多阶自复位支撑构件及其组装方法与流程

1.本发明涉及结构工程领域，尤其涉及一种多阶自复位支撑构件及其组装方法。


背景技术：

2.在传统建筑结构中通常采用提高强度和延性、优化传力途径和提高结构整体性等措施来提高结构整体的抗震性能，通过合理设计布置可使阻尼器、支撑等构造分担主要地震耗能从而减轻结构主体所受到的震害，保证结构使用功能正常运转，并在灾后能够迅速修复和更换耗能加固措施。
3.传统支撑体系安装过程存在着污染过大、施工周期长、材料利用不合理以及对施工工艺要求较高等问题，并在震后会出现显著的残余变形，导致主体结构破坏甚至倒塌。
4.国内外学者提出在工程结构中设置自复位耗能支撑构件来消除传统支撑体系对结构安全性和震后使用的隐患，但当前研究多采用复位预应力技术，由于预应力筋变形能力有限、存在断裂风险且预应力施加和保持受外界因素影响较大，单一预应力技术无法满足工程结构对于支撑的自复位和耗能能力的要求；由于耗能能力与自复位能力是一对动态平衡的关系，因此两者难以同时兼顾；当前支撑受压易发生屈曲失稳，在多次地震作用下，可能引起其性能与初始设计性能出现较大偏差。
5.因此，有必要提供一种多阶自复位支撑构件及其组装方法来解决上述技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的是提供一种多阶自复位支撑构件及其组装方法，旨在解决传统支撑结构会发生显著的变形，支撑耗能效果不佳，进而容易导致主结构受损的问题。
7.为实现上述目的，本发明提出的一种多阶段自复位支撑构件，其包括盖板、导力杆、第一预应力筋组、第二预应力筋组以及依次设置于所述盖板上的第一端板、第一耗能组件、碟簧组件、第二耗能组件和第二端板，所述第一耗能组件和所述第二耗能组件能够相对所述盖板摩擦滑动；所述第一预应力筋组连接于所述第一端板与所述第一耗能组件之间，所述第二预应力筋组连接于第二端板与所述第二耗能组件之间，所述碟簧组件连接于所述第一耗能组件与所述第二耗能组件之间；所述导力杆依次穿设于所述第一端板和所述第一耗能组件，且所述导力杆与所述第一端板滑动连接，所述导力杆与所述第一耗能组件固定连接，所述导力杆的一端与所述第二耗能组件固定连接，另一端用于固定连接于外部。
8.可选地，所述第一耗能组件包括垫板和滑动摩擦板，所述垫板与所述导力杆固定连接，所述垫板上开设有通孔，所述第一预应力筋组穿过所述通孔；所述第一预应力筋组的端部与所述滑动摩擦板连接，所述滑动摩擦板通过螺栓与所述盖板连接且能够相对所述盖板摩擦滑动；所述第一耗能组件与所述第二耗能组件的结构一致且相互对称设置。
9.可选地，所述滑动摩擦板包括依次连接的第一折板、连接部和第二折板，所述第一折板与所述第一预应力筋组连接，所述连接部上开设有条形槽，所述螺栓穿过所述条形槽与所述盖板连接，所述第二折板与所述碟簧组件滑动连接。
10.可选地，所述碟簧组件包括螺杆和串设于所述螺杆上的多个受压耗能碟簧，所述螺杆与所述第二折板滑动连接。
11.可选地，所述螺杆的两端设置有锚固部，所述锚固部位于对应的所述滑动摩擦板的第一折板与第二折板之间，且所述锚固部与所述第二折板之间存在间隙。
12.可选地，所述盖板的数量为两个，两个所述盖板间隔设置，所述第一预应力筋组、第一耗能组件、碟簧组件、第二耗能组件以及第二预应力筋组均设置于两个所述盖板之间。
13.可选地，所述多阶段自复位支撑构件还包括加强板，所述加强板连接于两个所述盖板之间。
14.可选地，所述加强板为u型板。
15.本发明还提供一种多阶段自复位支撑构件的组装方法，包括以下步骤：
16.获取第一盖板、第二盖板、导力杆、第一预应力筋组、第二预应力筋组、第一端板、第一耗能组件、碟簧组件、第二耗能组件和第二端板；
17.在第一端板和第一耗能组件上开设矩形孔洞；
18.组合第一盖板、第二盖板、第一端板和第二端板形成矩形框；
19.将导力杆穿过第一端板和第一耗能组件，焊接导力杆和第一耗能组件，焊接导力杆的端部和第二耗能组件；
20.将第一组预应力筋组连接于第一端板和第一耗能组件之间；将第二预应力筋组组连接于第二耗能组件和第二端板之间；
21.将碟簧组件的两端分别与第一耗能组件和第二耗能组件滑动连接，形成配备预应力筋和受压耗能碟簧的二级摩擦耗能自复位装置。
22.本发明技术方案中，多阶段自复位支撑构件受力时，导力杆发生位移，根据导力杆发生位移的距离可以将支撑结构分为两个耗能阶段。在第一阶段(小变形阶段)，第二耗能组件相对盖板发生滑移耗能，同时，第二预应力筋组向右运动受拉，且碟簧组件未被激活。在第二阶段(大变形阶段)，第二耗能组件继续相对盖板发生滑移耗能，第二预应力筋组向右运动受拉，且碟簧组件被激活。第一阶段通过预应力筋组提供恢复力，第二阶段通过预应力筋及受压耗能碟簧提供恢复力，受压耗能碟簧受压时，内外环面接触并且受压耗能碟簧出现压缩变形时，耗能受压耗能碟簧进行摩擦耗能，且耗能受压耗能碟簧组耗能能力稳定，不产生塑性变形，反复震后无须更换，具有优异的抗震可恢复性。结合兼具自复位和耗能能力的预应力筋组和耗能受压耗能碟簧组部件实现分阶段耗能技术，可以克服现有耗能支撑的不足的问题，使得两阶段支撑均具有较好的自复位能力，由此提高其形变恢复能力，避免显著变形，防止主结构受损。
附图说明
23.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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例中多阶段自复位支撑构件一视角的结构示意图；
25.图2为本发明实施例中多阶段自复位支撑构件另一视角的结构示意图；
26.图3为本发明实施例中多阶段自复位支撑构件拆解示意图；
27.图4为本发明实施例中碟簧组件的结构示意图；
28.图5为本发明实施例中多阶段自复位支撑构件处于第一状态的结构示意图；
29.图6为本发明实施例中多阶段自复位支撑构件处于第二状态的结构示意图。
30.附图标号说明：101、盖板；201、第一端板；202、第二端板；301、加强板；410、导力杆；420、第一耗能组件；430、第二耗能组件；421、垫板；422、滑动摩擦板；423、条形槽；5、第一预应力筋组；6、第二预应力筋组；7、碟簧组件；701、螺杆；702、锚固部；703、受压耗能碟簧。
31.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
32.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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
33.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
34.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
37.如图1至图4所示，本发明一实施例中，多阶段自复位支撑构件包括盖板101、导力杆410、第一预应力筋组5、第二预应力筋组6以及依次设置于盖板101上的第一端板201、第一耗能组件420、碟簧组件7、第二耗能组件430和第二端板202，第一耗能组件420和第二耗能组件430能够相对盖板101摩擦滑动；第一预应力筋组5连接于第一端板201与第一耗能组件420之间，第二预应力筋组6连接于第二端板202与第二耗能组件430之间，碟簧组件7连接于第一耗能组件420与第二耗能组件430之间；导力杆410依次穿设于第一端板201和第一耗能组件420，且导力杆410与第一端板201滑动连接，导力杆410与第一耗能组件420固定连接，导力杆410的一端与第二耗能组件430固定连接，另一端用于固定连接于外部。
38.上述实施例中，多阶段自复位支撑构件受力时，导力杆410发生位移，根据导力杆
410发生位移的距离可以将支撑结构分为两个耗能阶段。在第一阶段(小变形阶段)，第二耗能组件430相对盖板101发生滑移耗能，同时，第二预应力筋组6向右运动受拉，且碟簧组件7未被激活。在第二阶段(大变形阶段)，第二耗能组件430继续相对盖板101发生滑移耗能，第二预应力筋组6向右运动受拉，且碟簧组件7被激活。第一阶段通过预应力筋组提供恢复力，第二阶段通过预应力筋及受压耗能碟簧703提供恢复力，故两阶段支撑均具有较好的自复位能力，由此提高其形变恢复能力，避免显著变形，防止主结构受损。
39.具体地，第一耗能组件420包括垫板421和滑动摩擦板422，垫板421与导力杆410固定连接，垫板421上开设有通孔，第一预应力筋组穿过通孔；第一预应力筋组5的端部与滑动摩擦板422连接，滑动摩擦板422通过螺栓与盖板101连接且能够相对盖板101摩擦滑动；第一耗能组件420与第二耗能组件430的结构一致且相互对称设置。第二耗能组件430也包括垫板421和滑动摩擦板422，且第二耗能组件430中的垫板421和滑动摩擦板422与第一耗能组件420中的垫板421和滑动摩擦板422的位置对称布置。即当导力杆410向右运动时，在第二耗能组件430中，导力杆410拉动垫板421向右移动，垫板421推动滑动摩擦板422向右移动，由此滑动摩擦板422与盖板101之间发生滑移耗能，并且第二预应力组被拉升。当导力杆410向右运动时，在第一耗能组件420中，导力杆410拉动垫板421向右移动，由于滑动摩擦板422与盖板101之间存在摩擦，垫板421与滑动摩擦板422分离。
40.进一步地，滑动摩擦板422包括依次连接的第一折板、连接部和第二折板，第一折板与第一预应力筋组5连接，连接部上开设有条形槽423，螺栓穿过条形槽423与盖板101连接，第二折板与碟簧组件7滑动连接。开有条形槽423的连接部与盖板101通过螺栓连接，且在螺栓上施加预紧力，以使得在受力过程中连接板与盖板101之间有一定的摩擦力。
41.其中，碟簧组件7包括螺杆701和串设于螺杆701上的多个受压耗能碟簧703，螺杆701与第二折板滑动连接。通过设置多个受压耗能碟簧703以保证其恢复能力。螺杆701的两端设置有锚固部702，锚固部702位于对应的滑动摩擦板422的第一折板与第二折板之间，且锚固部702与第二折板之间存在间隙。受力杆向右移动，第二耗能组件430的垫板421及滑动摩擦板422均向右移动，由于锚固部702与第二折板之间存在间隙，滑动摩擦板422向右移动一段距离后才会抵压受压耗能碟簧703。即处于第一阶段时，由于锚固部702与第二折板之间存在间隙，碟簧组件7未被激活。
42.在上述实施例中，由于多阶段自复位支撑构件受拉或受压时(导力杆410向右或向左运动)，变形模式及机理均一样，为减小叙述工作量，以下以受拉(导力杆410向右运动)为例进行说明。在第一阶段(导力杆410位移量小时)，导力杆410带动第一耗能组件420和第二耗能组件430向左移动，
43.第一阶段(小变形阶段)：导力杆410带动开有条形槽423的连接板与盖板101发生相对滑移耗能，同时第二预应力筋组6向右运动受拉，由于开有条形槽423的连接板与盖板101之间有一定的摩擦力，第一预应力筋组5保持不变，未参与受力；开有条形槽423的连接板与碟簧组件7之间的间隙使得碟簧组件7没有被激活，如图5所示。
44.第二阶段(大变形阶段)：随着变形的进一步增大，开有条形槽423的连接板与碟簧组件7之间的间隙被消除，碟簧组件7中的受压耗能碟簧703受压参与结构耗能，同时第一阶段的摩擦耗能仍在发挥着作用，如图6所示。最终实现了多阶段耗能的目标。
45.另外，盖板101的数量为两个，两个盖板101间隔设置，第一预应力筋组5、第一耗能
组件420、碟簧组件7、第二耗能组件430以及第二预应力筋组6均设置于两个盖板101之间。即两个盖板101与第一端板201和第二端板202围成一个矩形框，第一预应力筋组5、第一耗能组件420、碟簧组件7、第二耗能组件430以及第二预应力筋组6均设置于矩形框内，对矩形框内的零部件进行保护。
46.为提高多阶段自复位支撑构件的整体强度，多阶段自复位支撑构件还包括加强板301，加强板301连接于两个盖板101之间。可选地，加强板301为u型板。可选地，加强板301可以为多个，多个加强板301间隔分布于盖板101的两侧。在对内部零部件进行保护的同时，避免了传统封闭式套筒构造，可便于观察支撑变形情况，并评判其所处的阶段(第一阶段或第二阶段)。分阶段耗能可在减小残余变形的同时增大耗能能力，进而推动韧性城市的建设。
47.另外，本发明还提供一种多阶段自复位支撑构件的组装方法，在一实施例中多阶段自复位支撑构件的组装方法具体步骤如下：
48.1、获取第一盖板、第二盖板、导力杆、第一预应力筋组、第二预应力筋组、第一端板、第一耗能组件、碟簧组件、第二耗能组件和第二端板；
49.2、在第一端板和第一耗能组件上开设矩形孔洞；
50.3、组合第一盖板、第二盖板、第一端板和第二端板形成矩形框；
51.4、将导力杆穿过第一端板和第一耗能组件，焊接导力杆和第一耗能组件，焊接导力杆的端部和第二耗能组件；
52.导力杆穿过第一端板和第一耗能组件中的垫板，焊接导力杆和第一耗能组件中的垫板，焊接导力杆的端部和第二耗能组件中的垫板。
53.5、将第一组预应力筋组连接于第一端板和第一耗能组件之间；将第二预应力筋组组连接于第二耗能组件和第二端板之间；
54.将第一组预应力筋组连接于第一端板和第一耗能组件中的垫板之间；将第二预应力筋组组连接于第二耗能组件中的垫板和第二端板之间；
55.6、将碟簧组件的两端分别与第一耗能组件和第二耗能组件滑动连接，形成配备预应力筋和受压耗能碟簧的二级摩擦耗能自复位装置。
56.将碟簧组件的两端分别与第一耗能组件中的摩擦耗能板和第二耗能组件中的摩擦耗能板滑动连接，形成配备预应力筋和受压耗能碟簧的二级摩擦耗能自复位装置
57.通过上述方法组装出的阶段自复位支撑构件受力时，导力杆发生位移，根据导力杆发生位移的距离可以将支撑结构分为两个耗能阶段。在第一阶段(小变形阶段)，第二耗能组件相对盖板发生滑移耗能，同时，第二预应力筋组向右运动受拉，且碟簧组件未被激活。在第二阶段(大变形阶段)，第二耗能组件继续相对盖板发生滑移耗能，第二预应力筋组向右运动受拉，且碟簧组件被激活。第一阶段通过预应力筋组提供恢复力，第二阶段通过预应力筋及受压耗能碟簧提供恢复力，故两阶段支撑均具有较好的自复位能力，由此提高其形变恢复能力，避免显著变形，防止主结构受损。
58.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。