一种耗能装置及自复位节点制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种耗能装置及自复位节点，该耗能装置包括主体件、限位件、弹簧、第一连接件、第二连接件以及用于连接自复位节点的第一支座和第二支座，该主体件长条状杆件，并通过螺栓实现耗能主体部件与两个支座的连接；并在第二支座与主体件的连接处设置弹簧和齿状咬合结构。通过模拟仿真发现本发明专利技术节点的残余变形基本为零，本发明专利技术的耗能装置能有效地消除残余变形，采用本耗能装置的节点自复位性能、抗震性能均可达到最佳状态。

A Energy Consumption Device and Self-Resetting Node

【技术实现步骤摘要】
一种耗能装置及自复位节点
本专利技术属于结构建筑防震减灾
，具体涉及一种耗能装置及自复位节点。
技术介绍
自复位结构是一种以减少建筑结构震后残余变形为目标的新型结构，通过在结构中引入预应力，控制结构最大变形，同时减小甚至消除结构残余变形，使建筑结构能在震后快速恢复使用。合理设计的自复位结构可满足设定的性能目标，因此应用自复位结构是建设可恢复功能城市的重要途径之一。近年来，自复位结构受到国内外研究者的广泛关注。目前已有的自复位节点中多采用黄铜板摩擦、顶底角钢屈服、阻尼器伸缩等方式耗能，此类耗能构件的特点是往复运动时其耗能机制基本一致，因此节点在复位时存在较大阻力，对节点的复位产生不利影响。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种耗能装置及自复位节点，解决现有的自复位节点耗能不足或者不易复位的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种耗能装置，包括主体件、限位件、弹簧、第一连接件、第二连接件以及用于连接自复位节点的第一支座和第二支座；所述的主体件包括中间的耗能段以及耗能段两端的第一连接段和第二连接段；所述的第一连接段通过第一连接件连接在第一支座上；所述的第二连接段上设置有从其端部向内部延伸的开口，所述的开口插接在第二连接件上，第二连接件的两端连接所述的第二支座；第二连接段的侧面沿开口方向设置有一段第一齿状凸起，所述的限位件的一端设置有与第一齿状凸起咬合的第二齿状凸起，所述的限位件、弹簧串接在第二支座与第二连接段之间的第二连接件上，其中，弹簧的两端分别挤顶在限位件和第二支座上。具体的，所述的第一连接件和第二连接件均为螺栓组件；所述的第一支座上设置有供第一连接件穿过的第一孔，所述的第一连接段上设置有供第一连接件穿过的第四孔；所述的第二支座上设置有供第二连接件穿过的第二孔，所述的限位件上设置有供第二连接件穿过的第三孔，所述的弹簧套设在第二连接件上，所述的开口的开设方向与第二连接件的杆体垂直。具体的，所述的主体件整体形状为长条状杆体，其中第一连接段和第二连接段的截面面积大于耗能段的截面面积，所述的第一连接段、耗能段、第二连接段一体化连接。具体的，所述的第一齿状凸起的截面形状为直角三角形状，第一齿状凸起的一个直角边与第二连接段一体化连接，另一个直角边位于耗能段一侧；第一齿状凸起的斜边在第二连接段上的投影长度大于等于第一齿状凸起垂直于第二连接段方向的直角边的长度；所述的第二齿状凸起为与第一齿状凸起咬合的对称结构。具体的，所述的开口呈U型，开口的底部形状与第二连接件形状匹配的圆弧形；所述的开口的两内壁之间的距离比第二连接件的直径大1～2mm。具体的，所述的第一支座为板体结构，两个第一支座通过第一连接件对称设置在第一连接段两侧，第一支座的形状与其相连接的自复位节点的构件形状匹配。具体的，所述的第二支座为板体结构，两个第二支座通过第二连接件对称设置在第二连接段两侧，每个第二支座与第二连接段之间均设置有所述的弹簧和限位件；第二支座的形状与相连接的自复位节点的构件形状匹配。具体的，所述的限位件为板体结构，所述的第三孔设置在限位件的中心，限位件其中一板面上设置有所述的第二齿状凸起。本专利技术还公开了一种自复位节点，包括竖向受力构件、水平受力构件和设置在竖向受力构件和水平受力构件连接节点处的耗能构件，所述的耗能构件为本专利技术所述的耗能装置。具体的，所述的竖向受力构件为钢管混凝土柱，所述的水平受力构件为工字型钢梁，其中，工字型钢梁包括短钢梁和长钢梁，短钢梁两端分别连接在钢管混凝土柱和长钢梁端部，在短钢梁与长钢梁的连接处设置有端板；端板的一端面固定在短钢梁端面上，端板另一端面上设置有两个垂直于端板端面的连接板，两个连接板之间间隔有供长钢梁腹板插入的空隙，长钢梁腹板与两个连接板通过螺栓连接；所述的耗能装置对称设置在长钢梁腹板两侧，在长钢梁腹板每侧的上下翼缘处均对称设置有两个耗能装置，其中，耗能装置上的第一支座固定在所述的端板上，第二支座固定在长钢梁翼缘板上。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用长条状杆件作为耗能主体件，并通过螺栓实现耗能主体件与用于连接自复位节点的两个支座的连接；尤其是在第二支座与主体件的连接处设置弹簧和齿状咬合结构，在耗能装置受压荷载作用下第二连接段的齿状凸起与限位板的齿状凸起之间发生滑移，滑移后由于弹簧的弹力使得限位件的齿状凸起重新与第二连接段的齿状凸起咬合，在该过程中仅需克服齿面摩擦产生的承载力，由于弹簧的刚度、初始预压力设计原则为保证锯齿板贴合第二连接段，因此该承载力可忽略，因此，受压过程耗能几乎没有抗力，有效降低了该过程耗能装置的抵抗作用。通过仿真试验发现，本专利技术的自复位节点多次加载后残余变形基本为零，说明本专利技术的耗能装置能有效地消除残余变形，故采用本耗能装置的节点自复位性能、抗震性能均可达到最佳状态。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明图1是本专利技术耗能装置整体结构装配示意图。图2是本专利技术耗能装置整体结构示意图。图3是本专利技术耗能装置局部俯视图。图4是本专利技术的耗能装置第一齿状凸起与第二齿状凸起的局部放大图。图5是本专利技术实施例中的T型自复位梁柱节点示意图。图6是图5的装配示意图。图7是T型自复位梁柱节点有限元模型示意图。图8是T型自复位梁柱节点在0.02rad位移角时的应力云图。图9是T型自复位梁柱节点中带弹簧和锯齿的耗能装置在0.01rad位移角时的应力云图。图10是T型自复位梁柱节点的弯矩-转角曲线。图中各标号表示为：1-耗能装置，2-竖向受力构件，3-水平受力构件，4-预应力筋，5-锚固板，6-加劲肋；11-主体件，12-限位件，13-弹簧，14-第一连接件，15-第二连接件，16-第一支座，17-第二支座；111-耗能段，112-第一连接段，113-第二连接段，114-开口，115-第一齿状凸起，116-第四孔；121-第二齿状凸起，122-第三孔；141-第一螺杆，142-第一螺母，143-第一垫圈；151-第二螺杆，152-第二螺母，153-第二垫圈；161-第一孔；171-第二孔；31-短钢梁，32-长钢梁，33-端板，34-连接板，35-空隙；321-长钢梁腹板，322-长钢梁翼缘板。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术的具体内容作进一步详细解释说明。具体实施方式以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“底部、顶部”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。实施例1本实施例公开了一种耗能装置，如图1所示，该装置包括主体件11、限位件12、弹簧13、第一连接件14、第二连接件15以及用于连接自复位节点的第一支座16和第二支座17。其中，主体件11包括中间的耗能段111以及耗能段两端的第一连接段112和第二连接段113，具体的，主体件11整体形状为长条状杆体，其中，第一连接段112和第二连接段113的截面面积大于耗能段111的截面面积，以保证主体件的屈服段发生于中部。第一连接段112、耗能段111、第二连接段113一体化连接，在本实施例中，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耗能装置，其特征在于，包括主体件(11)、限位件(12)、弹簧(13)、第一连接件(14)、第二连接件(15)以及用于连接自复位节点的第一支座(16)和第二支座(17)；所述的主体件(11)包括中间的耗能段(111)以及耗能段两端的第一连接段(112)和第二连接段(113)；所述的第一连接段(112)通过第一连接件(14)连接在第一支座(16)上；所述的第二连接段(113)上设置有从其端部向内部延伸的开口(114)，所述的开口插接在第二连接件(15)上，第二连接件(15)的两端连接所述的第二支座(17)；第二连接段(113)的侧面沿开口方向设置有一段第一齿状凸起(115)，所述的限位件(12)的一端设置有与第一齿状凸起(115)咬合的第二齿状凸起(121)，所述的限位件(12)、弹簧(13)串接在第二支座(17)与第二连接段(113)之间的第二连接件(15)上，其中，弹簧(13)的两端分别挤顶在限位件(12)和第二支座(17)上。

【技术特征摘要】
1.一种耗能装置，其特征在于，包括主体件(11)、限位件(12)、弹簧(13)、第一连接件(14)、第二连接件(15)以及用于连接自复位节点的第一支座(16)和第二支座(17)；所述的主体件(11)包括中间的耗能段(111)以及耗能段两端的第一连接段(112)和第二连接段(113)；所述的第一连接段(112)通过第一连接件(14)连接在第一支座(16)上；所述的第二连接段(113)上设置有从其端部向内部延伸的开口(114)，所述的开口插接在第二连接件(15)上，第二连接件(15)的两端连接所述的第二支座(17)；第二连接段(113)的侧面沿开口方向设置有一段第一齿状凸起(115)，所述的限位件(12)的一端设置有与第一齿状凸起(115)咬合的第二齿状凸起(121)，所述的限位件(12)、弹簧(13)串接在第二支座(17)与第二连接段(113)之间的第二连接件(15)上，其中，弹簧(13)的两端分别挤顶在限位件(12)和第二支座(17)上。2.如权利要求1所述的耗能装置，其特征在于，所述的第一连接件(14)和第二连接件(15)均为螺栓组件；所述的第一支座(16)上设置有供第一连接件穿过的第一孔(161)，所述的第一连接段(112)上设置有供第一连接件穿过的第四孔(116)；所述的第二支座(17)上设置有供第二连接件(15)穿过的第二孔(171)，所述的限位件(12)上设置有供第二连接件(15)穿过的第三孔(122)，所述的弹簧(13)套设在第二连接件(15)上，所述的开口(114)的开设方向与第二连接件(15)的杆体垂直。3.如权利要求1所述的耗能装置，其特征在于，所述的主体件(11)整体形状为长条状杆体，其中第一连接段(112)和第二连接段(113)的截面面积大于耗能段(111)的截面面积，所述的第一连接段(112)、耗能段(111)、第二连接段(113)一体化连接。4.如权利要求1所述的耗能装置，其特征在于，所述的第一齿状凸起(115)的截面形状为直角三角形状，第一齿状凸起(115)的一个直角边与第二连接段(113)一体化连接，另一个直角边位于耗能段(111)一侧；第一齿状凸起(115)的斜边在第二连接段(113)上的投影长度大于等于第一齿状凸起垂直于第二连接段方向的直角边的长度；所述的第二齿状凸起(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王先铁，谢川东，何罗，张家平，罗遥，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61