[發(fā)明專利]一種具有非線性剛度的混合耗能塑性鉸

有效

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• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108824915B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設計）人: 魯正;馬乃寅;馬晨智
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E04H9/02
• 分類號: E04H9/02;E04B1/98
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

本發(fā)明涉及一種具有非線性剛度的混合耗能塑性鉸，包括第一轉動單元和第二轉動單元，第一轉動單元和第二轉動單元之間通過旋轉軸轉動連接，還包括粘滯耗能單元和彈簧耗能組件，粘滯耗能單元包括圓柱形箱體、設于圓柱形箱體外壁的限位組件以及粘滯液體隔板組件，圓柱形箱體外部與第二轉動單元固定連接，其內部裝入粘滯液體，圓柱形箱體與旋轉軸同軸布置。正常使用和發(fā)生小震時，限位單元提供轉動剛度，塑性鉸為剛性節(jié)點；發(fā)生中震和大震時，限位銷被剪斷，塑性鉸發(fā)生相對轉動，通過粘滯耗能單元和彈簧耗能組件耗散地震輸入到結構中的能量。

技術領域

本發(fā)明屬于建筑結構消能減震領域，具體涉及一種具有非線性剛度的混合耗能塑性鉸。

背景技術

塑性鉸是指在荷載作用下，結構中的若干截面處彎矩達到塑性極限彎矩時，該截面發(fā)生一定轉動，類似鉸的效果，致使結構產生內力重分布。為避免鋼結構梁柱節(jié)點在地震作用下發(fā)生脆性破壞，常用的處理方法是通過一定的構造措施將塑性鉸外移，其方法有三種：一是將節(jié)點局部加強，統(tǒng)稱加強型節(jié)點，如擴大翼緣型和翼緣加腋型；二是將梁端翼緣或腹板局部削弱，統(tǒng)稱削弱型節(jié)點，如“狗骨”型、腹板開洞型以及焊接孔擴大型；三是將加強型節(jié)點和削弱型節(jié)點聯(lián)合運用。國內關于鋼結構塑性鉸的構造做法雖可有效實現(xiàn)塑性鉸外移并達到保護梁柱節(jié)點的目的，但仍存在以下缺陷：1)塑性鉸極有可能發(fā)生完全破壞，結構的耗能以震后不可修復為代價；2)難以實現(xiàn)結構耗能的精準控制，只能粗略地控制塑性鉸的出現(xiàn)位置。

為了解決現(xiàn)有的構造做法中存在的問題，采用粘滯耗能、摩擦耗能等耗能原理設計的人工塑性鉸被提出，如：粘滯塑性鉸、摩擦塑性鉸等。現(xiàn)有的人工塑性鉸雖能實現(xiàn)震后可修復和結構耗能的精準控制，但耗能方式單一、耗能效果不夠理想，且不能提供幫助塑性鉸復位的恢復力。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有技術中人工塑性鉸耗能方式單一、耗能效率不夠理想，且不能提供幫助塑性鉸復位的恢復力等缺陷，本發(fā)明提出一種廣泛適用于桁架結構及框架結構的具有非線性剛度的混合耗能塑性鉸。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種具有非線性剛度的混合耗能塑性鉸，包括第一轉動單元和第二轉動單元，所述第一轉動單元和第二轉動單元之間通過旋轉軸轉動連接，還包括粘滯耗能單元和彈簧耗能組件，所述粘滯耗能單元包括圓柱形箱體、設于圓柱形箱體外壁并與第一轉動單元連接的限位組件以及設于圓柱形箱體內部的粘滯液體隔板組件，所述圓柱形箱體外部與第二轉動單元固定連接，其內部裝入粘滯液體，所述圓柱形箱體與所述旋轉軸同軸布置，所述限位組件在發(fā)生中震或大震時被剪斷后，所述第一轉動單元和第二轉動單元發(fā)生相對轉動，所述粘滯耗能單元內部的粘滯液體在所述粘滯液體隔板組件的作用下進行耗能，彈簧耗能組件也拉壓變形進行耗能。

進一步地，所述第一轉動單元包括左連接板以及設于左連接板中部的左耳板，所述第二轉動單元包括右連接板以及設于右連接板中部的右耳板，所述圓柱形箱體固定于右耳板，所述旋轉軸穿過左耳板與圓柱形箱體。

進一步地，所述限位組件包括設于圓柱形箱體外壁的限位板，所述限位板通過限位銷與所述第一轉動單元的左耳板限位固定。

進一步地，所述粘滯液體隔板組件包括一對分隔板和一對旋轉板，分隔板的一端焊接于圓柱形箱體的內壁上，另一端與所述旋轉軸之間設有間隙；旋轉板的一端焊接于所述旋轉軸上并隨旋轉軸轉動，另一端與圓柱形箱體的內壁之間設有間隙。

進一步地，兩塊分隔板位于同一直線上，兩塊旋轉板位于同一直線上，且分隔板與旋轉板垂直設置。

進一步地，所述旋轉板上設有多個流通孔。

進一步地，所述彈簧耗能組件包括多根彈簧，所述彈簧是由形狀記憶合金材質制成的非線性SMA彈簧。