一种变滞回性能自复位组合碟簧U型金属耗能阻尼器

一种变滞回性能自复位组合碟簧u型金属耗能阻尼器
技术领域
1.本发明涉及一种阻尼器，特别是一种变滞回性能自复位组合碟簧u型金属耗能阻尼器，属于土木工程抗震技术领域。


背景技术：

2.地震对结构会产生强烈的破坏，特别是中震和大震更会导致结构的倒塌。地震之所以会对结构造成巨大的损伤破坏，其原因主要是由于目前已有的结构还不具有完全抵抗复杂地震的能力，结构可能会遭受比设防烈度更强的地震作用，从而对其造成严重的损伤破坏。其中有些结构在震后虽然保持了结构整体的完整性使结构没有发生倒塌，但是由于结构在地震过程中产生了较大的塑性变形，致使结构在震后留有较大的残余变形。结构震后残余变形的存在会严重减小结构抵抗余震的能力，并且增加震后结构加固维修的费用甚至需要将结构推倒重建，当残余侧移率达到0.5％时mccormick发现重修的造价要大于重建，同时当结构残余侧移率达到1％时，居住者心理生理都会不舒服影响人们的正常生活，所以震后结构的残余变形也是结构抗震性能设计需要考虑的一个重要性能指标。震后结构的自复位能够有效的解决永久位移的问题，因此越来越受到广大学者和研究者的亲睐。
3.为了提高结构的抗震能力和震后可恢复能力，是近几年以来一些学者所研究的主要内容，因此自复位结构应与一些耗能装置结合使用，这样才能同时降低结构的最大变形和残余变形。


技术实现要素：

4.基于现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种变滞回性能自复位组合碟簧u型金属耗能阻尼器，用以解决普通耗能阻尼器在小震作用下耗能能力不足以及大震或中震作用下出现较大的残余变形而加大震后维护和重建成本的问题。
5.为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：
6.一种变滞回性能自复位组合碟簧u型金属耗能阻尼器，所述阻尼器主要包括外套管、内套管、组合碟簧以及u型金属板；所述内套管套设在外套管内部，所述u型金属板的上、下两侧分别通过高强螺栓固定在外套管的内侧和内套管的外侧；
7.所述内套管包括左侧的第一内套管以及右侧的第二内套管，所述u型金属板设置在第二内套管的中部，所述第一内套管横截面尺寸小于所述第二内套管横截面尺寸；所述第一内套管的左侧还固定设置有内套管左侧挡板，此外，在第一内套管上还滑动套设有一对内套管外侧挡板，其分别挡设在内套管左侧挡板右侧以及第二内套管左侧，所述内套管外侧挡板之间的第一内套管上还套设有组合碟簧，组合碟簧分别与两侧的内套管外侧挡板固定；
8.所述外套管内还设置有两个环形的外套管内侧挡板，所述内套管外侧挡板以及组合碟簧均位于两个外套管内侧挡板之间，所述外套管内侧挡板用于限制所述内套管外侧挡板的移动距离。
9.进一步地，所述内套管左侧挡板横截面尺寸小于所述外套管内侧挡板的内孔尺寸，而内套管外侧挡板的横截面尺寸大于所述外套管内侧挡板的内孔尺寸并小于所述外套管内侧挡板的外边框尺寸。
10.进一步地，所述外套管、内套管与u型金属板组成阻尼器的耗能系统，而所述外套管、内套管、外套管内侧挡板、内套管左侧挡板、内套管外侧挡板与组合碟簧又组成阻尼器的自复位系统。
11.进一步地，所述外套管内侧挡板和内套管外侧挡板在初始状态留有一定空隙，两者随外套管和内套管的相对位移不断增大而接触，并进一步相互挤压。
12.进一步地，所述外套管左侧固定有左端板，内套管右侧固定有右端板；左耳板固定在左端板的左侧，右耳板固定在右端板的右侧，均用以与建筑结构相连。
13.进一步地，所述u型金属板为低屈服金属材料。
14.进一步地，所述u型金属板为q235钢或形状记忆合金板。
15.工作原理为：当外套筒和内套筒之间发生相对位移时：一方面，每个u型金属板的两个侧板发生错动变形，通过u型金属板进入塑性状态耗散能量；另一方面，当相对位移较小时，外套管内侧挡板和内套管外侧挡板发生错动但不会接触，组合碟簧不会受到内套管外侧挡板的挤压，从而可使耗能系统在小震作用时充分变形耗能；当相对位移较大时，外套管内侧挡板和内套管外侧挡板错动至接触并进一步相互挤压，组合碟簧受到内套管外侧挡板的挤压，为整个阻尼器提供自恢复力，进而有效减小或消除阻尼器在大震或中震后产生的塑性变形。
16.本发明的有益效果在于：
17.本发明的阻尼器对各等级地震的作用均具有良好的耗能能力，在大震或中震作用下可有效减小结构的残余变形而减小震后维护和重建成本问题，并且可通过调整u型金属板的性能控制阻尼器的耗能能力，以及通过调整组合碟簧的性能控制整个阻尼器的自复位能力，具有广阔的应用范围和良好的市场前景。
18.本发明在传统金属耗能阻尼器中引入分阶段自复位系统，通过自复位系统中挡板及碟簧位置的设置，为阻尼器实现分阶段自复位功能，从而实现阻尼器的变滞回性能，以适应不同等级地震的作用，此外本发明还可以通过调整耗能系统的耗能能力和自复位系统的自复位功能设计适用于不同结构的阻尼器性能，这样可以通过新型变滞回性能自复位组合碟簧u型金属板耗能阻尼器的耗能性能耗散地震能量，有效减小结构的地震响应，更能利用该新型阻尼器的自复位功能减小大震或中震作用时结构的残余变形，从而有利于限制结构的损伤并且可有效降低结构震后的修复成本。
19.本发明的内外套管及内部各组件均可采用全装配式构件，可以减少金属焊接程序，缩短施工进度，质量易控制，在运营期间可方便进行组件的拆卸和替换，易于维修和维护，全寿命成本效益高。
附图说明
20.图1为本发明的变滞回性能自复位组合碟簧u型金属耗能阻尼器的结构剖视图；
21.图2为本发明的变滞回性能自复位组合碟簧u型金属耗能阻尼器在不同状态变形及对应滞回耗能示意图(图中(a)为初始状态，(b)为受压状态，(c)为受压状态，(d)为受拉
状态，(e)为受拉状态)；
22.图3为图1的结构i-i截面图；
23.图4为图1的结构ii-ii截面图；
24.附图标记：1a-左端板；1b-右端板；2a-左耳板；2b-右耳板；3-外套管；4-内套管；41-第一内套管；42-第二内套管；5-外套管内侧挡板；6-内套管左侧挡板；7-内套管外侧挡板；8-组合碟簧；9-u型金属板；10-高强螺栓。
具体实施方式
25.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。
26.如图1-图4所示，本发明的一种变滞回性能自复位组合碟簧u型金属耗能阻尼器，阻尼器主要包括外套管3、内套管4、组合碟簧8以及u型金属板9。内套管4套设在外套管3内部，u型金属板9的上、下两侧分别通过高强螺栓10固定在外套管3的内侧和内套管4的外侧。
27.内套管4包括左侧的第一内套管41以及右侧的第二内套管42，u型金属板9设置在第二内套管42的中部，第一内套管41横截面尺寸小于第二内套管42横截面尺寸。第一内套管41的左侧还固定设置有内套管左侧挡板6，此外，在第一内套管41上还滑动套设有一对内套管外侧挡板7，其分别挡设在内套管左侧挡板6右侧以及第二内套管42左侧，内套管外侧挡板7之间的第一内套管41上还套设有组合碟簧8，组合碟簧8分别与两侧的内套管外侧挡板7固定。如图1所示，内套管左侧挡板6横截面尺寸小于外套管内侧挡板5的内孔尺寸，而内套管外侧挡板7的横截面尺寸大于外套管内侧挡板5的内孔尺寸并小于外套管内侧挡板5的外边框尺寸。
28.外套管3内还设置有两个环形的外套管内侧挡板5，内套管外侧挡板7以及组合碟簧8均位于两个外套管内侧挡板5之间，外套管内侧挡板5用于限制内套管外侧挡板7的移动距离。外套管内侧挡板5和内套管外侧挡板7在初始状态留有一定空隙，两者随外套管3和内套管4的相对位移不断增大而接触，并进一步相互挤压。
29.本实施例中，u型金属板9为q235钢，外套管3、内套管4与u型金属板9组成阻尼器的耗能系统，而外套管3、内套管4、外套管内侧挡板5、内套管左侧挡板6、内套管外侧挡板7与组合碟簧8又组成阻尼器的自复位系统。
30.此外，外套管3左侧固定有左端板1a，内套管4右侧固定有右端板1b。左耳板2a固定在左端板1a的左侧，右耳板2b固定在右端板1b的右侧，均用以与建筑结构相连。
31.具体工作原理为：当外套筒3和内套筒4之间发生相对位移时：一方面，每个u型金属板9的两个侧板发生错动变形，通过u型金属板9进入塑性状态耗散能量。另一方面，当相对位移较小时，外套管内侧挡板5和内套管外侧挡板7发生错动但不会接触，组合碟簧8不会受到内套管外侧挡板7的挤压，从而可使耗能系统在小震作用时充分变形耗能。当相对位移较大时，外套管内侧挡板5和内套管外侧挡板7错动至接触并进一步相互挤压，组合碟簧8受到内套管外侧挡板7的挤压，为整个阻尼器提供自恢复力，进而有效减小或消除阻尼器在大震或中震后产生的塑性变形。
32.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。