一种旋转式自复位摩擦滑移节点

1.本发明涉及一种旋转式自复位摩擦滑移节点，属于土木工程减隔震技术领域。


背景技术：

2.地震灾害具有突发性、不可预测性等特点，是我国造成人员伤亡最多的自然灾害，特别是中震和大震时，会释放出巨大的地震能量，对结构产生不可恢复的损伤，甚至倒塌，严重危及人民生命及财产安全。
3.对于地震作用，我国设置了四水准设防，将地震分为：“多遇地震”、“基本地震”、“罕遇地震”与“极罕遇地震”四类，针对四类地震分级提出“正常使用”、“震后立即恢复使用”、“可更换、可修复”以及“不倒塌、无死亡”四项设防目标。
4.消能减震技术通过耗能装置产生摩擦、弯曲等塑性滞回变形耗散地震输入结构中的能量从而控制主体结构的损伤。同时消能减震技术还兼并传统抗震策略不具有的维护简便、经济性等优势，因此已被广泛应用于研究及实际工程中。
5.自复位结构作为地震后不需要修复或稍加修复即可恢复使用功能的结构，可以有效控制地震时结构的最大变形与地震后结构的残余变形。
6.现存自复位耗能构件达到在“罕遇地震”下的“可更换、可修复”设防目标，但对于其他地震分级，尤其是受到“多遇地震”与“基本地震”作用下，其耗能功能不显著且构件无自复位能力。而不同于传统自复位耗能构件，变滞回性能构件自身会根据所受外荷载的大小改变自身的滞回性能，在不同分级地震作用下可以有效达到不同的水准设防目标。
7.因此有必要设计一种具备良好耗能能力与自复位能力，同时兼具变滞回性能的自复位节点。


技术实现要素：

8.基于现有技术的上述缺陷，本发明提出了旋转式自复位摩擦滑移节点，可以应用在建筑结构与桥梁结构的支撑构件连接处，用以解决耗能与自复位同时兼具的问题，针对地震进行分级控制。
9.为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：
10.一种旋转式自复位摩擦滑移节点，所述节点包括两组可相对滑动的摩擦片、组合碟簧以及一根高强螺栓；两组可相对滑动的摩擦片扣合在一起，同时串联在一根所述高强螺栓上；所述高强螺栓上的摩擦片外侧还加紧套设有所述组合碟簧，为摩擦片施加预紧力；所述组合碟簧的外端部固定或顶紧在所述高强螺栓外侧；
11.每组所述摩擦片均包括一外摩擦片和一内摩擦片，两个所述内摩擦片相对扣合在一起，每个所述内摩擦片内侧均设有数个扇形体锯齿状凸起，两个所述内摩擦片上的扇形体锯齿状凸起相对交错设置并可相对转动；
12.所述外摩擦片设置在内摩擦片外侧，且外摩擦片内侧与内摩擦片外侧均设有楔形凸起，外摩擦片上的楔形凸起和内摩擦片上的楔形凸起相对交错贴合在一体，从而拼合成
一个圆柱体的摩擦片。
13.进一步地，所述外摩擦片外侧均通过一连接杆和外部结构相连接，可带动两组摩擦片发生相对转动。
14.进一步地，所述组合碟簧预压力的大小、楔形凸起的楔形高度、楔形凸起的楔形角度决定外摩擦片与内摩擦片的开合程度。
15.进一步地，所述组合碟簧的刚度、外摩擦片与内摩擦片开合程度决定摩擦节点的最大转动角度。
16.进一步地，所述外摩擦片与内摩擦片均为一体车削而成。
17.进一步地，所述扇形体锯齿状凸起以及楔形凸起均为3-6个。
18.进一步地，所述扇形体锯齿状凸起以及楔形凸起沿内摩擦片以及外摩擦片圆周均匀分布。
19.上述旋转式自复位摩擦滑移节点的应用，其可应用在建筑结构与桥梁结构的支撑构件连接处。
20.作用原理为：在无外部荷载作用时，即初始状态时，所述外摩擦片上的楔形凸起和内摩擦片上的楔形凸起相对交错贴合在一体；
21.当受到外部荷载产生小转角时，两内摩擦片之间发生相对转动，当转动到内摩擦片上的扇形体锯齿状凸起相贴合时，两内摩擦片不再继续发生相对转动且被锁死，此过程通过滑动摩擦消耗能量，但无自复位功能，且滞回曲线呈梭形；
22.当受到外部荷载产生大变形时，两内摩擦片首先发生小变形时的转动直至锁死，随后随着转角的增大，外摩擦片与内摩擦片开始发生相对转动；在转动过程中，所述楔形凸起之间产生斜向滑动和轴向位移，从而使得外摩擦片与内摩擦片逐渐张开，导致所述外摩擦片向外偏移并压缩组合碟簧，此过程通过滑动摩擦消耗能量，并通过组合碟簧弹性实现构件自复位功能，且滞回曲线由梭形转变为旗帜形，实现变滞回性能的功能。
23.本发明的有益效果在于：
24.本发明可通过调整楔形形状控制节点最大转动角度，同时通过控制对组合碟簧施加预压力的大小改变构件的初始刚度，此外采用不同摩擦系数的材料制造构件可以改变构件的耗能能力。在受到不同的外荷载时，内外摩擦片运动方式不同，从而改变构件滞回性能；在受到较小外荷载时，仅两内摩擦片之间相对运动，滞回曲线体现为梭形，在受到较大外荷载时，内摩擦片相对运动到一定角度时锁死，内外摩擦片之间产生相对运动，滞回曲线体现为旗帜形，在外荷载逐渐增大的过程中，滞回曲线也逐渐从梭形转变为旗帜形，进而实现对多水准设防的分级控制。
25.此外，本发明可以应用在建筑结构与桥梁结构的支撑构件连接处。所述节点利用摩擦耗能，利用组合碟簧弹性提供自复位能力，通过对组合碟簧施加预应力提供一定的初始刚度。通过控制预应力的大小可以实现针对地震的分级控制，在多遇地震与基本地震下承担荷载且滞回曲线呈梭形，在罕遇地震、极罕遇震下承担荷载、耗能并进行自复位且滞回曲线在梭形基础上转变为旗帜形。
附图说明
26.图1是本发明的旋转式自复位摩擦滑移节点结构示意图；
27.图2是本发明的旋转式自复位摩擦滑移节点转动状态示意图；
28.图3是本发明的旋转式自复位摩擦滑移节点转动状态下节点转动过程图。
29.图4是本发明的外摩擦片示意图；
30.图5是本发明的内摩擦片示意图；
31.图6是本发明的旋转式自复位摩擦滑移节点形成的滞回曲线；
32.图7是本发明的外摩擦片外侧带连接杆示意图。
具体实施方式
33.为了使本发明的特点更加直观，下面将参照图片进一步说明本发明的实施方式，但是本发明不限于以下实施例。
34.如图1-图5所示，本发明的一种旋转式自复位摩擦滑移节点，应用在建筑结构与桥梁结构的支撑构件连接处。其节点包括两组可相对滑动的摩擦片、组合碟簧3以及一根高强螺栓2。两组可相对滑动的摩擦片扣合在一起，同时串联在一根高强螺栓2上。高强螺栓2上的摩擦片外侧还加紧套设有组合碟簧3，为摩擦片施加预紧力。组合碟簧3的外端部固定在高强螺栓2外侧。
35.每组摩擦片均包括一外摩擦片1a和一内摩擦片1b，外摩擦片1a与内摩擦片1b均为一体车削而成。两个内摩擦片1b相对扣合在一起，每个内摩擦片1b内侧均设有数个扇形体锯齿状凸起4，两个内摩擦片1b上的扇形体锯齿状凸起4相对交错设置并可相对转动。如图7所示，外摩擦片1a外侧均通过一连接杆和建筑结构、桥梁结构的支撑构件相连接，可带动两组摩擦片发生相对转动。
36.外摩擦片1a设置在内摩擦片1b外侧，且外摩擦片1a内侧与内摩擦片1b外侧均设有楔形凸起5，外摩擦片1a上的楔形凸起5和内摩擦片1b上的楔形凸起5相对交错贴合在一体，从而拼合成一个圆柱体的摩擦片。
37.本实施例中，组合碟簧3预压力的大小、楔形凸起5的楔形高度、楔形凸起5的楔形角度决定外摩擦片1a与内摩擦片1b的开合程度。而组合碟簧3的刚度、外摩擦片1a与内摩擦片1b开合程度决定摩擦节点的最大转动角度。
38.如图1-图5所示，本实施例的扇形体锯齿状凸起4以及楔形凸起5均为4个，并沿内摩擦片1b以及外摩擦片1a圆周均匀分布。
39.上述旋转式自复位摩擦滑移节点的应用，其可应用在建筑结构与桥梁结构的支撑构件连接处。
40.作用原理为：在无外部荷载作用时，即初始状态时，外摩擦片1a上的楔形凸起5和内摩擦片1b上的楔形凸起5相对交错贴合在一体。当受到外部荷载产生小转角时，两内摩擦片1b之间发生相对转动，当转动到内摩擦片上的扇形体锯齿状凸起4相贴合时，两内摩擦片1b不再继续发生相对转动且被锁死，此过程通过滑动摩擦消耗能量，但无自复位功能，且滞回曲线呈梭形。当受到外部荷载产生大变形时，两内摩擦片1b首先发生小变形时的转动直至锁死，随后随着转角的增大，外摩擦片1a与内摩擦片1b开始发生相对转动。在转动过程中，楔形凸起5之间产生斜向滑动和轴向位移，从而使得外摩擦片1a与内摩擦片1b逐渐张开，导致外摩擦片1a向外偏移并压缩组合碟簧3，此过程通过滑动摩擦消耗能量，并通过组合碟簧3弹性实现构件自复位功能，且滞回曲线由梭形转变为旗帜形，实现变滞回性能的功
能。其滞回曲线如图6所示。
41.以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。