一种多级受力自复位耗能钢支撑

本发明涉及一种抗震支撑结构，具体涉及一种自复位支撑结构。

背景技术：

1、工程结构在地震后往往会因结构损伤产生较大的残余变形，对人员及结构的安全造成严重威胁。此外，地震后对受损结构进行修复的技术难度较大，经济成本高昂。自复位耗能支撑是一类新型的抗震支撑形式，在地震时通过摩擦、材料屈服或粘滞阻尼等耗能机制耗散地震输入结构的能量，减轻结构的地震反应，保护梁、柱等主体结构构件；在地震后通过预应力构件或形状记忆材料减少结构的震后残余变形，进而全面提升结构的抗震性能，符合未来抗震结构构件的发展方向。然而，现有的自复位耗能支撑多为单级受力，即仅能在单一地震强度条件下启动工作，无法满足不同强度地震作用的使用要求。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述现有技术，提出一种多级受力自复位耗能钢支撑，可针对不同强度的地震作用实现不同等级的受力性能。

2、技术方案：一种多级受力自复位耗能钢支撑，包括一级自复位结构、导向结构、一级耗能结构、二级自复位耗能结构、钢管；支撑进入第一级工作状态时，钢管和一级耗能结构、一级自复位结构形成串联；支撑进入第二级工作状态时，钢管与一级耗能结构、一级自复位结构串联后再与二级自复位耗能结构并联。

3、进一步的，一级耗能结构包括内侧滑动框、外侧滑动框、摩擦片；内侧滑动框为由一块水平设置的内侧端板和两块竖直相对设置的内侧滑动板围成的槽型结构；内侧端板的外侧固定有第一耳板，内侧滑动板上设有若干条竖向的槽孔；外侧滑动框为由一块水平设置的外侧端板和两块竖直相对设置的外侧滑动板围成的槽型结构；外侧端板开有中心圆孔，外侧滑动板上设有若干个螺栓通孔；摩擦片上设有若干个螺栓通孔，且位置与外侧滑动板上的螺栓通孔对应；摩擦片位于内侧滑动板与外侧滑动板中间，采用螺栓依次穿过外侧滑动板的螺栓通孔、摩擦片的螺栓通孔、内侧滑动板的槽孔，通过拧紧螺栓施加一级耗能结构的预紧力。

4、进一步的，一级自复位结构包括碟簧组、上盖板、下盖板、第一挡板、若干螺杆；上盖板和下盖板均为带凸台的圆盘，并分别设有中心圆孔；第一挡板为中心沿圆周间隔设有若干第一挡块的圆环形板，第一挡块为扇环形块体；上盖板盖合在碟簧组上端，第一挡板置于下盖板内并盖合在碟簧组下端；上盖板和下盖板的板边沿圆周均间隔设有若干螺杆通孔，各螺杆分别穿过上盖板和下盖板的螺杆通孔并通过拧紧螺杆两端的螺母给碟簧组施加预压力。

5、进一步的，二级自复位耗能结构包括环形弹簧组、第二挡板、第三挡板、圆钢筒；圆钢筒由圆钢管、上盖板、下盖板彼此固定组成，圆钢筒的上盖板和下盖板上分别设有中央圆孔；环形弹簧组设置圆钢筒内，第二挡板设置在环形弹簧组的顶部和圆钢筒的上盖板之间，第三挡板设置在环形弹簧组的底部和圆钢筒的下盖板之间，环形弹簧组将第二挡板和第三挡板分别与圆钢筒的上盖板和圆钢筒的下盖板抵紧；第二挡板为内中心沿圆周间隔设有若干第二挡块的圆环形板，第二挡块为扇环形块体；第三挡板为内中心沿圆周间隔设有若干第三挡块的圆环形板，第三挡块为扇环形块体。

6、进一步的，二级自复位耗能结构中，环形弹簧组由多个带由内锥面的外圆环和带有同样锥角的内圆环配合组成。

7、进一步的，一级自复位结构和二级自复位耗能结构分别设置于一级耗能结构内，且一级自复位结构位于二级自复位耗能结构上方；二级自复位耗能结构的圆钢筒的上盖板与一级自复位结构的下盖板固定，二级自复位耗能结构的圆钢筒的下盖板与一级耗能结构的外侧滑动框的外侧端板固定；钢管位于一级耗能结构的下方，且钢管的一端与外侧端板固定；钢管的另一端通过钢管盖板与第二耳板固定。

8、进一步的，导向结构包括端板、细圆杆、第一挡块组、第二挡块组、粗圆杆；端板位于导向结构的顶部，与细圆杆顶端固定，端板的上表面与一级耗能结构的内侧端板固定；第一挡块组和第二挡块组设置在细圆杆上，第一挡块组和第二挡块组均由若干个沿圆周间隔排列的扇环形块体组成，且第一挡块组位于第二挡块组上方；第一挡块组与第二挡块组的各扇环形块体沿圆周互相错列，使得第一挡块组能够向下穿越第一挡板、一级自复位结构的下盖板、圆钢筒的上盖板，但无法穿越第二挡板，并使得第二挡块组能够向上穿过第二挡板、圆钢筒的上盖板、一级自复位结构的下盖板，但无法穿过第一挡板；粗圆杆同轴设置在细圆杆的底端，且穿过一级耗能结构的外侧端板的中心圆孔。

9、进一步的，导向结构中，第一挡块组与第二挡块组之间的间距等于第一挡板的厚度。

10、有益效果：1、本支撑可针对不同强度的地震作用实现不同等级的受力性能。

11、遭受小震时，支撑仅由钢管提供必要的刚度，防止结构发生过大的变形。由于结构在小震时处于弹性状态，因此震后可自动恢复原状，此阶段的耗能结构和自复位结构均不工作。

12、遭受中震时，支撑进入第一级工作状态，此时，钢管和一级耗能结构、一级自复位结构形成串联，支撑的刚度下降，起到抑制地震力的增加的效果；同时，一级耗能结构开始耗散地震输入的能量，保护支撑及结构；地震后，通过一级自复位结构消除残余变形，实现自复位。

13、遭受大震时，支撑进入第二级工作状态，此时，钢管与一级耗能结构、一级自复位结构串联后再与二级自复位耗能结构并联，刚度相较于第一级工作状态提高，支撑抵抗大震的变形能力增强；同时，一级耗能结构、二级自复位耗能结构共同工作，支撑的耗能能力相较于第一级工作状态增强；地震后，一级自复位结构、二级自复位耗能结构共同工作，消除残余变形，实现自复位。

14、2、本支撑可运用于受拉或受压的场景，且具备相同的刚度、耗能以及自复位性能，受力适应性强。

15、3、本支撑的一级自复位结构和一级耗能结构以及二级自复位耗能结构均采用自复位部件和耗能部件内外嵌套的构造形式，结构紧凑，安装后对建筑功能的影响小。

技术特征：

1.一种多级受力自复位耗能钢支撑，其特征在于，包括一级自复位结构、导向结构、一级耗能结构、二级自复位耗能结构、钢管（32）；支撑进入第一级工作状态时，钢管（32）和一级耗能结构、一级自复位结构形成串联；支撑进入第二级工作状态时，钢管（32）与一级耗能结构、一级自复位结构串联后再与二级自复位耗能结构并联。

2.根据权利要求1所述的一种多级受力自复位耗能钢支撑，其特征在于，一级耗能结构包括内侧滑动框、外侧滑动框、摩擦片（21）；内侧滑动框为由一块水平设置的内侧端板（16）和两块竖直相对设置的内侧滑动板（17）围成的槽型结构；内侧端板（16）的外侧固定有第一耳板（15），内侧滑动板（17）上设有若干条竖向的槽孔；外侧滑动框为由一块水平设置的外侧端板（20）和两块竖直相对设置的外侧滑动板（19）围成的槽型结构；外侧端板（20）开有中心圆孔，外侧滑动板（19）上设有若干个螺栓通孔；摩擦片（21）上设有若干个螺栓通孔，且位置与外侧滑动板（19）上的螺栓通孔对应；摩擦片（21）位于内侧滑动板（17）与外侧滑动板（19）中间，采用螺栓（34）依次穿过外侧滑动板（19）的螺栓通孔、摩擦片（21）的螺栓通孔、内侧滑动板（17）的槽孔，通过拧紧螺栓（34）施加一级耗能结构的预紧力。

3.根据权利要求2所述的一种多级受力自复位耗能钢支撑，其特征在于，一级自复位结构包括碟簧组（4）、上盖板（2）、下盖板（3）、第一挡板（5）、若干螺杆（6）；上盖板（2）和下盖板（3）均为带凸台的圆盘，并分别设有中心圆孔；第一挡板（5）为中心沿圆周间隔设有若干第一挡块（38）的圆环形板，第一挡块为扇环形块体；上盖板（2）盖合在碟簧组（4）上端，第一挡板（5）置于下盖板（3）内并盖合在碟簧组（4）下端；上盖板（2）和下盖板（3）的板边沿圆周均间隔设有若干螺杆通孔，各螺杆（6）分别穿过上盖板（2）和下盖板（3）的螺杆通孔并通过拧紧螺杆两端的螺母给碟簧组（4）施加预压力。

4.根据权利要求3所述的一种多级受力自复位耗能钢支撑，其特征在于，二级自复位耗能结构包括环形弹簧组（27）、第二挡板（28）、第三挡板（29）、圆钢筒；圆钢筒由圆钢管（26）、上盖板（24）、下盖板（25）彼此固定组成，圆钢筒的上盖板（24）和下盖板（25）上分别设有中央圆孔；环形弹簧组（27）设置圆钢筒内，第二挡板（28）设置在环形弹簧组（27）的顶部和圆钢筒的上盖板（24）之间，第三挡板（29）设置在环形弹簧组（27）的底部和圆钢筒的下盖板（25）之间，环形弹簧组（27）将第二挡板（28）和第三挡板（29）分别与圆钢筒的上盖板（24）和圆钢筒的下盖板（25）抵紧；第二挡板（28）为内中心沿圆周间隔设有若干第二挡块（30）的圆环形板，第二挡块（30）为扇环形块体；第三挡板（29）为内中心沿圆周间隔设有若干第三挡块（31）的圆环形板，第三挡块（31）为扇环形块体。

5.根据权利要求4所述的一种多级受力自复位耗能钢支撑，其特征在于，二级自复位耗能结构中，环形弹簧组（27）由多个带由内锥面的外圆环（36）和带有同样锥角的内圆环（37）配合组成。

6.根据权利要求4或5所述的一种多级受力自复位耗能钢支撑，其特征在于，一级自复位结构和二级自复位耗能结构分别设置于一级耗能结构内，且一级自复位结构位于二级自复位耗能结构上方；二级自复位耗能结构的圆钢筒的上盖板（24）与一级自复位结构的下盖板（3）固定，二级自复位耗能结构的圆钢筒的下盖板（25）与一级耗能结构的外侧滑动框的外侧端板（20）固定；钢管（32）位于一级耗能结构的下方，且钢管（32）的一端与外侧端板（20）固定；钢管（32）的另一端通过钢管盖板（33）与第二耳板（13）固定。

7.根据权利要求6所述的一种多级受力自复位耗能钢支撑，其特征在于，导向结构包括端板（8）、细圆杆（9）、第一挡块组（10）、第二挡块组（11）、粗圆杆（12）；端板（8）位于导向结构的顶部，与细圆杆（9）顶端固定，端板（8）的上表面与一级耗能结构的内侧端板（16）固定；第一挡块组（10）和第二挡块组（11）设置在细圆杆（9）上，第一挡块组（10）和第二挡块组（11）均由若干个沿圆周间隔排列的扇环形块体组成，且第一挡块组（10）位于第二挡块组（11）上方；第一挡块组（10）与第二挡块组（11）的各扇环形块体沿圆周互相错列，使得第一挡块组（10）能够向下穿越第一挡板（5）、一级自复位结构的下盖板（3）、圆钢筒的上盖板（24），但无法穿越第二挡板（28），并使得第二挡块组（11）能够向上穿过第二挡板（28）、圆钢筒的上盖板（24）、一级自复位结构的下盖板（3），但无法穿过第一挡板（5）；粗圆杆（12）同轴设置在细圆杆（9）的底端，且穿过一级耗能结构的外侧端板（20）的中心圆孔。

8.根据权利要求7所述的一种多级受力自复位耗能钢支撑，其特征在于，导向结构中，第一挡块组（10）与第二挡块组（11）之间的间距等于第一挡板（5）的厚度。

技术总结本发明公开了一种多级受力自复位耗能钢支撑，包括一级自复位结构、导向结构、一级耗能结构、二级自复位耗能结构、钢管。一级自复位结构和二级自复位耗能结构分别设置于一级耗能结构内，且一级自复位结构位于二级自复位耗能结构上方；钢管位于一级耗能结构的下方，支撑进入第一级工作状态时，钢管和一级耗能结构、一级自复位结构形成串联；支撑进入第二级工作状态时，钢管与一级耗能结构、一级自复位结构串联后再与二级自复位耗能结构并联，可针对不同强度的地震作用实现不同等级的受力性能。技术研发人员：池沛,杨哲闻,宋欣兰,刘益龙,闫傲,詹辅庆,朱昊,姚乙宁,孙传智,曹大富受保护的技术使用者：扬州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5