一种高延性FRP-摩擦型自复位耗能装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高延性FRP

【技术实现步骤摘要】
一种高延性FRP
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摩擦型自复位耗能装置


[0001]本专利技术属于结构工程消能减震
，具体地说，是涉及一种高延性FRP
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摩擦型自复位耗能装置

技术介绍

[0002]桥梁结构震后残余变形的存在会严重减小结构本身抵抗余震的能力，并且增加震后桥梁结构加固维修费用，甚至需要将其推倒重建，从而造成了巨大的经济损失。为了减少震后结构的残余位移，学者们提出了不同种类的自复位耗能支撑。该体系通过耗能装置消耗地震输入能量，保护主体结构安全，同时通过附加自复位装置提供自恢复力从而减小甚至消除结构残余变形，保证结构震后能够恢复其使用功能。附加自复位耗能装置既能够提高结构的耗能性能又减小震后结构的残余位移，所以受到许多专家学者青睐。常见的耗能系统有主要分为钢材塑性变形耗能、摩擦耗能和粘弹性材料耗能三大类。而摩擦耗能相比粘弹性材料耗能和钢材塑性变形耗能显得更有优势：对荷载频率和周围环境不敏感、相对便宜、耗能大且稳定、可重复利用且生产简单。耐疲劳自复位系统主要分为形状记忆合金(SMA)类和弹性材料类(如碟簧、弹簧等)两大类。但是SMA价格昂贵，应变超过8％之后会出现应力强化、塑形位移减小以及刚度下降的现象，容易受温度的影响，且随着荷载频率的增加SMA耗能能力有所下降。而弹簧类组件较多，安装复杂。而自复位支撑多采用单组预压碟簧提供恢复力不能充分利用碟簧的轴向变形能力，且预压碟簧的过程中需要使用大型加载设备，对安装环境要求较高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于至少解决现有技术所存在的问题之一，提供一种具有良好的自复位及耗能能力，并且容易安装及更换的新型自复位耗能装置。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种高延性FRP
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摩擦型自复位耗能装置，主要由两端的端板以及中间的摩擦耗能系统和FRP自复位系统组成；
[0006]所述摩擦耗能系统由圆形外套筒、第一锥形内芯、第二锥形内芯、左端板以及右端板组成。
[0007]具体的，所述圆形外套筒有16块相同的扇形部件拼接组成，圆形外套筒第一锥形内芯及第二锥形内芯紧密贴合。
[0008]具体的，所述第一锥形内芯左端伸出圆形外套筒与左端板相连接，所述第二锥形内芯右端伸出圆形外套筒与右端板相连接，第一锥形内芯及第二锥形内芯都可以在套筒中运动，当两端板受挤压时，端板同时挤压锥形内芯运动，为了避免内芯在外套管凹槽轨道中滑动时出现应力集中现象，锥形内芯边缘和外套管凹槽轨道棱角处采用弧形设计。
[0009]所述自复位系统由FRP、圆形外套筒组成，FRP可分为FRP条带及FRP整包两种形式；
[0010]具体的，所述FRP条带形式中FRP条带环绕圆形套筒并与外套筒紧密连接，FRP条带
均匀的分布在圆形外套筒外围，所述FRP整包形式中FRP将整个外套筒包裹并与圆形外套筒紧密连接。FRP缠绕围护在圆形外部套筒的周向。
[0011]具体的，所述FRP的纤维方向在附图中均为上下走向。
[0012]本专利技术的工作原理如下：
[0013]当支撑不受外界荷载作用或者所受外界荷载小于锥形内芯与圆形外套管之间摩擦力水平分量时，锥形内芯在外套管轨道中不发生滑动。支撑左右两锥形内芯之间的水平距离及圆形外套管16个组件之间的距离均保持不变。当支撑所受外界荷载大于锥形内芯和外套管之间摩擦力水平分量时，锥形内芯和圆形外套管之间发生滑动。锥形内芯在圆形外套管轨道中受拉发生滑动时，由于锥形角度的存在，使得圆形外套管16个组件之间的距离增大，整个圆形外部套筒的半径增大，导致FRP受拉，FRP反之会给外套管一个压力，使得内芯和圆形外套管之间压力也随之增大。FRP提供的恢复力和内芯与外套管之间摩擦力都随着受拉位移的增大而增大，即随着受拉位移的增大，耗能能力和自复位能力都有所提高。由于左右内芯构造相同，位移荷载值也一样，圆形外套管受到的两锥形内芯反作用力在水平方向和竖直方向的分力大小相等，方向相反，所以圆形外套管处于一个自平衡状态。受拉状态下只要锥形内芯与外套管之间表面贴合，支撑就能工作，所以受拉时，支撑最大变形量主要取决于FRP条带的约束力和锥形内芯水平尺寸的一半。受拉荷载卸载以后，由于内芯锥形角度的存在，FRP条带或者整包的FRP提供的恢复力将锥形内芯沿着圆形外套管凹槽轨道“捏”回到原来的位置，支撑实现完全自复位能力。当支撑受压工作时，左右两锥形内芯在外界荷载作用下沿着外套管凹槽轨道相互滑动靠拢，同支撑受拉一样，圆形外套管16个组件之间的距离随着支撑变形量增大，整个圆形外部套筒半径增大，FRP约束力也增大。随着受压位移的增大，支撑耗能能力和自复位能力都有所提高。受压时支撑最大变形量取决于左右内芯之间的水平距离和FRP的有效约束力。卸载时，FRP的约束力使内芯沿着轨道回到原来的位置，支撑实现完全自复位能力。通过支撑工作机理可以看出，该支撑通过简单的力学原理实现耗能和完全自复位效果。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果在于：
[0015](1)本专利技术中支撑构造简单，易于制造和安装，震后无需更换，且支撑组件一般可采用钢材、铝材等材料加工制作而成，造价也相对比较便宜，具有较高的使用价值和经济效益。
[0016](2)本专利技术中的高延性FRP具有较大的断裂应变，因此具有很高的延性。
[0017](3)本专利技术中提供自复位能力的高延性FRP还具有轻质高强耐腐蚀性等特点，因此使得相比于现有支撑，可以大大降低重量，方便运输。同时也可以应用于海洋等酸性环境中。
[0018](4)本专利技术采用摩擦耗能系统，具有对荷载频率和周围环境不敏感、相对便宜、耗能大且稳定、可重复利用且生产简单及耐疲劳等优势。
[0019](5)本专利技术在不同的环境下均能达到良好的减震效果，且可实现多水准抗震设计，专利技术利用外套筒与锥形内芯的摩擦力形成摩擦耗能机制，减小结构的损伤，同时通过FRP条带实现自复位功能，减小结构残余变形。
附图说明
[0020]为了更加清晰地阐述本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本专利技术实施例提出的高延性整包FRP
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摩擦型自复位耗能装置的结构示意图；
[0022]图2是本专利技术实施例提出的高延性条带FRP
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摩擦型自复位耗能装置的结构示意图；
[0023]图3是本专利技术实例中涉及的锥形内芯的结构示意图；
[0024]图4是本专利技术实例中涉及的外部套筒结构示意图；
[0025]图5是本专利技术实例中涉及的外部套筒结构示意图；
[0026]图6是本专利技术实例中涉及的锥形内芯和外部套筒连接示意图；
[0027]其中1、第一锥形内芯；2、第二锥形内芯；3、圆形外套筒；4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高延性FRP
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摩擦型自复位耗能装置，其特征在于包括摩擦耗能系统和自复位系统；所述的摩擦耗能系统由圆形外部套筒、第一楔形内芯、第二楔形内芯、左端板以及右端板组成；自复位系统由FRP、圆形部外套筒及锥形内芯组成；第一楔形内芯和第二楔形内芯位于圆形外部套筒中并与圆形外部套筒紧密贴合，第一楔形内芯的左端和第二楔形内芯的右端伸出圆形外部套筒并分别与左端板和右端板相连，FRP缠绕围护在圆形外部套筒的周向。2.根据权利要求1所述的高延性FRP
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摩擦型自复位耗能装置，其特征在于：所述的两第一楔形内芯和第二楔形内芯完全一样，使得圆形外部套筒所受来自第一楔形内芯和第二楔形内芯的力完全一致。3.根据权利要求1或2所述的高延性FRP
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摩擦型自复位耗能装置，其特征在于：所述第一楔形内芯和第二楔形内芯能够在圆形外部套筒中自由移动。4.根据权利要求3所述的高延性FRP
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摩擦型自复位耗能装置，其特征在于：所述圆形外部套筒由十六个扇形部件围成。5.根据权利要求4所述的高延性FRP
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摩擦型自复位耗能装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：许坤，白玉磊，席川，贾俊峰，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：