一种多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器

本发明涉及建筑结构的消能减震领域，尤其是涉及一种多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器。

背景技术：

1、近年来，地震工程的研究呈现出从传统的抗震、减隔震向可恢复性功能结构转变的趋势，即：工程结构不仅仅要实现对生命安全的保护，而且要减少震后功能恢复所需的时间和成本。而消能减震技术可以通过在结构的某些部位设置阻尼器来吸收或耗散掉一部分输入的能量，减少结构自身对于强度和延性的需求，进而降低地震作用对主体结构的损坏；自复位功能的实现可以有效地减少结构或构件产生较大的震后残余变形，降低震后建筑物的拆除风险；综上所述，二者的结合是实现建筑韧性的有效途径。

2、目前，工程中广泛使用的阻尼器存在许多不足：黏弹性阻尼器易老化；黏滞阻尼器容易发生液体渗漏，维修困难；金属阻尼器震后残余变形不可恢复，必须进行整体更换。自复位功能的实现往往也存在若干障碍：工程中常用的后张拉预应力筋在强震作用下自复位能力不足且存在断裂的风险；自复位功能的实现往往需要一些特殊的连接方式、不常见的施工方法和昂贵的材料，成本也相对较高；自复位构件和耗能元件需要分离设计，而且强震后性能会发生显著的退化，需要及时更换受损构件。已有研究表明：摩擦型阻尼器主要依靠摩擦或阻尼耗散能量，耗能能力可通过调节高强螺栓的预紧力进行控制，能有效避免阻尼器主体结构自身产生过大的塑性变形和损伤，震后可通过更换摩擦片或高强螺栓来实现功能的快速恢复，相较其它类型的阻尼器具有构造简单、维护成本低、耗能能力容易调节等优势，但摩擦型阻尼器的自复位能力较差，震后不能恢复到初始状态，将直接导致结构产生较大的震后残余变形，进而增加震后功能恢复所需要的时间和费用，而现有的自复位摩擦型阻尼器也具有构造复杂、维护成本高、自复位能力不稳定、耗能形式单一等诸多不足(cn201810042496.7、cn 201810128875.8)，故开发一种多阶段耗能且具有稳定自复位能力的摩擦型阻尼器对于实现可恢复性功能结构的性能化设计具有重要的工程价值。

技术实现思路

1、针对背景技术中提到的技术问题，本发明提供了一种多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器。

2、本发明至少通过如下技术方案之一实现。

3、一种多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器，包括自复位模块、摩擦耗能模块、限位模块；所述自复位模块包括形状记忆合金棒材、挡板；摩擦耗能模块包括内拉压板、不锈钢片、摩擦片、槽钢、若干个碟形弹簧、高强螺栓；限位模块包括三块限位板和外部连接装置；

4、所述三块限位板位于外部连接装置中，其中两块限位板之间设有两块相互平行的槽钢；两块槽钢背部均设有所述摩擦片；所述内拉压板两侧分别固定所述不锈钢片；

5、所述内拉压板通过三块限位板支撑在外部连接装置内；两块相互平行的槽钢位于内拉压板两侧；

6、所述内拉压板两侧设有凹槽，凹槽分别设有所述挡板，挡板在内拉压板的凹槽内滑动；内拉压板上设有供所述高强螺栓穿过的长槽孔，所述高强螺栓与所述槽钢内侧的接触面之间布置有若干个碟形弹簧；

7、所述形状记忆合金棒材穿过其中两块限位板和挡板的圆形槽孔进行锚固。

8、进一步地，高强螺栓螺杆穿过不锈钢片和内拉压板的长槽孔将两块槽钢锁紧。

9、进一步地，不锈钢片上设有与内拉压板相同大小的长槽孔，并通过焊接固定于内拉压板的两侧。

10、进一步地，槽钢上设有螺栓孔，其背部螺栓孔上下两侧设有固定摩擦片的凹槽。

11、进一步地，高强螺栓的螺杆经过切削处理形成两个平行的平面。

12、进一步地，碟形弹簧布置在高强螺栓螺杆的螺栓头侧和螺母侧。

13、进一步地，三块限位板上设有可供内拉压板自由穿过的槽孔，其中两块限位板上设有可供sma棒材自由穿过的圆形槽孔。

14、进一步地，内拉压板两侧分别设有两组对称的凹槽，可供挡板在凹槽内滑动；挡板上设有可供内拉压板凹槽自由穿过的槽孔，槽孔两侧设有sma棒材的限位圆形槽孔。

15、进一步地，外部连接装置包括带螺栓孔的连接耳板与u型构件，所述连接耳板通过焊接固定在u型构件竖板外侧。

16、进一步地，三块限位板固定于外部连接装置的u型构件内侧。

17、与现有的技术相比，本发明的有益效果为：

18、本发明设计的多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器实现了摩擦耗能与自复位功能以及摩擦耗能与金属材料阻尼耗能的结合。摩擦耗能可以有效地避免阻尼器主体自身产生过大的塑性变形和损伤，震后可以通过更换摩擦片或高强螺栓来实现功能的快速恢复，如果采用高性能摩擦片，比如汽车刹车片用摩擦材料，将大大提高摩擦片的使用寿命，震后甚至无需更换摩擦片，可大幅降低维修时间和维修成本。形状记忆合金(sma)材料本身可以提供良好的自复位能力和耗能能力，而且在弹性范围内无蠕变效应，使用期内基本不存在自复位能力的损失，良好的抗疲劳性能和抗腐蚀性能使其震后一般无需更换。金属材料阻尼耗能是指阻尼器在极罕遇地震作用下达到设计极限位移后，内拉压板开始发挥金属阻尼器的作用，以最大程度地减少对结构构件的损伤，震后通过对内拉压板或阻尼器整体的更换实现结构功能的快速恢复。

19、本发明设计的多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器取材广泛、构造简单、传力明确、维护成本低，兼具良好的自复位和耗能特性，可以实现震后结构构件低损伤或无损伤，有助于推动可恢复性功能结构的发展和韧性建筑的实现，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器，其特征在于：包括自复位模块、摩擦耗能模块、限位模块；所述自复位模块包括形状记忆合金棒材(71、72)、挡板(91、92)；摩擦耗能模块包括内拉压板(1)、不锈钢片、摩擦片(3)、槽钢(41、42)、若干个碟形弹簧(6)、高强螺栓(5)；限位模块包括三块限位板(81、82、83)和外部连接装置(10)；

2.根据权利要求1所述的多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器，其特征在于，高强螺栓(5)螺杆穿过不锈钢片和内拉压板(1)的长槽孔将两块槽钢(41、42)锁紧。

3.根据权利要求1所述的多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器，其特征在于，不锈钢片上设有与内拉压板(1)相同大小的长槽孔，并通过焊接固定于内拉压板(1)的两侧。

4.根据权利要求1所述的多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器，其特征在于，槽钢(41、42)上设有螺栓孔，其背部螺栓孔上下两侧设有固定摩擦片(3)的凹槽。

5.根据权利要求1所述的多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器，其特征在于，高强螺栓(5)的螺杆经过切削处理形成两个平行的平面。

6.根据权利要求1所述的多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器，其特征在于，碟形弹簧(6)布置在高强螺栓(5)螺杆的螺栓头侧和螺母侧。

7.根据权利要求1所述的多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器，其特征在于，三块限位板(81、82、83)上设有可供内拉压板(1)自由穿过的槽孔，其中两块限位板(81、82)上设有可供sma棒材(71、72)自由穿过的圆形槽孔。

8.根据权利要求1所述的多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器，其特征在于，内拉压板(1)两侧分别设有两组对称的凹槽，可供挡板(91、92)在凹槽内滑动；挡板(91、92)上设有可供内拉压板(1)凹槽自由穿过的槽孔，槽孔两侧设有sma棒材(71、72)的限位圆形槽孔。

9.根据权利要求1～8任一项所述的多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器，其特征在于，外部连接装置(10)包括带螺栓孔的连接耳板与u型构件，所述连接耳板通过焊接固定在u型构件竖板外侧。

10.根据权利要求9所述的多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器，其特征在于，三块限位板(81、82、83)固定于外部连接装置(10)的u型构件内侧。

技术总结
本发明公开了一种多阶段耗能自复位摩擦型阻尼器，包括形状记忆合金棒材和挡板组成的自复位模块；内拉压板、高强螺栓、摩擦片、不锈钢、碟形弹簧、槽钢组成的摩擦耗能模块；限位板和外部连接装置组成的限位模块。该阻尼器可通过调整高强螺栓预紧力、摩擦片的种类和数量来获得不同大小的阻尼力，通过调整SMA棒材的种类、数量和直径来获得不同大小的自复位能力。本发明通过自复位功能以减小结构或构件的震后残余变形；通过摩擦耗能避免阻尼器主体结构自身产生过大的塑性变形和损伤，降低震后结构正常功能恢复所需的时间和成本；与不同结构构件的联合作用，实现对建筑结构的性能化设计，达到不同的性能目标，进而满足结构对不同抗震性能的需求。

技术研发人员：田晋鹏,潘建荣,王湛,胡方鑫,刘德铭,郑彦君,范延静
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15