一种可控耗能的摩擦塑性铰构造制造技术

一种可控耗能的摩擦塑性铰构造，包括转动单元和基本支撑单元两部分，转动单元由型钢梁(1‑2)、旋转销钉(2)、圆弧形加载板(3)、紧箍加载螺杆(4)、紧箍螺帽(5)、转动单连接板(12)构成，其中型钢梁(1‑2)与转动单链接板(12)连接，圆弧形加载板(3)上下两板与转动单连接板(12)由旋转销钉(2)连接，紧箍加载螺杆(4)与圆弧形加载板(3)由紧箍螺帽(5)栓接；基本支撑单元由型钢梁(1‑1)、摩擦材料(6)、双连接板(8)、圆管型封板(9)构成，其中型钢梁(1‑1)与圆管型封板(9)连接，双连接板(8)与圆管型封板(9)内壁连接，摩擦材料(6)于圆弧形封板(9)外壁粘贴。

【技术实现步骤摘要】
一种可控耗能的摩擦塑性铰构造
本专利技术涉及结构工程的钢结构梁中塑性铰，尤其涉及可控耗能的摩擦塑性铰构造技术。
技术介绍
在结构结构分析中，塑性铰是指在荷载作用下，结构中的若干截面处弯矩达到塑性极限弯矩时，该截面发生一定转动，类似“铰”的效果，致使结构产生内力重分布。钢结构建筑在地震作用下，往往会在梁柱节点处形成塑性铰以耗散输入到结构中的大部分能量，保护柱与节点基本处于线弹性工作节点，使结构实现中震可修、大震不倒的目标。这要求结构具有可行的能量耗散机构，包括建立理想的塑性铰出现次序，以及给予各个构件适当的强度，以保证结构的塑性铰只在选定位置出现等。为避免钢结构梁柱节点在地震作用下发生脆性破坏，常用的处理方法是通过一定的构造措施将塑性铰外移，其方法有三种：一是将节点局部加强，统称加强型节点，如扩大翼缘型、翼缘加盖板型和翼缘加腋型等，但这种做法在一定程度上降低了节点的延性性能，而且势必要求柱的截面尺寸加大，增加工程造价；二是将梁端翼缘或腹板局部削弱，统称削弱型节点，如“狗骨”型、腹板开洞型、开长槽型以及焊接孔扩大型，这种方法虽可满足延性要求，却会降低结构的承载能力；三是将加强型节点和削弱型节点联合运用，即梁端翼缘局部加强，而加强区外采用翼缘“狗骨”削弱，节约钢材的同时保证了结构的承载力。国内关于钢结构塑性铰的构造做法虽可有效实现塑性铰外移并达到保护梁柱节点的目的，但仍存在以下缺陷：(1)塑性铰极有可能发生完全破坏，结构的耗能以震后不可修复为代价；(2)难以实现结构耗能的精准控制，只能粗略地控制塑性铰的出现位置；(3)塑性铰的形成机制极大程度上依赖于钢材材性及节点构造细节，而某些构造方法实现难度较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种广泛适用于钢桁架结构及钢框架结构的可控耗能的新型摩擦塑性铰构造。本专利技术是一种可控耗能的摩擦塑性铰构造，包括转动单元和基本支撑单元两部分，转动单元由型钢梁1-2、旋转销钉2、圆弧形加载板3、紧箍加载螺杆4、紧箍螺帽5、转动单连接板12构成，其中型钢梁1-2与转动单链接板12连接，圆弧形加载板3上下两板与转动单连接板12由旋转销钉2连接，紧箍加载螺杆4与圆弧形加载板3由紧箍螺帽5栓接；基本支撑单元由型钢梁1-1、摩擦材料6、双连接板8、圆管型封板9构成，其中型钢梁1-1与圆管型封板9连接，双连接板8与圆管型封板9内壁连接，摩擦材料6于圆弧形封板9外壁粘贴。本专利技术与
技术介绍
相比，具有的有益的效果是：本专利技术可广泛适用于钢桁架结构及钢框架结构的可控耗能的新型摩擦塑性铰构造，内含转动单元和基本支撑单元两部分布置在结构梁或桁架指定部位。与传统“塑性铰”相比，本项目设计的“塑性铰”有以下区别：(1)可承受一定的弯矩；(2)塑性铰截面处的材料并未进入塑性阶段；(3)可发生两个方向的转动；地震作用下，本专利技术可实现精准耗能，摩擦“塑性铰”区域会优先于其它梁柱构件的破坏而发生转动，通过相互摩擦耗能，以减小地震荷载对其它区域的影响，安全可靠；本专利技术结构简单、造价低廉，震后无需修复或只需简单更换部分组件，就可实现结构的快速修复，非常适用于高烈度设防地区工业厂房、大型商场中。本专利技术可根据实际结构的受力特点和耗能需求，通过改变摩擦材料6的摩擦系数和厚度及构造结构等特性参数，灵活调整“塑性铰”的刚度和耗能能力等参数，进而广泛地运用于各类钢结构建筑。附图说明图1是整体构造平面图，图2是整体结构构造图，图3是转动单元构造图，图4是基础支撑单元构造图，图5～图7是结构体系部分梁和柱的受力变形状态图，图8是新型摩擦塑性铰滑动耗能图，图9和图10是结构体系在无荷载作用和受水平荷载作用下的运动状态图。附图标记及对应名称为：型钢梁1，旋转销钉2，圆弧形加载板3，紧箍加载螺杆4，紧箍螺帽5，摩擦材料6，限位螺栓7，双连接板8，圆管型封板9，连接焊缝10，转动螺栓11，转动单连接板12，旋转螺栓孔13，限位螺栓孔14。具体实施方式如图1～图4所示，本专利技术是一种可控耗能的摩擦塑性铰构造，包括转动单元和基本支撑单元两部分，转动单元由型钢梁1-2、旋转销钉2、圆弧形加载板3、紧箍加载螺杆4、紧箍螺帽5、转动单连接板12构成，其中型钢梁1-2与转动单链接板12连接，圆弧形加载板3上下两板与转动单连接板12由旋转销钉2连接，紧箍加载螺杆4与圆弧形加载板3由紧箍螺帽5栓接；基本支撑单元由型钢梁1-1、摩擦材料6、双连接板8、圆管型封板9构成，其中型钢梁1-1与圆管型封板9连接，双连接板8与圆管型封板9内壁连接，摩擦材料6于圆弧形封板9外壁粘贴。如图1～图4所示，型钢梁1-2与转动单链接板12为焊接连接，型钢梁1-1与圆管型封板9为焊接连接，双连接板8与圆管型封板9内壁为焊接连接。如图3所示，所述的转动单连接板12通过加长钢板焊接于型钢梁1-2的腹板处，旋转销钉2通过开孔的转动单连接板12和圆弧形加载板3销钉连接。如图1～图3所示，所述的紧箍加载螺杆4分别通过设置在圆弧形加载板3上下两部分的螺栓孔，紧箍加载螺杆4布置于圆弧形加载板(3)的两侧。如图1～图4所示，所述的所述的圆管型封板9设置为半周开槽的转动单连接板12槽口于转动单连接板12方位且居中，双连接板8分别焊接于槽口两侧。如图3、图4所示，所述的转动单连接板12和双连接板8分别对应设置一个中心旋转螺栓孔13、轴线向等距共四个限位螺栓孔14。本专利技术是基于摩擦摆隔震支座的耗能原理，结合汽车刹车制动装置的构造方式而设计的。如图1～图4所示，可广泛适用于钢桁架结构及钢框架结构的可控耗能的新型摩擦塑性铰构造，该机构内含转动单元和基本支撑单元。型钢梁1-2与转动单链接板12焊接，圆弧形加载板3上下两板与转动单连接板12由旋转销钉2连接，紧箍加载螺杆4与圆弧形加载板3由紧箍螺帽5栓接，紧箍加载螺杆4分别通过设置在圆弧形加载板3上下两部分的螺栓孔，紧箍加载螺杆4布置于圆弧形加载板3的两侧，转动单连接板12通过加长钢板焊接于型钢梁1-2的腹板处，旋转销钉2通过开孔的转动单连接板12和圆弧形加载板3销钉连接，通过紧箍螺帽5对圆弧形加载板3加载使其产生挤压作用于摩擦材料6，并通过调整紧箍作用和摩擦材料6的性能等条件控制该构造的耗能特性。型钢梁1-1与圆管型封板9焊接，双连接板8与圆管型封板9内壁焊接，摩擦材料6于圆弧形封板9外壁粘贴。圆管型封板9设置为半周开槽的转动单连接板12槽口于转动单连接板12方位且居中，双连接板8分别焊接于槽口两侧；圆弧形加载板3上下两部分可绕旋转销钉2转动；转动单连接板12和双连接板8分别对应设置一个中心旋转螺栓孔13、轴线向等距共四个限位螺栓孔14。为保证梁在正常使用情况下，保持连续性，因此设计摩擦材料6的外表面与梁的翼缘相切。为保证大震作用下，限位销优先被剪断，设置限位螺栓7的面积之和小于转动螺栓11的面积。本专利技术的工作过程如下：根据摩擦型塑性铰构造工作原理，其应用于结构体系中，如图四在无荷载作用下的塑性铰分布，以ABCD结构在E、F、G、H处布置塑性铰为例，如图9～图10所示。当结构体系在水平荷载和竖向均布荷载作用下，新型摩擦塑性铰构造随着柱的变形由弹性变形转变为弹塑性变形发生转角至摩擦耗能。由结构力学原理，假定梁AB和柱AC的受力变形如图6和图7所示，对于柱AC而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可控耗能的摩擦塑性铰构造，包括转动单元和基本支撑单元两部分，其特征在于转动单元由型钢梁(1‑2)、旋转销钉(2)、圆弧形加载板(3)、紧箍加载螺杆(4)、紧箍螺帽(5)、转动单连接板(12)构成，其中型钢梁(1‑2)与转动单链接板(12)连接，圆弧形加载板(3)上下两板与转动单连接板(12)由旋转销钉(2)连接，紧箍加载螺杆(4)与圆弧形加载板(3)由紧箍螺帽(5)栓接；基本支撑单元由型钢梁(1‑1)、摩擦材料(6)、双连接板(8)、圆管型封板(9)构成，其中型钢梁(1‑1)与圆管型封板(9)连接，双连接板(8)与圆管型封板(9)内壁连接，摩擦材料(6)于圆弧形封板(9)外壁粘贴。

【技术特征摘要】
1.一种可控耗能的摩擦塑性铰构造，包括转动单元和基本支撑单元两部分，其特征在于转动单元由型钢梁(1-2)、旋转销钉(2)、圆弧形加载板(3)、紧箍加载螺杆(4)、紧箍螺帽(5)、转动单连接板(12)构成，其中型钢梁(1-2)与转动单链接板(12)连接，圆弧形加载板(3)上下两板与转动单连接板(12)由旋转销钉(2)连接，紧箍加载螺杆(4)与圆弧形加载板(3)由紧箍螺帽(5)栓接；基本支撑单元由型钢梁(1-1)、摩擦材料(6)、双连接板(8)、圆管型封板(9)构成，其中型钢梁(1-1)与圆管型封板(9)连接，双连接板(8)与圆管型封板(9)内壁连接，摩擦材料(6)于圆弧形封板(9)外壁粘贴。2.根据权利要求1所述的可控耗能的摩擦塑性铰构造，其特征在于型钢梁(1-2)与转动单链接板(12)为焊接连接，型钢梁(1-1)与圆管型封板(9)为焊接连接，双连接板(8)与圆管型封板(9)内...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓东，王起台，宋子阳，孟强，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62