[發明專利]利用齒輪放大位移及滑輪開啟拉索的自復位復合耗能支撐

有效

• 申請號: 202011226830.8
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112523376B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 程時濤;吳山;何浩祥;李少松;王來順
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了利用齒輪放大位移及滑輪開啟拉索的自復位復合耗能支撐，由齒輪、鋸齒形金屬條、滑輪、高強鋼絲拉索、粘彈性阻尼器、屈曲約束支撐以及金屬橡膠耗能裝置共同組成。在小震作用下，小齒輪與鋸齒形金屬條未接觸，由粘彈性阻尼器發揮耗能作用。在中震或大震作用下，小齒輪與鋸齒形金屬條咬合，帶動齒輪和滑輪發生轉動，使高強鋼絲拉索被拉緊并對其施加拉力，使高強鋼絲拉索發揮與預應力筋相同的作用，從而實現自復位的目的。采用不同直徑的齒輪進行組合，能夠對位移進行放大，使高強鋼絲拉索受到更大的拉力，使其具有較強的自復位能力。本發明裝置能在不同強度的地震下耗能減震并能夠在中、大震條件下自復位，保護主體結構安全。

技術領域

本發明涉及一種利用齒輪放大位移及滑輪開啟拉索的自復位復合耗能支撐，本發明屬于土木工程領域抗震、減震技術領域。

背景技術

建筑結構在地震作用下不可避免的會產生不同程度的損傷。為降低建筑結構在地震作用下的損傷，減少因結構損傷造成的人員傷亡和經濟損失，目前主要用兩種方法提高建筑結構的抗震能力。一是在建筑設計時提供給建筑結構更多的安全儲備，使結構具有更大的剛度和抗震能力。二是在建筑結構主體上設置耗能減震裝置，通過耗能減震裝置耗散地震能量，降低結構在地震下的反應，減小結構的損傷。對于既有建筑結構而言，在主體結構上設置耗能減震裝置是降低結構損傷的最有效途徑。

常見的耗能減震裝置有摩擦耗能器、金屬耗能器、粘彈性耗能器、粘滯性耗能器、智能材料耗能器等。由于不同的耗能機理，各類耗能減震裝置具有各自的缺陷和不足，因此在地震作用下表現出不同的耗能能力。如摩擦耗能器難以在地震作用下實現自復位，金屬阻尼器通過金屬屈服耗散地震能量無法重復使用，粘滯性耗能器牽引噸位過大在小震下無法發揮耗能減震作用，智能材料耗能器的制造成本較大無法廣泛使用等。相比于單一使用某種耗能減震裝置，將多種耗能減震裝置進行組合進行復合耗能減震能夠取長補短，在地震作用下表現出更加優異的耗能減震能力。

此外，具有自復位功能的耗能減震裝置能夠在地震作用下將建筑結構恢復至原始位置，避免建筑結構出現明顯的殘余位移。而目前能夠實現自復位功能的材料和裝置類型較少且形式單一，常見的包括記憶合金SMA、金屬彈簧和預應力筋等。其中，設置預應力筋是最常采用的自復位方式。而預應力筋的自復位能力主要取決于施加在鋼筋上的預應力大小，一旦地震作用超過預應力筋的閾值時，預應力筋就難以發揮自復位功能。在小震作用下，建筑結構的損傷輕微，其自身也具備一定自復位能力；而在中大震下始終讓耗能減震裝置與自復位裝置共同作用，將顯著削弱前者的充分耗能能力，導致結構雖然能夠自復位但減震性能被迫降低。因此探討在中、大震作用下如何實現確保減震性能的自復位具有更加重大的意義。

有鑒于此，為了控制建筑結構在震后的殘余位移，實現建筑結構在中、大震下的自復位，本發明提出一種利用齒輪放大位移及滑輪開啟拉索的自復位復合耗能支撐。該發明在小震作用下由粘彈性阻尼器發揮耗能減震作用，并通過建筑結構自身的恢復能力恢復至原始位置。在中、大震作用下通過齒輪和鋸齒形金屬條之間的咬合來帶動齒輪轉動實現位移放大并根據放大之后的位移量給高強鋼絲拉索施加拉力，使高強鋼絲拉索具有自復位功能，并由粘彈性阻尼器、屈曲約束支撐和金屬橡膠耗能裝置三者共同發揮復合耗能減震作用。

發明內容

為解決上述問題，本發明基于位移放大原理和自復位原理提出一種利用齒輪放大位移及滑輪開啟拉索的自復位復合耗能支撐。該發明具有形式新穎，制作簡單，造價低廉，安裝方便，分級耗能減震以及中、大震下能夠自復位的優點。在小震作用下，僅通過粘彈性阻尼器進行耗能減震。在中、大震作用下由小齒輪和鋸齒形金屬條之間的咬合帶動齒輪轉動進行位移放大并給高強鋼絲拉索施加拉力使高強鋼絲拉索具有自復位功能，并由粘彈性阻尼器、屈曲約束支撐和金屬橡膠耗能裝置共同發揮復合耗能減震作用。

為實現上述目的，本發明采用以下的技術方案：