充提供了耗能能力，进一步保护主体结构。具体的，低碳钢连接板为“T”字形结构，“T”字形低碳钢连接板水平段与十字连接件卡接固定，竖直段与高强钢索位于同一直线上，高强钢索与低碳钢连接板竖直段连接。具体的，摩擦板两侧通过螺栓旋紧在摩擦板与转轮之间建立预压力。转轮包括大链轮和压紧于大链轮两侧面的小链轮一和小链轮二；摩擦板分别设置于小链轮一和小链轮二端面两侧并压紧小链轮一和小链轮二的端面；链条与大链轮外齿啮合，大链轮转动时带动小链轮一与小链轮二转动。大链轮设有内齿，小链轮一上设置有棘爪，棘爪可转动，棘爪以卡在大链轮的内齿凹陷处为初始位置，小链轮一与小链轮二连接且同步转动。棘爪端部开通孔，小链轮一上开设有与该通孔对应的非通孔槽；小链轮二上设有圆柱，长度短于大链轮宽度，圆柱穿过棘爪上的通孔，插入小链轮一上的非通孔槽内与小链轮一固定连接。小链轮一上设置有弹簧片，弹簧片底部固定在小链轮一上，活动端与棘爪接触。转轮的数量为四个，链条的数量为两条，每一条链条连接两个转轮，链条对称设置于十字连接件两侧，并与十字连接件固定连接。其中，转轴为不规则柱体，中间为圆柱体，宽度与转轮相同，圆柱体两侧突变为矩形柱体，宽度与摩擦板同，其后两侧开设螺纹，转轴端部设方形卡口，尺寸略小于螺纹处，转轮套设于中间的圆柱体上，摩擦板套设于突变的矩形柱体上。其中，套筒整体近似为箱形，中间设有隔板将套筒分为两部分，分别设复位机构和耗能机构，隔板中间开设通孔，设有耗能机构一侧部分开设方形卡口，以卡住转轴两端，套筒开设方形卡口的其中之一侧面，设置为可打开，以便于结构安装。有益效果：本发明提出的一种免预应力自复位耗能拉索支撑，结构新颖，工作原理清晰，结构上由复位机构、耗能机构、限力耗能机构、高强钢索和套筒连接构成，与现有的自复位耗能支撑相比，具有以下优点：1无需施加预应力，实现自复位功能。在地震作用下，支撑处于反复加载与卸载两种状态，其中卸载是支撑复位的过程。由于转轮的存在，在加载过程，棘爪卡住大链轮，大链轮与小链轮一和小链轮二协同工作，受到摩擦板的摩擦力，卸载过程，棘爪无法卡住大链轮，大链轮与小链轮一和小链轮二互不影响，且不存在摩擦力阻碍，所以同处在弹性变形范围内的弹簧与高强钢索的变形得以恢复，从而实现自复位。2通过设置限力耗能机构，使得支撑在超过设防烈度的地震条件下，一方面，可有效遏止支撑内力增长；另一方面还可以进一步补充提供耗能能力，从而加强对梁、柱等主体结构构件的保护。附图说明图1是本发明的整体结构正视图；图2是本发明的整体结构俯视图；图3是本发明中转轮结构示意图；图4是本发明中大链轮与小链轮一结构示意图；图5是本发明中摩擦板立体结构示意图；图6是本发明中小链轮一立体结构示意图；图7是本发明中小链轮二立体结构示意图；图8是本发明中链条立体结构示意图；图9是本发明中转轴平面、立体结构示意图；图10是本发明中套筒立体结构示意图；图11是本发明中滑动端板立体结构示意图；图12是本发明中十字连接件立体结构示意图；图13是本发明中十字连接件平面结构示意图；图14是本发明中低碳钢连接板立体结构示意图；图15是本发明中钢索连接件立体结构示意图；图16是本发明在建筑物中的安装结构示意图。具体实施方式如图1所示，一种免预应力自复位耗能拉索支撑，包括复位机构、耗能机构、限力耗能机构、高强钢索5和套筒1。如图1所示，套筒1整体近似为箱形，中间设有隔板将套筒1分为两部分，分别设复位机构和耗能机构，隔板中间开设通孔，设有耗能机构一侧部分开设方形卡口，以卡住转轴9两端，套筒1开设方形卡口的其中之一侧面，设置为可打开，以便于结构安装。如图1和图2所示，复位机构包括滑动端板6、弹簧2和连杆7；弹簧2一端与套筒1内壁固定连接，另一端与滑动端板6连接，连杆7一端与滑动端板6中心锚固，另一端穿过弹簧2的固定端。如图1和图2所示，耗能机构包括链条4、十字连接件8、转轴9以及可绕转轴9旋转的转轮3和摩擦板13；转轴9与套筒1卡接固定，摩擦板13设置在转轮3两侧并预压紧转轮3，摩擦板13和转轮3由转轴9串联；一条链条4连接两个转轮3，转轮3共有四个，链条4有两条，对称的设置于十字连接件8两侧，并与十字连接件8连接，十字连接件8另外两侧分别与连杆7和高强钢索5锚固。如图13所示，限力耗能机构由设在十字连接件8内部的低碳钢连接板19构成，低碳钢连接板19与十字连接件8卡接固定，高强钢索5穿入十字连接件8内部与低碳钢连接板19锚固。低碳钢连接板19为“T”字形结构，“T”字形低碳钢连接板19水平段与十字连接件8卡接固定，竖直段与高强钢索5位于同一直线上，高强钢索5与低碳钢连接板19竖直段连接。如图3和图4所示，摩擦板13两侧通过螺栓旋紧在摩擦板13与转轮3之间建立预压力。转轮3包括大链轮10和压紧于大链轮10两侧面的小链轮一11和小链轮二12；大链轮10内齿圈直径小于小链轮一11和小链轮二12的外径，大链轮10两侧设有圆形凹台，圆形凹台的内圆周直径大于或者等于小链轮一11和小链轮二12的外径；小链轮一11和小链轮二12压紧于该圆形凹台上；摩擦板13分别设置于小链轮一11和小链轮二12外侧端面两侧并压紧小链轮一11和小链轮二12；链条4与大链轮10外齿啮合，大链轮10转动时带动小链轮一11与小链轮二12转动。如图4所示，大链轮10上设有内齿，小链轮一11上设置有棘爪14，棘爪14可转动，棘爪14以卡在大链轮10的内齿凹陷处为初始位置，小链轮一11与小链轮二12连接且同步转动。棘爪14端部开通孔，小链轮一11上开设有与该通孔对应的非通孔槽；小链轮二12上设有圆柱，该圆柱的直径与非通孔槽直径相同，长度短于大链轮10宽度，所述圆柱穿过棘爪14上的通孔，插入小链轮一11上的非通孔槽内与小链轮一11固定连接。如图4所示，小链轮一11上设置有弹簧片15，弹簧片15底部固定在小链轮一11上，活动端与棘爪14接触,从而限制棘爪14的转动。棘爪14余弹簧片15数量均为三个且沿圆周均匀分布。如图9所示，转轴9为不规则柱体，中间为圆柱体，宽度与转轮3相同，圆柱体两侧突变为矩形柱体，宽度与摩擦板同，其后两侧开设螺纹，转轴9端部设方形卡口，尺寸略小于螺纹处，转轮3套设于中间的圆柱体上，摩擦板13套设于突变的矩形柱体上。如图10所示，套筒1整体近似为箱形，中间设有隔板将套筒1分为两部分，分别设复位机构和耗能机构，隔板中间开设通孔，设有耗能机构一侧部分开设方形卡口，以卡住转轴9两端，套筒1开设方形卡口的其中之一侧面，设置为可打开，以便于结构安装。如图1-16所示，上述免预应力自复位耗能拉索支撑的工作原理如下：套筒1与结构主体锚固，弹簧2一端与套筒1相连，另一端与滑动端板6连接，滑动端板6中心与连杆7锚固，连杆7通过弹簧2中部并穿过另一端与十字连接件8锚固。十字连接件8两侧连接链条4，链条4分别连接两个绕着卡接于套筒1中的转轴9转动的转轮3，转轮3依靠螺栓建立摩擦板13与小链轮一11和小链轮二12之间的预压力，十字连接件8另一端穿入高强钢索5，高强钢索5与低碳钢连接板19锚固，低碳钢连接板19卡接于十字连接件8中，高强钢索5另一端穿出套筒1后通过钢索连接件16与主体结构锚固。如图16所示，一种免预应力自复位耗能拉索支撑在建筑结构中的工作过程如下：将免预应力自复位耗能拉索支撑18沿对角线方向交叉布置在所需框架17中，在图示荷载F的作用下，其中左侧高强钢索5受力被拉伸，带动免预应力自复位耗能拉索支撑18内部的耗能机构和复位机构先后工作。本发明通过设置转轮结构使得复位过程不存在摩擦力阻碍支撑的复位，所以同处在弹性变形范围内的弹簧与高强钢索即可恢复变形，实现支撑复位；通过设置低碳钢连接板，在超过设防烈度地震条件下，可有效屈服耗能，遏止支撑内力增长，加强对梁、柱等主体结构构件的保护。作为优选，弹簧选用碟形弹簧。作为优选，低碳钢连接板选用低屈服点软钢。在小震条件下，高强钢索的拉力通过链条传递给大链轮，大链轮被棘爪卡住有带动小链轮一和小链轮二转动的趋势，但此时由于小链轮一和小链轮二与摩擦板间的摩擦力较大，无法克服，所以高强钢索与十字连接件锚固的一端相当于固定端。这种条件下，只有高强钢索发挥支撑作用。在中-大震条件下，高强钢索的拉力克服摩擦板提供的摩擦力，因此高强钢索将拉动十字连接件，从而拉动弹簧压缩，这时高强钢索和弹簧为串联关系，支撑的整体刚度相对于高强钢索的刚度显著下降，从而抑制地震力的快速增长，从而实现对主体结构的保护作用。与此同时，链条带动大链轮，大链轮带动小链轮一和小链轮二转动，与摩擦板转动摩擦耗散地震能量。地震后，高强钢索拉力不断减小，弹簧拉动高强钢索恢复变形，此时棘爪不再卡住大链轮，从而没有摩擦力阻碍，因此拉大链轮向初始位置运动，直至弹簧变形完全恢复，实现自复位功能。在遭受超过设防烈度地震条件下，高强钢索拉力增大直至使低碳钢连接板屈服，从而遏止了支撑拉力的增加，同时还补充提供了耗能能力，进一步保护主体结构。

权利要求：1.一种免预应力自复位耗能拉索支撑，包括复位机构、耗能机构、高强钢索5和套筒1；其特征在于：所述复位机构包括滑动端板6、弹簧2和连杆7；所述弹簧2一端与套筒1内壁连接，另一端与滑动端板6连接，连杆7一端与滑动端板6锚固，另一端穿过弹簧2的固定端；所述耗能机构包括链条4、十字连接件8、转轴9以及可绕转轴9旋转的转轮3和摩擦板13；所述转轴9固定于套筒1，摩擦板13设置在转轮3两侧并预压紧转轮3，由转轴9串联；链条4连接两个转轮3，十字连接件8两侧分别与链条4相连，十字连接件8另外两侧分别与连杆7和高强钢索5锚固。2.根据权利要求1所述的免预应力自复位耗能拉索支撑，其特征在于：所述免预应力自复位耗能拉索支撑还包括限力耗能机构，所述限力耗能机构由设在十字连接件8内部的低碳钢连接板19构成，所述低碳钢连接板19与十字连接件8卡接固定，高强钢索5穿入十字连接件8内部与低碳钢连接板19锚固。3.根据权利要求2所述的免预应力自复位耗能拉索支撑，其特征在于：所述低碳钢连接板19为“T”字形结构，所述“T”字形低碳钢连接板19水平段与十字连接件8卡接固定，竖直段与高强钢索5位于同一直线上，所述高强钢索5与低碳钢连接板19竖直段连接。4.根据权利要求1所述的免预应力自复位耗能拉索支撑，其特征在于：所述摩擦板13两侧通过螺栓旋紧在摩擦板13与转轮3之间建立预压力。5.根据权利要求4所述的免预应力自复位耗能拉索支撑，其特征在于：所述转轮3包括大链轮10和压紧于大链轮10两侧面的小链轮一11和小链轮二12；所述摩擦板13分别设置于小链轮一11和小链轮二12端面两侧并压紧小链轮一11和小链轮二12的端面；链条4与大链轮10外齿啮合，大链轮10转动时带动小链轮一11与小链轮二12转动。6.根据权利要求5所述的免预应力自复位耗能拉索支撑，其特征在于：大链轮10设有内齿，小链轮一11上设置有棘爪14，棘爪14可转动，所述棘爪14以卡在大链轮10的内齿凹陷处为初始位置，小链轮一11与小链轮二12连接且同步转动。7.根据权利要求6所述的免预应力自复位耗能拉索支撑，其特征在于：所述棘爪14端部开通孔，小链轮一11上开设有与该通孔对应的非通孔槽；小链轮二12上设有圆柱，长度短于大链轮10宽度，所述圆柱穿过棘爪14上的通孔，插入小链轮一11上的非通孔槽内与小链轮一11固定连接。8.根据权利要求6所述的免预应力自复位耗能拉索支撑，其特征在于：所述小链轮一11上设置有弹簧片15，所述弹簧片15底部固定在小链轮一11上，活动端与棘爪14接触。9.根据权利要求1所述的免预应力自复位耗能拉索支撑，其特征在于：所述转轮3的数量为四个，所述链条4的数量为两条，每一条链条4连接两个转轮3，链条4对称设置于十字连接件8两侧，并与十字连接件8固定连接。10.根据权利要求1所述的免预应力自复位耗能拉索支撑，其特征在于：所述转轴9为不规则柱体，中间为圆柱体，宽度与转轮3相同，圆柱体两侧突变为矩形柱体，宽度与摩擦板13同，所述转轮3套设于中间的圆柱体上，所述摩擦板13套设于突变的矩形柱体上。

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