一种自复位耗能支撑装置

技术领域

本发明涉及钢结构消能减振领域，具体涉及一种自复位耗能支撑装置。

背景技术

随着社会的进步和经济的发展，钢结构已然成为许多高层建筑、城市车站、机场航站楼等建筑的首选，这些建筑都与人们的生活息息相关。屈曲约束支撑一般作为抗震元件用于钢结构建筑，在地震来临时可以有效减轻地震对建筑的影响。然而我们知道，传统的屈曲约束支撑耗能能力和支撑刚度有限，并且存在复位能力差等缺点。

发明内容

本发明可以提供一种自复位耗能支撑装置，能够解决传统的屈曲约束支撑的有限的耗能能力和支撑刚度以及复位能力差的缺点，自复位耗能支撑装置增强传统屈曲约束支撑的耗能性能，增加支撑刚度和自复位能力，提高装置的利用率。

为实现上述目的，提供了如下技术方案：

一种自复位耗能支撑装置，包括箱体和安装在箱体内的自复位耗能组件；

所述箱体左侧板的右表面设有内侧管，所述箱体右侧板的左表面设有外侧管，所述外侧管位于所述内侧管的外面；

所述自复位耗能组件包含筒体、第一预应力钢筋和第二预应力钢筋；所述筒体左右两端设有左端板和右端板；所述第一预应力钢筋的左端锚固于所述箱体的左侧板上，所述第一预应力钢筋的右端贯穿左端板并锚固于所述右端板上，所述第二预应力钢筋的右端锚固于所述箱体的右侧板上，所述第二预应力钢筋的左端贯穿右端板并锚固于所述左端板上，所述第一预应力钢筋和所述第二预应力钢筋上下错位；所述筒体的左端板和右端板的内侧面上分别设有压电片，所述筒体的内表面中间上下对应各设有一个电磁铁，所述压电片与所述电磁铁之间通过导线连接，所述筒体左、右端板中心贯通有丝杠，位于筒体内的所述丝杠上设有一质量块，所述质量块位于两个所述电磁铁之间，所述质量块的左右两侧安装有开有若干通孔的挡板，所述挡板与所述压电片之间连接有碟簧，所述筒体内有磁流变液；

所述丝杠左端与所述箱体的左侧板固定连接，所述丝杠的右端从所述箱体的右侧板穿出；

所述箱体侧面和所述筒体为可变形材料。

进一步的，所述箱体内设有隔板，所述隔板将箱体隔出一个上箱体，所述上箱体的左、右侧板贯穿有内芯，所述上箱体内填充有非粘性材料。

更进一步的，所述内芯的截面是一字型或十字型。

进一步的，所述质量块周围包裹有负泊松比材料层。

进一步的，所述碟簧的材料为记忆合金。

进一步的，所述质量块的材料为铜、铝或锌。

进一步的，所述可变形材料为橡胶材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)自复位耗能组件与屈曲约束支撑的融合，在增加整个装置耗能性能的同时，还增加了本装置的支撑刚度。

(2)利用记忆合金碟簧的复位性能，可在震后具有较强的自复位性能，提高了装置的利用率。

(3)负泊松比材料与本装置形成的有机整体；将负泊松比胞元做成旋转刚体结构，并周期性排列组合，胞元间通过铰链相连；利用负泊松比材料变形高吸能的特点，加强了装置的耗能效率，并且旋转刚体结构在实现收缩后，具有较好的强度和刚度。

解决了传统屈曲约束支撑耗能能力差、支撑刚度的有限性和复位能力差等缺点。自复位耗能支撑装置增强了耗能性能，增加了支撑刚度和自复位能力，提高装置的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明自复位耗能支撑装置一种实施例的立体图；

图2为本发明自复位耗能支撑装置一种实施例的主视剖面图；

图3为本发明自复位耗能支撑装置一种实施例的A-A向剖面图；

图4为本发明自复位耗能支撑装置一种实施例的内芯俯视图；

图5为本发明自复位耗能支撑装置一种实施例的质量块和负泊松比材料层结构示意图。

在以上图中：1箱体；2左侧板；3右侧板；4内侧管；5外侧管；6筒体；7第一预应力钢筋；8第二预应力钢筋；9左端板；10右端板；11电磁铁；12丝杠；13质量块；14挡板；15碟簧；16磁流变液；17隔板；18内芯；19负泊松比材料层；20非粘性材料。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

参考图1至图5，一种自复位耗能支撑装置，包括箱体1和安装在箱体1内的自复位耗能组件；箱体1左侧板2的右表面设有内侧管4，箱体1右侧板3的左表面设有外侧管5，外侧管5位于内侧管4的外面；自复位耗能组件包含筒体6、第一预应力钢筋7和第二预应力钢筋8；筒体6左右两端设有左端板9和右端板10；第一预应力钢筋7的左端锚固于箱体1的左侧板2上，第一预应力钢筋7的右端贯穿左端板9并锚固于右端板10上，第二预应力钢筋8的右端锚固于箱体1的右侧板3上，第二预应力钢筋8的左端贯穿右端板10并锚固于左端板9上，第一预应力钢筋7和第二预应力钢筋8上下错位；筒体6的左端板9和右端板10的内侧面上分别设有压电片，筒体6的内表面中间上下对应各设有一个电磁铁11，压电片与电磁铁11之间通过导线连接，筒体6左、右端板中心贯通有丝杠12，位于筒体6内的丝杠12上设有一质量块13，质量块13位于两个所述电磁铁11之间，质量块13的左右两侧安装有开有若干通孔的挡板14，挡板14与压电片之间连接有碟簧15，筒体6内有磁流变液16；丝杠12左端与左侧板2固定连接，所述丝杠12的右端从所述箱体1的右侧板3穿出；箱体1侧面和筒体6为可变形材料。箱体1内设有隔板17，隔板17将箱体1隔出一个上箱体，上箱体的左、右侧板贯穿有内芯18，上箱体内填充有非粘性材料20。所述内芯18的截面是一字型或十字型。质量块13周围包裹有负泊松比材料层19。碟簧15的材料为记忆合金。质量块13的材料为铜、铝或锌。可变形材料为橡胶材料。

本实施方式中自复位耗能组件的筒体6左端板9贯穿的第一预应力钢筋7一端锚固在箱体1左侧板2上，第一预应力钢筋7的另一端锚固在筒体6右端板10上，筒体6右端板10贯穿的第二预应力钢筋8的一端锚固在箱体1右侧板2上，第二预应力钢筋8的另一端锚固在左端板9上，筒体6的左端板9和右端板10的内侧面上分别设有压电片，筒体6的内表面中间上下对应各设有一个电磁铁11，压电片与电磁铁11之间通过导线连接，筒体6左、右端板中心贯通有丝杠12，位于筒体6内的丝杠12上设有一质量块13，质量块13位于两个所述电磁铁11之间，质量块13的左右两侧安装有开有若干通孔的挡板14，挡板14与压电片之间连接有碟簧15，筒体6内有磁流变液16；丝杠12左端与左侧板2固定连接，所述丝杠12的右端从所述箱体1的右侧板3穿出。箱体1侧面和所述筒体6为可变形材料，可变形材料为橡胶材料。当箱体1的左、右侧板施加拉力或压力时，筒体6的左、右端板能够在力的作用下移动，自复位耗能组件筒体6的左端板9在第二预应力钢筋8拉力或压力作用下移动，筒体6的右端板10在第一预应力钢筋7拉力或压力的作用下移动。安装在质量块13左右两侧的挡板14阻止了质量块的直线运动，质量块14旋转运动。挡板14和压电片之间的记忆合金碟簧15压缩，压电片产生正压电效应，机械能转化为电能，电流传递到电磁铁11中，根据电磁感应定律，一对电磁铁11在通电线圈的影响下磁化产生磁场，质量块13旋转的过程中不断切割磁感线，将动能转化为电能。同时受到磁场的影响，磁流变液16产生磁流变效应，粘性增大，温度升高，磁流变液16通过挡板上的孔洞流入挡板之间，消耗能量。

箱体1内设有隔板17，隔板17将箱体1隔出一个上箱体，上箱体的左、右侧板贯穿有内芯18，上箱体内填充有非粘性材料20。内芯18的截面是一字型或十字型。上箱体中的内芯18、上箱体的侧壁和非粘性材料20组成相当于屈曲约束支撑，内芯18截面是一字型或者十字型等形状，内芯18相当于主受力元件，上箱体侧壁相当于约束元件，非粘性材料20相当于滑动元件，当箱体1的左、右侧板施加拉力或压力时，内芯18受力屈服，上箱体侧壁和非粘性材料20约束内芯18的受力屈曲，消耗能量。箱体1侧面和筒体6为可变形材料，可变性材料为橡胶材料，能够保证装置两端受力时能够自由的拉伸或者缩短。自复位耗能组件和屈曲约束支撑的融合，增加了整个装置耗能性能和支撑刚度。

质量块13周围包裹有负泊松比材料层19，负泊松比材料层19是由多个旋转正方体结构的负泊松比胞元组成，所述负泊松比胞元之间具有一定空隙的周期性排列，每个负泊松比胞元之间铰链连接。将负泊松比胞元做成旋转刚体结构，并周期性排列组合，胞元间通过铰链相连，利用负泊松比材料变形高吸能的特点，加强了装置的耗能效率，并且旋转刚体结构在实现收缩后，具有较好的强度和刚度。

碟簧15的材料是记忆合金，记忆合金碟簧15受到温度影响，发生温度记忆效应，消耗能量。

质量块13的材料可以是铜、铝或锌等材料

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。