基于刚性折-剪纸结构的可重复耗能结构的制作方法

技术特征：
1.一种基于刚性折-剪纸结构的可重复耗能结构，其特征在于：包括折-剪纸管状结构和用于开缝处连接的柔性材料，折-剪纸管状结构包括数层同轴布置的折-剪纸管状耗能单元，每层折-剪纸管状耗能单元的两端均设有连接段，且相邻两层折-剪纸管状耗能单元之间通过连接段连接，折-剪纸管状耗能单元包括数个位于同一水平位置、且按照折痕图案折叠而成的基本折-剪纸单元。2.根据权利要求1所述的基于刚性折-剪纸结构的可重复耗能结构，其特征在于：所述折-剪纸管状耗能单元由数个基本折-剪纸单元沿水平方向按首尾依次连接而成，相邻两个基本折-剪纸单元之间形成沿高度方向贯通的缝隙，缝隙处设有柔性材料；所述基本折-剪纸单元展开后为大小相同的矩形单元，所述折-剪纸管状耗能单元展开后为大小相同的矩形平板单元，该矩形平板单元由数个具有相同尺寸和折痕图案的矩形单元在水平方向上按首尾依次连接而成，相邻两矩形单元之间形成沿高度方向贯通的缝隙，每层折-剪纸管状耗能单元内设有数条沿高度方向贯通的缝隙。3.根据权利要求2所述的基于刚性折-剪纸结构的可重复耗能结构，其特征在于：所述连接段展开后为大小相同的矩形平板连接单元，该矩形平板连接单元由数个具有相同尺寸的矩形连接单元在水平方向上按首尾依次连接而成，构成折-剪纸管状耗能单元的数个基本折-剪纸单元的上下两端分别设有大小相同的矩形连接单元，上下位置对应且相邻的两基本折-剪纸单元之间通过矩形连接单元连接。4.根据权利要求3所述的基于刚性折-剪纸结构的可重复耗能结构，其特征在于：所述折-剪纸管状结构由数层折-剪纸管状耗能单元沿高度方向通过连接段连接而成，折-剪纸管状结构展开后呈一矩形平板，该矩形平板由数层相同宽度的矩形平板单元在竖直方向连接而成，相邻两矩形平板单元之间通过矩形平板连接单元连接，每层矩形平板单元的上下两端均设有矩形平板连接单元；设折-剪纸管状结构包括n层折-剪纸管状耗能单元，n≥1，此时折-剪纸管状结构内共设有n 1层连接段。5.根据权利要求2所述的基于刚性折-剪纸结构的可重复耗能结构，其特征在于：所述基本折-剪纸单元展开后的矩形单元设有六条折痕，包括四条山线和两条谷线，其中四条山线分别位于矩形单元的对角线上，两条谷线分别位于矩形单元沿水平方向的中心线上，六条折痕相交以及折痕与边界相交共形成七个顶点，分别为第一顶点、第二顶点、第三顶点、第四顶点、第五顶点、第六顶点、第七顶点，其中第一顶点位于矩形单元的中心位置，第二、三、六顶点和第七顶点均位于矩形单元的顶点位置，第四顶点和第五顶点位于矩形单元纵向边界的中点位置；所述六条折痕将基本折-剪纸单元划分为六个折叠单元，分别为第一折叠单元、第二折叠单元、第三折叠单元、第四折叠单元、第五折叠单元、第六折叠单元，其中第三、四、五折叠单元和第六折叠单元为全等的直角三角形单元，第一折叠单元和第二折叠单元为全等的等腰三角形单元；设所述基本折-剪纸单元展开后的矩形单元宽为a1，高为b1，在折叠过程中宽度a1保持不变，设某一折叠状态下基本折-剪纸单元的高度为h1，第一折叠单元和第二折叠单元之间的夹角为θ1，第三折叠单元和第四折叠单元之间、第五折叠单元和第六折叠单元之间的夹角均为β1，θ1、β1和h1之间的关系为：
6.根据权利要求5所述的基于刚性折-剪纸结构的可重复耗能结构，其特征在于：设所述折-剪纸管状耗能单元的上、下两端截面均为n边形，n≥3，折叠过程中，每个基本折-剪纸单元的第三顶点和第七顶点分别和与其相邻的基本折-剪纸单元的第二顶点和第六顶点具有相同的空间位置，当所述基本折-剪纸单元的第五顶点和与其相邻的基本折-剪纸单元的第四顶点具有相同的空间位置时，相邻两个基本折-剪纸单元之间的缝隙是闭合的，所述基本折-剪纸单元的第五折叠单元和第六折叠单元分别和与其相邻的基本折-剪纸单元的第三折叠单元和第四折叠单元位于同一平面，此时基本折-剪纸单元处于初始折叠状态，此时的θ
10
、β
10
和h
10
分别为：分别为：所述基本折-剪纸单元位于初始折叠状态时在相邻两个基本折-剪纸单元之间的缝隙处连接有柔性材料；当所述基本折-剪纸单元从初始折叠状态开始折叠时，其第五顶点和与其相邻的基本折-剪纸单元的第四顶点随即分离，相邻两个基本折-剪纸单元之间缝隙处连接的柔性材料随之拉伸，θ1、β1和h1越来越小。7.根据权利要求5所述的基于刚性折-剪纸结构的可重复耗能结构，其特征在于：所述基本折-剪纸单元展开后的矩形单元的宽度a1和高度b1需满足以下条件：8.根据权利要求2所述的基于刚性折-剪纸结构的可重复耗能结构，其特征在于：所述基本折-剪纸单元展开后的矩形单元共设有七条折痕，其中包括五条山线和两条谷线，七条折痕之间相交以及折痕与边界相交共形成八个交点，分别为第一顶点、第二顶点、第三顶点、第四顶点、第五顶点、第六顶点、第七顶点和第八顶点，其中第一顶点和第二顶点位于矩形单元的横向中心线上并且关于纵向中心线对称，第三、四、七顶点和第八顶点均位于矩形单元的顶点位置，第五顶点和第六顶点位于矩形单元纵向边界的中点位置；所述七条折痕将基本折-剪纸单元划分为六个折叠单元，分别为第一折叠单元、第二折叠单元、第三折叠单元、第四折叠单元、第五折叠单元、第六折叠单元，其中第三、四、五折叠单元和第六折叠单元为全等的直角三角形单元，第一折叠单元和第二折叠单元为全等的等腰梯形单元；设所述基本折-剪纸单元展开后的矩形单元宽为a2，高为b2，第一折叠单元和第二折叠单元之间公共边的长度为c；在所述基本折-剪纸单元的折叠过程中宽度a2保持不变，设某
一折叠状态下所述基本折-剪纸单元的高度为h2，第一折叠单元和第二折叠单元之间的夹角为θ2，第三折叠单元和第四折叠单元之间、第五折叠单元和第六折叠单元之间均具有相同的夹角β2，θ2、β2和h2之间的关系为：9.根据权利要求7所述的基于刚性折-剪纸结构的可重复耗能结构，其特征在于：设所述折-剪纸管状耗能单元的上下两端截面均为n边形，n≥3，折叠过程中，每个基本折-剪纸单元的第四顶点和第八顶点分别和与其相邻的基本折-剪纸单元的第三顶点和第七顶点具有相同的空间位置，当所述基本折-剪纸单元的第六顶点和与其相邻的基本折-剪纸单元的第五顶点具有相同的空间位置时，相邻两个基本折-剪纸单元之间的缝隙是闭合的，并且此时所述基本折-剪纸单元的第五折叠单元和第六折叠单元分别和与其相邻的基本折-剪纸单元的第三折叠单元和第四折叠单元位于同一平面，此时基本折-剪纸单元处于初始折叠状态，此时的θ
20
、β
20
和h
20
分别为：分别为：所述基本折-剪纸单元位于初始折叠状态时，在相邻两个基本折-剪纸单元之间的缝隙处连接有柔性材料，当所述基本折-剪纸单元从初始折叠状态开始折叠时，其第六顶点和与其相邻的基本折-剪纸单元的第五顶点随即分离，相邻两个基本折-剪纸单元之间缝隙处连接的柔性材料随之拉伸，θ2、β2和h2越来越小。10.根据权利要求7所述的基于刚性折-剪纸结构的可重复耗能结构，其特征在于：所述基本折-剪纸单元中，第一折叠单元和第二折叠单元之间公共边的长度c需要满足以下条件：

技术总结
本发明涉及建筑结构及航空航天领域，特别是一种基于刚性折-剪纸结构的可重复耗能结构。包括折-剪纸管状结构和用于开缝处连接的柔性材料，折-剪纸管状结构包括数层同轴布置的折-剪纸管状耗能单元，每层折-剪纸管状耗能单元的两端均设有连接段，且相邻两层折-剪纸管状耗能单元之间通过连接段连接，折-剪纸管状耗能单元包括数个位于同一水平位置、且按照折痕图案折叠而成的基本折-剪纸单元。其成型简单，施工方便，工程造价低，既拥有较低的的初始峰值压力，还可多次重复使用。还可多次重复使用。还可多次重复使用。


技术研发人员：白涌滔 王书宏 周绪红
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2021.11.16
技术公布日：2022/3/7