一种铅粘弹性钢棒弯-拉变形转换自复位耗能支撑

一种铅粘弹性钢棒弯
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拉变形转换自复位耗能支撑
技术领域
1.本发明涉及土木建筑结构技术领域，具体而言是一种具有速度型、位移敏感型和后屈服承载能力增强型自复位耗能支撑结构，尤其涉及一种铅粘弹性钢棒弯
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拉变形转换自复位耗能支撑。


背景技术：

2.地震造成的结构残余位移过大可能会严重影响结构的正常使用，近些年，具有自复位功能的构件及结构体系正成为地震工程界的研究热点之一，其不仅有较强的耗能能力，能有效降低结构在地震中的响应，而且还具有较强的自复位能力，可以使结构在震后恢复原位。
3.目前已有自复位装置，耗能系统与复位系统往往连接较为复杂，同时无法充分发挥耗能系统的耗能能力，耗能系统的性能特点通常过于单一，无法适应不同形式的外部荷载。


技术实现要素：

4.根据上述技术问题，而提供一种铅粘弹性钢棒弯
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拉变形转换自复位耗能支撑。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种铅粘弹性钢棒弯
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拉变形转换自复位耗能支撑，包括设置在左加载控制装置、右加载控制装置之间的弹性复位系统和分别位于弹性复位系统上下两侧且对称设置的混合耗能系统；
7.所述复位系统的两端分别与所述左加载控制装置和所述右加载控制装置连接；
8.所述混合耗能系统包括内剪切钢板和两个外约束钢板，两个所述外约束钢板的一端将所述内剪切钢板的一端夹在中间，所述内剪切钢板的另一端与所述右加载控制装置铰接，所述外约束钢板的另一端与所述左加载控制装置铰接；
9.所述外约束钢板和所述内剪切钢板的连接处通过拧紧螺栓连接，可通过该螺栓施加初始预压力，且所述连接处设有多个同时穿过所述外约束钢板和所述内剪切钢板的耗能钢棒；
10.所述内剪切钢板和所述外约束钢板呈人字形连接。
11.进一步地，所述复位系统包括左右对称设置的左约束端板和右约束端板、上下对称设置的两个约束侧板，且所述约束侧板的两端分别与所述左约束端板和所述右约束端板固定连接；
12.所述左约束端板、所述右约束端板和两个所述约束侧板所围成的空间内设有加载轴，所述加载轴的右端穿过所述右约束端板后穿入所述右加载控制装置的中部，并与其铰接；
13.所述加载轴的左端和右部上具有限位螺母，且两个所述限位螺母之间设有套在所述加载轴上，并与所述加载轴滑动连接的两个滑块，两个所述滑块之间夹有弹簧，所述约束
侧板的两端内壁分别具有向所述加载轴的轴线方向延伸的约束凸起，且所述滑块与所述约束凸起接触连接；位于左侧的所述限位螺母与所述左约束端板之间、位于右侧的所述限位螺母与所述右约束端板之间均设有位移腔，所述左约束端板与所述左加载控制装置铰接。
14.进一步地，所述内剪切钢板在所述连接处处具有圆头ⅰ，所述外约束钢板在所述连接处处具有圆头ⅱ，且两个所述圆头ⅱ将所述圆头ⅰ夹在中间，并通过所述拧紧螺栓连接，所述拧紧螺栓穿过所述圆头ⅰ和所述圆头ⅱ的中心，多个所述耗能钢棒围绕所述拧紧螺栓均匀分布，且所述耗能钢棒的两端通过设有弹性垫片的螺母拧紧，加载过程中允许弹性垫片发生一定程度压缩变形，以此确保耗能钢棒完成弯
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拉变形转换。
15.进一步地，所述左加载控制装置和所述右加载控制装置结构相同，均包括矩形部和位于所述矩形部上下两端的圆形部；
16.所述内剪切钢板远离所述圆头ⅰ的一端呈半圆形，且此端加工有通槽，所述右加载控制装置的圆形部进入所述通槽内，并通过铰轴铰接；
17.所述外约束钢板远离所述圆头ⅱ的一端呈半圆形，且两个所述摩擦外板的此端将所述左加载控制装置的圆形部夹住，并通过铰轴铰接。
18.进一步地，在所述连接处，所述外约束钢板和所述内剪切钢板之间设有阻尼粘弹性材料层。
19.进一步地，在所述连接处，设有多个穿过所述外约束钢板和所述内剪切钢板的铅芯。
20.进一步地，所述耗能钢棒的两端具有棒帽，且所述棒帽与所述摩擦外板之间设有弹簧垫片。
21.进一步地，所述弹簧为组合碟簧或螺旋压缩弹簧或环簧。
22.左加载控制装置或右加载控制装置受载后具有三阶段耗能：
23.第一阶段，低位移水平下阻尼粘弹性材料层和铅芯组合而成的铅粘弹性阻尼器进行耗能，并提供了速度型阻尼器的应有的性能特点和低位移水平下铅芯具有位移敏感性的性能特点，保证结构能够在风振或低位移水平下发生耗能，此时耗能钢棒处于线弹性状态；
24.第二阶段，随着变形的进一步加大，在铅粘弹性阻尼器耗能的基础上，由于耗能钢棒两端设有弹簧垫片允许耗能钢棒进行一定范围的伸缩，此时耗能钢棒发生弯曲变形并进行屈服耗能；
25.第三阶段，随着变形的进一步加大，耗能钢棒端部弹簧垫片压平，此时钢棒的弯曲变形转化为拉伸变形，进一步增强耗能钢棒的耗能能力和承载能力。
26.而且在上述的每个阶段，弹性复位系统均可提供复位力和弹簧阻力，可根据混合耗能系统不同加载阶段承载力状况对弹性复位系统进行初始预压力设计。
27.本装置可根据设计需求调整耗能钢棒的粗细及端部弹簧垫片预留距离，确保耗能钢棒在设计位移条件下发生弯
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拉变形转换进行屈服耗能；
28.本装置可根据混合耗能系统的不同加载阶段的承载力，对复位系统进行初始预压力设计，确保支撑残余变形能够全部复位或部分复位；
29.耗能系统可调整为完全设计为摩擦耗能、或设计为铅粘弹性阻尼器耗能、或钢棒弯曲
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拉伸变形转换耗能，同时也可为各种耗能机制的组合。
30.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
31.1、本发明加工方便，易于安装即可作为附加耗能装置设置于结构之中，也可对现有结构进行后期加固；
32.2、本发明具有较强的耗能能力和复位能力，并且能够使耗能钢棒发生弯曲向拉伸变形转换，具有屈服后承载力增强特点，同时提高结构的整体延性，降低结构残余变形；
33.3、本发明可用于各种形式的支撑结构，以及已有桥梁、建筑结构节点位置的加固。
34.4、本发明混合耗能系统与弹性复位系统相对独立，解决了支撑耗能能力和复位能力的冲突，降低了结构安装的复杂性；
35.5、本发明兼具铅粘弹性阻尼器和金属阻尼器的性能特点，既具有速度敏感性、低位移敏感性又具有位移型阻尼器性能特点。
36.6、本发明也可通过调整外约束钢板与内剪切钢板构成的人字形夹角，夹角区间为90
°
～180
°
，此时具有耗能放大功能，角度越大耗能放大能力越强。
37.基于上述理由本发明可在单斜杆、人字形、倒v型等各类支撑结构、已有桥梁和框架结构节点等领域广泛推广。
附图说明
38.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。
39.图1为本发明具体实施方式中一种铅粘弹性钢棒弯
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拉变形转换自复位耗能支撑三维视图。
40.图2为本发明具体实施方式中一种铅粘弹性钢棒弯
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拉变形转换自复位耗能支撑主视图。
41.图3为本发明具体实施方式中连接处结构示意图。
42.图4为本发明具体实施方式中内剪切钢板和外约束钢板连接示意图。
43.图5为本发明具体实施方式中弹性复位系统结构示意图。
44.图6为本发明具体实施方式中加载轴结构示意图。
45.图7为本发明具体实施方式中右加载控制装置结构示意图。
46.图8为本发明具体实施方式中耗能钢柱受载前和受载后状态变化对比图。
47.图中：1、左加载控制装置；101、矩形部；102、圆形部；2、右加载控制装置；3、弹性复位系统；301、左约束端板；302、右约束端板；303、约束侧板；304、加载轴；305、限位螺母；306、滑块；307、弹簧；308、约束凸起；309、位移腔；4、混合耗能系统；401、内剪切钢板；402、外约束钢板；403、拧紧螺栓；404、耗能钢棒；405、圆头ⅰ；406、圆头ⅱ；407、阻尼粘弹性材料层；408、铅芯；409、弹簧垫片；410、通槽。
具体实施方式
48.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。
49.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。
50.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。
51.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授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向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。
52.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。
53.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。
54.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。
55.如图1～8所示，一种铅粘弹性钢棒弯
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拉变形转换自复位耗能支撑，包括设置在左加载控制装置1、右加载控制装置2之间的弹性复位系统3和分别位于弹性复位系统3上下两侧且对称设置的混合耗能系统4；
56.所述弹性复位系统3的两端分别与所述左加载控制装置1和所述右加载控制装置2连接；
57.所述混合耗能系统4包括内剪切钢板401和两个外约束钢板402，两个所述外约束
钢板402的一端将所述内剪切钢板401的一端夹在中间，所述内剪切钢板401的另一端与所述右加载控制装置2铰接，所述外约束钢板402的另一端与所述左加载控制装置1铰接；所述内剪切钢板401和所述外约束钢板402呈人字形连接。
58.所述外约束钢板402和所述内剪切钢板401的连接处通过拧紧螺栓403连接，且所述连接处设有多个同时穿过所述内剪切钢板401和所述外约束钢板402的耗能钢棒404；
59.所述内剪切钢板401在所述连接处处具有圆头ⅰ405，所述外约束钢板402在所述连接处处具有圆头ⅱ406，且两个所述圆头ⅱ406将所述圆头ⅰ405夹在中间，并通过所述拧紧螺栓403连接，所述拧紧螺栓403穿过所述圆头ⅰ405和所述圆头ⅱ406的中心，多个所述耗能钢棒404围绕所述拧紧螺栓403均匀分布。
60.在所述连接处，所述外约束钢板402和所述内剪切钢板401之间设有阻尼粘弹性材料层407，所述阻尼粘弹性材料层407可为橡胶制成。
61.在所述连接处，设有多个穿过所述外约束钢板402和所述内剪切钢板401的铅芯408。
62.所述耗能钢棒404的两端具有棒帽，且所述棒帽与所述外约束钢板402之间设有弹簧垫片409。
63.进一步地，所述左加载控制装置1和所述右加载控制装置2结构相同，均包括矩形部101和位于所述矩形部上下两端的圆形部102；
64.所述内剪切钢板401远离所述圆头ⅰ405的一端呈半圆形，且此端加工有通槽410，所述右加载控制装置2的圆形部102进入所述通槽410内，并通过铰轴铰接；
65.所述外约束钢板402远离所述圆头ⅱ406的一端呈半圆形，且两个所述外约束钢板406的此端将所述左加载控制装置1的圆形部102夹住，并通过铰轴铰接。
66.进一步地，所述弹性复位系统3包括左右对称设置的左约束端板301和右约束端板302、上下对称设置的两个约束侧板303，且所述约束侧板303的两端分别与所述左约束端板301和所述右约束端板302固定连接；
67.所述左约束端板301、所述右约束端板302和两个所述约束侧板303所围成的空间内设有加载轴304，所述加载轴304的右端穿过所述右约束端板302后穿入所述右加载控制装置2的中部，并与其铰接；
68.所述加载轴304的左端和右部上具有限位螺母305，且两个所述限位螺母305之间设有套在所述加载轴304上，并与所述加载轴304滑动连接的两个滑块306，两个所述滑块306之间夹有弹簧307，本实例中为组合碟簧。
69.所述约束侧板303的两端内壁分别具有向所述加载轴304的轴线方向延伸的约束凸起308，且所述滑块306与所述约束凸起308接触连接；位于左侧的所述限位螺母305与所述左约束端板301之间、位于右侧的所述限位螺母305与所述右约束端板301之间均设有位移腔309，所述左约束端板301与所述左加载控制装置1铰接。
70.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。