一種裝配內疊式自復位耗能支撐的制作方法

本發明涉及自復位耗能支撐技術領域，具體涉及一種裝配內疊式自復位耗能支撐。

背景技術：

我國是一個地震多發國家，地震的發生造成建筑物的損壞甚至倒塌，帶來大量的人員傷亡與經濟損失。我國現行抗震設計規范采用延性設計思想，通過結構構件的彈塑性變形消耗地震能量，在提高結構抗震能力的同時降低建造費用。但在震后，構件的殘余變形會影響結構的正常使用，同時帶來高額的修復費用，甚至只能將結構推倒重建。為解決該問題，研究人員提出在結構上附加耗能支撐體系，地震發生時支撐發揮耗能作用，耗散地震能量，保護主要構件，并減小結構相對層間位移角。附加耗能支撐的結構抗震能力得到提高，但殘余變形角仍舊是一個問題，因此研究人員在耗能支撐的基礎上提出自復位耗能支撐，這種支撐在耗能的同時可以減少甚至消除結構的殘余變形，降低結構修復所需時間及費用。

支撐按照工作方式及結構特點可分為：普通支撐、防屈曲支撐及自復位耗能支撐。普通支撐利用低屈服點鋼的屈服來耗能，防屈曲支撐相對普通支撐性能更優，消除了普通支撐拉壓性能不對稱的問題，自復位支撐將耗能系統與自復位系統相結合，具有優良的耗能能力與自復位能力，自復位系統主要由預應力鋼筋或具有復位能力的新型智能材料組成。

從工作性能上來看，以上幾種支撐有如下特點：普通支撐長細比較大，受壓時容易屈曲，導致其拉壓往復性能差，滯回曲線不對稱、不飽滿，在受壓屈曲后耗能能力大幅下降，難以有效消耗地震傳入能量，同時，大震作用下，支撐受到往復荷載作用，構件本身及連接系統容易出現破壞，使得普通支撐工作可靠性很低；防屈曲支撐在普通支撐基礎上增加約束機制，約束內管耗能段，保證支撐的拉壓性能等向、滯回曲線飽滿，有很強的耗能能力，但這種支撐體系最大的問題在于地震作用下發生屈服，震后存在較大殘余變形，使得加固修復難度增大，甚至存在難以修復的狀況，造成嚴重的經濟損失；自復位支撐具有復位功能，在其正常工作階段可以自發復位，這一特性可以減少甚至消除結構的殘余變形，其復位系統通常采用形狀記憶合金或預應力鋼筋。形狀記憶合金的彈性良好，具有自復位能力，可實現支撐的自復位，但是形狀記憶合金性能受溫度影響，使得該支撐在實際應用中的可行性大大降低；預應力鋼筋的彈性變形小，限制該支撐系統的應用。

從結構構成上來看：普通支撐與防屈曲支撐結構形式簡單，拼裝部位通常采用焊接實現，會有殘余變形與殘余應力；采用形狀記憶合金或預應力筋的自復位支撐結構通常設有內管與外管，內外管之間布置復位裝置與摩擦裝置，同時需要合理布置復位系統，因此自復位支撐構造復雜，連接部位主要通過焊接實現，容易造成殘余變形與殘余應力。

因此，需要提供一種裝配內疊式自復位耗能支撐，采用預壓彈簧作為一種復位材料，同時結合摩擦板耗能，復位系統與耗能系統的協同工作使得該體系的滯回曲線飽滿，殘余變形為零，具有優良的復位性能與耗能性能，另一方面為解決其他自復位支撐構造復雜且需要焊接的問題，提出裝配內疊式自復位耗能支撐。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種裝配內疊式自復位耗能支撐，解決現有普通支撐的拉壓不對稱、滯回曲線不飽滿，防屈曲支撐地震作用下有殘余變形，形狀記憶合金性能受溫度影響的缺點，提出裝配內疊式自復位耗能支撐，構件種類少，結構形式簡單，加工方便，易于批量化生產，流水線加工。同時可以通過調節彈簧規格來改變系統剛度，通過改變耗能系統參數可以改變系統的耗能性，具有很好的可調節性，可廣泛應用。

為解決上述技術問題，本發明采用下述技術方案：

一種裝配內疊式自復位耗能支撐，包括外管、一字型桿和導向桿，所述導向桿的中部設有中空凹槽，所述導向桿的外表面從左到右依次設有導向桿第一擋塊、導向桿第二擋塊、導向桿第三擋塊、導向桿第四擋塊和導向桿第五擋塊，相鄰的擋塊之間設有螺栓孔，所述一字型桿的前側邊和后側邊均從左到右依次設有一字型桿第一擋塊、一字型桿第二擋塊、一字型桿第三擋塊、一字型桿第四擋塊和一字型桿第五擋塊，所述一字型桿的中部設有螺栓通槽，所述一字型桿插入導向桿的中空凹槽中，所述一字型桿的螺栓通槽與導向桿的螺栓孔通過第一高強螺栓、第二高強螺栓、第三高強螺栓和第四高強螺栓固定連接，所述一字型桿的上表面與導向桿之間設有上摩擦板，所述一字型桿的下表面與導向桿之間設有下摩擦板。

所述導向桿上相鄰的擋塊之間從左到右依次套設有第一彈簧、第二彈簧、第三彈簧和第四彈簧，所述第一彈簧的兩端設有第一彈簧左側擋板和第一彈簧右側擋板，所述第二彈簧的兩端設有第二彈簧左側擋板和第二彈簧右側擋板，所述第三彈簧的兩端設有第三彈簧左側擋板和第三彈簧右側擋板，所述第四彈簧的兩端設有第四彈簧左側擋板和第四彈簧右側擋板，所述第一彈簧左側擋板和第一彈簧右側擋板的外側分別設有第一彈簧左側附加擋板和第一號彈簧右側附加擋板，所述第二彈簧左側擋板和第二彈簧右側擋板的外側分別設有第二彈簧左側附加擋板和第二彈簧右側附加擋板，所述第三彈簧左側擋板和第三彈簧右側擋板的外側分別設有第三彈簧左側附加擋板和第三彈簧右側附加擋板，所述第四彈簧左側擋板和第四彈簧右側擋板的外側分別設有第四彈簧左側附加擋板和第四彈簧右側附加擋板。

所述外管套設在導向桿外，所述外管的兩端固定設有外管右側端板和外管左側端板，所述一字型桿的左端穿出外管左側端板，所述導向桿的右端穿出外管右側端板。

優選地，所述第一彈簧、第二彈簧、第三彈簧和第四彈簧的外徑均小于外管的內徑。所述第一彈簧、第二彈簧、第三彈簧和第四彈簧的內徑大于導向桿與一字型桿的外尺寸。第一彈簧、第二彈簧、第三彈簧和第四彈簧可以在導向桿上相對滑動。

優選地，所述第一彈簧左側擋板、第一彈簧右側擋板、第二彈簧左側擋板、第二彈簧右側擋板、第三彈簧左側擋板、第三彈簧右側擋板、第四彈簧左側擋板和第四彈簧右側擋板為中間開圓形孔的圓形擋板，且外徑均小于外管的內徑，中間圓形孔的直徑大于導向桿與一字型桿的擋塊的外尺寸，減少組裝的難度，同時各彈簧擋板可以在導向桿上發生相對滑動。彈簧擋板用來連接彈簧，擠壓彈簧并傳遞導向桿與一字型桿之間的力。

優選地，所述第一彈簧左側附加擋板、第一號彈簧右側附加擋板、第二彈簧左側附加擋板、第二彈簧右側附加擋板、第三彈簧左側附加擋板、第三彈簧右側附加擋板、第四彈簧左側附加擋板和第四彈簧右側附加擋板為中間開矩形孔的圓形擋板，且外徑均小于外管的內徑，中間矩形孔的尺寸大于導向桿與一字型桿的外尺寸，小于導向桿與一字型桿的擋塊的外尺寸。彈簧附加擋板由兩個形狀相同的半圓形擋板通過高強度螺栓拼裝而成，彈簧附加擋板保證彈簧擋板在受到一字型桿擋塊與導向桿擋塊推動的情況下可以自由滑動。

優選地，所述外管、外管右側端板和外管左側端板的材質為普通碳素結構Q235鋼。所述第一彈簧、第二彈簧、第三彈簧和第四彈簧的材質為60CrMnA。所述一字型桿、導向桿、第一彈簧左側擋板、第一彈簧右側擋板、第二彈簧左側擋板、第二彈簧右側擋板、第三彈簧左側擋板、第三彈簧右側擋板、第四彈簧左側擋板、第四彈簧右側擋板、第一彈簧左側擋板、第一彈簧右側擋板、第二彈簧左側擋板、第二彈簧右側擋板、第三彈簧左側擋板、第三彈簧右側擋板、第四彈簧左側擋板和第四彈簧右側擋板的材質為低合金高強度結構Q345鋼。所述第一高強螺栓、第二高強螺栓、第三高強螺栓和第四高強螺栓的材質為20MnTiB，強度為10.9級。

本發明的有益效果如下：

本發明的一種裝配內疊式自復位耗能支撐由于采用了以上技術方案，主要構件是通過銑制得到，主要受力與傳力部分為一個整體，主要受力部位沒有焊接，避免因焊接導致的鋼材金相組織和機械性能發生變化及焊接殘余應力，使得構件受力性能更加穩定。裝配內疊式自復位耗能支撐整體為裝配式，主要復位裝置與摩擦裝置明確，結構整體構造簡單，所用到的構件種類少，使得支撐的加工與安裝方便。

與常規支撐、防屈曲支撐、采用形狀記憶合金的自恢復耗能支撐、采用預應力鋼筋的自恢復耗能支撐相比有以下優點：

(1)與常規支撐相比，本發明的裝配內疊式自復位耗能支撐所采用的耗能系統為摩擦耗能系統，通過摩擦板的摩擦來耗散地震能量，同時該支撐在地震作用下拉壓性能等向，即滯回曲線對稱性良好，形狀飽滿，耗能性能優良，采用該支撐的結構在震后殘余變形較小或不存在殘余變形，同時該支撐結構構造簡單，安裝簡易可行，震后維護、更換容易，縮短了震后影響結構正常使用的時間。

(2)與防屈曲支撐相比，本發明的裝配內疊式自復位耗能支撐可以有效消除結構的殘余變形，減少震后結構修復費用。

(3)與采用形狀記憶合金的自復位耗能支撐相比，在正常工作狀態下，裝配內疊式自復位耗能支撐的性能受溫度影響小，具有很好的適用性。

(4)與采用預應力鋼筋的自復位耗能支撐相比，裝配內疊式自復位耗能支撐的行程更大即變形能力更強，可以滿足一般結構的變形要求。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出本發明的一種裝配內疊式自復位耗能支撐的結構示意圖。

圖2示出本發明的一種裝配內疊式自復位耗能支撐的外管、外管左側端板和外管右側端板的結構示意圖。

圖3示出本發明的一種裝配內疊式自復位耗能支撐的導向桿主視結構示意圖。

圖4示出本發明的一種裝配內疊式自復位耗能支撐的導向桿俯視結構示意圖。

圖5示出本發明的一種裝配內疊式自復位耗能支撐的一字型桿主視結構示意圖。

圖6示出本發明的一種裝配內疊式自復位耗能支撐的一字型桿俯視結構示意圖。

圖7示出本發明圖1中的A-A方向剖面示意圖。

圖8示出本發明圖1中的B-B方向剖面示意圖。

圖9示出本發明圖1中的C-C方向剖面示意圖。

圖中各標記如下：1一字型桿，2導向桿，3外管，4外管右側端板，5外管左側端板，6第一彈簧左側擋板，7第一彈簧右側擋板，8第二彈簧左側擋板，9第二彈簧右側擋板，10第三彈簧左側擋板，11第三彈簧右側擋板，12第四彈簧左側擋板，13第四彈簧右側擋板，14第一彈簧左側附加擋板，15第一號彈簧右側附加擋板，16第二彈簧左側附加擋板，17第二彈簧右側附加擋板，18第三彈簧左側附加擋板，19第三彈簧右側附加擋板，20第四彈簧左側附加擋板，21第四彈簧右側附加擋板，22第一高強螺栓，23第二高強螺栓，24第三高強螺栓，25第四高強螺栓，26上摩擦板，27下摩擦板，28導向桿第一擋塊，29導向桿第二擋塊，30導向桿第三擋塊，31導向桿第四擋塊，32導向桿第五擋塊，33一字型桿第一擋塊，34一字型桿第二擋塊，35一字型桿第三擋塊，36一字型桿第四擋塊，37一字型桿第五擋塊，38第一彈簧，39第二彈簧，40第三彈簧，41第四彈簧。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護范圍。

如圖1-圖9所示，一種裝配內疊式自復位耗能支撐，包括外管3、一字型桿1和導向桿2，所述導向桿2的中部設有中空凹槽，所述導向桿2的外表面從左到右依次設有導向桿第一擋塊28、導向桿第二擋塊29、導向桿第三擋塊30、導向桿第四擋塊31和導向桿第五擋塊32，相鄰的擋塊之間設有螺栓孔，所述一字型桿1的前側邊和后側邊均從左到右依次設有一字型桿第一擋塊33、一字型桿第二擋塊34、一字型桿第三擋塊35、一字型桿第四擋塊36和一字型桿第五擋塊37，所述一字型桿1的中部設有螺栓通槽，所述一字型桿1插入導向桿2的中空凹槽中，所述一字型桿1的螺栓通槽與導向桿2的螺栓孔通過第一高強螺栓22、第二高強螺栓23、第三高強螺栓24和第四高強螺栓25固定連接，所述一字型桿1的上表面與導向桿2之間設有上摩擦板26，所述一字型桿1的下表面與導向桿2之間設有下摩擦板27。

所述導向桿2上相鄰的擋塊之間從左到右依次套設有第一彈簧38、第二彈簧39、第三彈簧40和第四彈簧41，所述第一彈簧38的兩端設有第一彈簧左側擋板6和第一彈簧右側擋板7，所述第二彈簧39的兩端設有第二彈簧左側擋板8和第二彈簧右側擋板9，所述第三彈簧40的兩端設有第三彈簧左側擋板10和第三彈簧右側擋板11，所述第四彈簧41的兩端設有第四彈簧左側擋板12和第四彈簧右側擋板13，所述第一彈簧左側擋板6和第一彈簧右側擋板7的外側分別設有第一彈簧左側附加擋板14和第一號彈簧右側附加擋板15，所述第二彈簧左側擋板8和第二彈簧右側擋板9的外側分別設有第二彈簧左側附加擋板16和第二彈簧右側附加擋板17，所述第三彈簧左側擋板10和第三彈簧右側擋板11的外側分別設有第三彈簧左側附加擋板18和第三彈簧右側附加擋板19，所述第四彈簧左側擋板12和第四彈簧右側擋板13的外側分別設有第四彈簧左側附加擋板20和第四彈簧右側附加擋板21。

所述外管3套設在導向桿2外，所述外管3的兩端固定設有外管右側端板4和外管左側端板5，所述一字型桿1的左端穿出外管左側端板5，所述導向桿2的右端穿出外管右側端板4。

所述第一彈簧38、第二彈簧39、第三彈簧40和第四彈簧41的外徑均小于外管3的內徑。所述第一彈簧38、第二彈簧39、第三彈簧40和第四彈簧41的內徑大于導向桿2與一字型桿1的外尺寸。

所述第一彈簧左側擋板6、第一彈簧右側擋板7、第二彈簧左側擋板8、第二彈簧右側擋板9、第三彈簧左側擋板10、第三彈簧右側擋板11、第四彈簧左側擋板12和第四彈簧右側擋板13為中間開圓形孔的圓形擋板，且外徑均小于外管3的內徑，中間圓形孔的直徑大于導向桿2與一字型桿1的擋塊的外尺寸。

所述第一彈簧左側附加擋板14、第一號彈簧右側附加擋板15、第二彈簧左側附加擋板16、第二彈簧右側附加擋板17、第三彈簧左側附加擋板18、第三彈簧右側附加擋板19、第四彈簧左側附加擋板20和第四彈簧右側附加擋板21為中間開矩形孔的圓形擋板，且外徑均小于外管3的內徑，中間矩形孔的尺寸大于導向桿2與一字型桿1的外尺寸，小于導向桿2與一字型桿1的擋塊的外尺寸。

所述外管3、外管右側端板4和外管左側端板5的材質為普通碳素結構Q235鋼。所述第一彈簧38、第二彈簧39、第三彈簧40和第四彈簧41的材質為60CrMnA。所述一字型桿1、導向桿2、第一彈簧左側擋板6、第一彈簧右側擋板7、第二彈簧左側擋板8、第二彈簧右側擋板9、第三彈簧左側擋板10、第三彈簧右側擋板11、第四彈簧左側擋板12、第四彈簧右側擋板13、第一彈簧左側擋板6、第一彈簧右側擋板7、第二彈簧左側擋板8、第二彈簧右側擋板9、第三彈簧左側擋板10、第三彈簧右側擋板11、第四彈簧左側擋板12和第四彈簧右側擋板13的材質為低合金高強度結構Q345鋼。所述第一高強螺栓22、第二高強螺栓23、第三高強螺栓24和第四高強螺栓25的材質為20MnTiB，強度為10.9級。

本發明一種裝配內疊式自復位耗能支撐的具體實現過程如下：應用時，按照受力要求給彈簧施加初始的預壓力，按照變形要求設置彈簧行程，將裝配內疊式自復位耗能支撐作為斜支撐鉸接在建筑結構上下層之間，導向桿2最左側連接端與建筑結構上(下)層連接，一字型桿1最右側連接端與建筑結構下(上)層連接。在正常使用的狀態下，通過彈簧的預壓力及摩擦力為結構提供抗側力。當結構受到地震作用時，裝配內疊式自復位耗能支撐受力發生變形，一字型桿1及導向桿2發生相對運動，一字型桿1與導向桿2之間的上摩擦板26和下摩擦板27開始耗散地震輸入的能量，當地震作用結束，結構卸載，彈簧為主體的復位體系將提供恢復力使結構恢復到變形前的狀態。

當支撐受到拉力開始工作時，可假定一字型桿1相對固定，則導向桿2相對一字型桿1向右運動，帶動導向桿第一擋塊28推動第一彈簧左側附加擋板14、導向桿第二擋塊29推動第二彈簧左側附加擋板16、導向桿第三擋塊30推動第三彈簧左側附加擋板18、導向桿第四擋塊31推動第四彈簧左側附加擋板20，第一彈簧左側附加擋板14向右運動推動第一彈簧左側擋板6、第二彈簧左側附加擋板16向右運動推動第二彈簧左側擋板8、第三彈簧左側附加擋板18向右運動推動第三彈簧左側擋板10、第四彈簧左側附加擋板20向右運動推動第四彈簧左側擋板12，第一彈簧左側擋板6向右運動從而擠壓第一彈簧38、第二彈簧左側擋板8向右運動從而擠壓第二彈簧39、第三彈簧左側擋板10向右運動從而擠壓第三彈簧40、第四彈簧左側擋板12向右運動從而擠壓第四彈簧41，同時第一彈簧38受到第一彈簧右側擋板7與第一號彈簧右側附加擋板15的限制、第二彈簧39受到第二彈簧右側擋板9與第二彈簧右側附加擋板17的限制、第三彈簧40受到第三彈簧右側擋板11與第三彈簧右側附加擋板19的限制、第四彈簧41受到第四彈簧右側擋板13與第四彈簧右側附加擋板21的限制，第一號彈簧右側附加擋板15與第一彈簧右側擋板7受到一字型桿第二擋塊34的限位作用、第二彈簧右側附加擋板17與第二彈簧右側擋板9受到一字型桿第三擋塊35的限位作用、第三彈簧右側附加擋板19與第三彈簧右側擋板11受到一字型桿第四擋塊36的限位作用、第四彈簧右側附加擋板21與第四彈簧右側擋板13受到一字型桿第五擋塊37的限位作用，相對一字型桿1不發生移動，從而保證第一彈簧38、第二彈簧39、第三彈簧40和第四彈簧41受到壓縮；當卸載時，第一彈簧38推動第一彈簧左側附加擋板14與第一彈簧左側擋板6向左運動、第二彈簧39推動第二彈簧左側附加擋板16與第二彈簧左側擋板8向左運動、第三彈簧40推動第三彈簧左側附加擋板18與第三彈簧左側擋板10向左運動、第四彈簧41推動第四彈簧左側附加擋板20與第四彈簧左側擋板12向左運動，彈簧擋板向左運動推動導向桿2向左運動，從而整體結構在完全卸載之后能夠恢復到變形前的狀態。附加裝配內疊式自復位耗能支撐的結構在變形時能夠通過摩擦耗能來消耗地震輸入能量，同時復位裝置提供復位性能，支撐在震后可以恢復初始位置，減少結構殘余變形。

當支撐受到壓力開始工作時，可假定一字型桿1相對固定，則導向桿2相對一字型桿1向左運動，帶動導向桿第二擋塊29推動第一號彈簧右側附加擋板15、導向桿第三擋塊30推動第二彈簧右側附加擋板17、導向桿第四擋塊31推動第三彈簧右側附加擋板19、導向桿第五擋塊32推動第四彈簧右側附加擋板21，第一號彈簧右側附加擋板15向左運動推動第一彈簧右側擋板7、第二彈簧右側附加擋板17向左運動推動第二彈簧右側擋板9、第三彈簧右側附加擋板19向左運動推動第三彈簧右側擋板11、第四彈簧右側附加擋板21向左運動推動第四彈簧右側擋板13，第一彈簧右側擋板7向左運動從而擠壓第一彈簧38、第二彈簧右側擋板9向左運動從而擠壓第二彈簧39、第三彈簧右側擋板11向左運動從而擠壓第三彈簧40、第四彈簧右側擋板13向左運動從而擠壓第四彈簧41，同時第一彈簧38受到第一彈簧左側擋板6與第一彈簧左側附加擋板14的限制、第二彈簧39受到第二彈簧左側擋板8與第二彈簧左側附加擋板16的限制、第三彈簧40受第三彈簧左側擋板10與第三彈簧左側附加擋板18的限制、第四彈簧41受到第四彈簧左側擋板12與第四彈簧左側附加擋板20的限制，第一彈簧左側附加擋板14與第一彈簧左側擋板6受到一字型桿一字型桿第一擋塊33的限位作用、第二彈簧左側附加擋板16與第二彈簧左側擋板8受到一字型桿第二擋塊34的限位作用、第三彈簧左側附加擋板18與第三彈簧左側擋板10受到一字型桿第三擋塊35的限位作用、第四彈簧左側附加擋板20與第四彈簧左側擋板12受到一字型桿第四擋塊36的限位作用，相對一字型桿1不發生移動，從而保證第一彈簧38、第二彈簧39、第三彈簧40和第四彈簧41受到壓縮；當卸載時，第一彈簧38推動第一彈簧右側擋板7與第一號彈簧右側附加擋板15向右運動、第二彈簧39推動第二彈簧右側擋板9與第二彈簧右側附加擋板17向右運動、第三彈簧40推動第三彈簧右側擋板11與第三彈簧右側附加擋板19向右運動、第四彈簧41推動第四彈簧右側擋板13與第四彈簧右側附加擋板21向右運動，彈簧擋板向右側運動推動導向桿2向右運動，從而整體結構在完全卸載之后能夠恢復到變形前的狀態。結構在變形時能夠通過摩擦耗能來消耗地震輸入能量，同時復位裝置提供復位性能，支撐在震后恢復初始位置，減少結構殘余變形。

顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。