一種沿拉索軸向布置的耗能元件的製作方法

2023-06-10 22:31:51 4

一種沿拉索軸向布置的耗能元件的製作方法
【專利摘要】一種沿拉索軸向布置的耗能元件，包括外筒、內筒、彈簧和螺栓副，所述外筒為一端面開有中心孔，另一端面設有第二耳環，其餘四面靠近第二耳環端各分別設有至少一個螺栓孔的六面空腔體；所述內筒安置在外筒內，由一段圓管和一段管徑遠大於圓管外徑的矩形鋼管連接構成，圓管的端頭從內向外可滑動穿入在外筒開有的中心孔中，端面還設有第一耳環；矩形鋼管的四個面上對應外筒設有的螺栓孔均設有長徑沿軸向的腰形螺栓孔；所述彈簧套裝在內筒的圓管上，彈簧的一端抵擋在內筒的矩形鋼管與圓管連接的端面上，另一端抵擋在外筒開有中心孔一端的內端面上；所述外筒與內筒通過螺栓副連接為一體。本發明具有穩定良好的耗能能力，連接構造簡單，施工方便。
【專利說明】一種沿拉索軸向布置的耗能元件
【技術領域】
[0001]本發明屬於建築結構【技術領域】，涉及一種土木工程抗震減災的耗能元件，具體的說，是涉及一種沿拉索軸向布置的耗能元件。
【背景技術】
[0002]隨著工程技術的不斷進步，以及材料工藝的發展，預應力拉索在建築結構及橋梁工程中的作用日益被工程技術人員所認識和掌握，預應力拉索的索材也日趨多樣化，有鋼絲繩索體、鋼絞線索體、鋼絲束索體和鋼拉杆索體，帶有預應力拉索的結構越來越多地應用在大跨度公共與工業建築及大跨度橋梁工程中，如體育館、航站樓、表演場、會展中心、大型商業中心、大跨度斜拉橋等。國內著名的預應力拉索結構有:上海新國際博覽中心的展覽大廳，其以預應力拉杆作為抗風支撐；杭州黃龍體育中心，其以斜拉索吊掛看臺頂棚；蘇通大橋，主跨跨徑達到1088米，是世界位居第二大跨徑的斜拉橋。
[0003]現有拉索耗能元件都是沿拉索橫向布置，以減小拉索在風、風雨和支承端位移激勵下發生的橫向振動。對於預應力拉索結構，在地震或風災過程中預應力拉索的內力會發生較大的浮動，拉索自身的能量耗散僅能依靠拉索彈性能抵抗，難以有效耗散地震傳輸給主結構的能量，起不到分災功能。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是針對上述現有技術存在的不具有耗散地震和風災輸入建築結構的能量的功能的缺陷和技術問題，提供一種沿拉索軸向布置的耗能元件。
[0005]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是:
[0006]一種沿拉索軸向布置的耗能元件，包括外筒20、內筒10、彈簧30和螺栓副40 ;所述外筒20為一端面開設有中心孔，另一端面設置有第二耳環51，其餘四面靠近第二耳環51端各分別設有至少一個螺栓孔24的六面空腔體；所述內筒10安置在所述外筒20內，由一段圓管11和一段管徑遠大於圓管11外徑的矩形鋼管12相連接構成，所述圓管11的端頭從內向外可滑動穿入在所述外筒20開設有中心孔中，端面還設置有第一耳環50;所述矩形鋼管12的四個面上對應所述外筒20設有的螺栓孔24均設置有長徑沿軸向的腰形螺栓孔16 ;所述彈簧30套裝在所述內筒10的圓管11上，彈簧30的一端抵擋在所述內筒10的矩形鋼管12與圓管11相連接的端面上，另一端抵擋在所述外筒20開設有中心孔一端的內端面上；所述外筒20與內筒10通過所述螺栓副40連接為一體。
[0007]上述所述的外筒20為可裝配式六面空腔體結構，由外管21、外筒左側擋板22、右側端板23構成，外筒左側擋板22開設有一中心孔，與外管21左端相連接，右側端板23外端面設置有第二耳環51，與外管21右端相連接；外管21其餘四面靠近第二耳環51端各分別設有4個螺栓孔24，且2個一組，偏離並平行軸線對稱設置。
[0008]上述所述內筒10由矩形鋼管12、矩形鋼管左側擋板14、內管11、左側端板13依次相連接構成，其中所述左側端板13外端面設置有第一耳環50 ;所述矩形鋼管12的四個面上對應所述外筒20設有的螺栓孔24均設置有長徑沿軸向的2個偏離並平行軸線對稱設置的腰形螺栓孔16 ;矩形鋼管12平行腰形螺栓孔16的表面上還設置有摩擦元件15，所述的摩擦元件15由粘彈性材料製成。
[0009]上述所述的中心孔的直徑略大於圓管11的外徑。
[0010]上述所述的彈簧30為壓縮彈簧，其外徑小於外管21斷截面內側的邊長，內徑大於圓管11的外徑。
[0011]本發明與現有技術比所具有的優點和有益效果為:
[0012]本發明的一種沿拉索軸向布置的耗能元件，使用時通過端部連接耳環與拉索串接，連接構造簡單，施工方便；
[0013]本發明的一種沿拉索軸向布置的耗能元件設置在預應力拉索結構(例如以預應力拉杆作為抗風支撐的鋼框架支撐結構、大跨度斜拉橋)中，在一般地震或風災情況下，拉索中的內力變化量小於摩擦元件產生的摩擦力，內筒與外筒之間不會發生相對滑動,本發明充當一個普通的傳力構件。在結構承受強烈地震或嚴重風災時，拉索中內力變化量大於摩擦元件產生的摩擦力，內筒與外筒之間發生相對滑動，從而有效耗散地震或風傳輸給主結構的能量，起到分災功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的一種沿拉索軸向布置的耗能元件的結構示意圖；
[0015]圖2為本發明的一種沿拉索軸向布置的耗能元件中內筒的結構示意圖；
[0016]圖3為本發明的一種沿拉索軸向布置的耗能元件中外筒的結構示意圖；
[0017]圖4為圖1的A-A剖面圖；
[0018]圖5為圖1的B-B剖面圖；
[0019]圖6為圖1的C向視圖；
[0020]圖7為圖2所示內筒的俯視圖；
[0021]圖8為圖3所示外筒的俯視圖；
[0022]圖9為本發明實施例與拉索連接安裝示意圖。
[0023]圖中:10_內筒；11_圓管；12_矩形鋼管；13_左側端板；14_矩形鋼管左側擋板；15-摩擦元件；16_腰型螺栓孔；20_外筒；21_外管；22_外筒左側擋板；23_右側端板；24-螺栓孔；30_彈簧；40_螺栓副；50_第一耳環；51_第二耳環；60_拉索；61_左側拉索；62-右側拉索。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，為本發明的一種沿拉索軸向布置的耗能元件的結構示意圖。該耗能元件包括內筒10、外筒20、彈簧30和螺栓副40 ;其中所述外筒20為一端面開設有中心孔，另一端面設置有第二耳環51，其餘四面靠近第二耳環51端各分別設有4個螺栓孔24的六面空腔體；所述內筒10安置在所述外筒20內，由一段圓管11和一段管徑遠大於圓管11外徑的矩形鋼管12相連接構成，所述圓管11的端頭從內向外可滑動穿入在所述外筒20開設有中心孔中，端面還設置有第一耳環50 ;所述矩形鋼管12的四個面上對應所述外筒20設有的4個螺栓孔24均設置有長徑沿軸向的2個腰形螺栓孔16 ;所述彈簧30套裝在所述內筒10的圓管11上，彈簧30的一端抵擋在所述內筒10的矩形鋼管12與圓管11相連接的端面上，另一端抵擋在所述外筒20開設有中心孔一端的內端面上；所述外筒20與內筒10通過所述螺栓副40連接為一體。
[0025]如圖2所示，為所述內筒10的構造示意圖，由內管11、矩形鋼管12、左側端板13、矩形鋼管左側擋板14構成，其中矩形鋼管12、矩形鋼管左側擋板14、內管11、左側端板13依次焊接連接；矩形鋼管12的表面上還設置有摩擦元件15，所述的摩擦元件15由粘彈性材料乳膠製成。
[0026]如圖3所示，為所述外筒20的構造示意圖，由外管21、外筒左側擋板22、右側端板23構成六面空腔體結構，其中外筒左側擋板22開設有一中心孔，與外管21左端焊接連接，右側端板23與外管21右端固定連接；外管21其餘四面各分別設有4個螺栓孔24，且2個一組，偏離並平行軸線對稱設置。
[0027]如圖4所示，為圖1的A-A剖面圖，其中圓管11為圓形斷截面薄壁鋼管，外管21為矩形斷截面薄壁鋼管，彈簧30的外徑小於外管21矩形斷截面內側的邊長，彈簧30內徑大於內管11的外徑。
[0028]如圖5所示，為圖1的B-B剖面圖，其中矩形鋼管12為矩形斷截面薄壁鋼管，所述外筒20的外管21與所述內筒10的矩形鋼管12通過所述螺栓副40連接為一體。
[0029]如圖6所示，為圖1的C向視圖；其中外筒左側擋板22為中間開有中心孔的矩形擋板，其中心孔直徑大於內管11的外徑，保證內筒10與外筒20之間可以相對滑動。
[0030]如圖7所示，為圖2所示內筒的俯視圖，所述摩擦元件15由粘彈性材料乳膠製成，貼於矩形鋼管12外側表面，且與所述腰形螺栓孔16等長並平行。
[0031]如圖8所示，為圖3所示外筒20的俯視圖，其中外管21外側開有4個螺栓孔24，且2個一組，偏離並平行軸線對稱設置。
[0032]如圖9所示，為本發明實施例與拉索連接安裝示意圖，本發明在組裝完成時螺栓副40僅處於自然擰緊狀態，即保證內筒10、外筒20能發生自由的相對滑動，本發明通過第一耳環50及第二耳環51與拉索60連接，將帶有軸向耗能元件的拉索60設置在預應力拉索結構(例如以預應力拉杆作為抗風支撐的鋼框架支撐結構、大跨度斜拉橋)中，並將拉索60預張拉至常規使用狀態，在拉索60預張拉過程中內筒10與外筒20相互背離，彈簧30被相互靠近的外筒左側擋板22及矩形鋼管左側擋板14壓縮，完成預張拉並達到平衡狀態時彈簧30中的壓力等於拉索60的預拉力，彈簧30在內筒10與外筒20之間起到傳力的作用。二次擰緊螺栓副40，矩形鋼管12與外管21之間產生壓緊力，從而本發明靠貼於矩形鋼管12外側的摩擦元件15產生的摩擦力來承受外荷載。地震或風往復作用下,預應力拉索結構中拉索60的內力將以常規使用狀態下的索力(預拉力)為基準，在一定範圍內上下浮動。在一般地震或風災情況下，拉索60中的內力變化量小於貼於矩形鋼管12外側的摩擦元件15產生的最大靜摩擦力，內筒10與外筒20之間不會發生相對滑動，彈簧30中的壓力不變，本發明充當一個普通的傳力構件。結構承受強烈地震或嚴重風災時，拉索60中內力變化量大於貼於矩形鋼管12外側的摩擦元件15產生的最大靜摩擦力，內筒10與外筒20之間發生相對滑動，從而實現摩擦耗能。
[0033]具體的說，假設左側拉索61中的內力先增大:若此內力增加量小於貼於矩形鋼管12外側的摩擦元件15產生的最大靜摩擦力，外筒20對內筒10產生一個向右的靜摩擦力，靜摩擦力大小等於左側拉索61的內力增加量，從而內筒10保持受力平衡，相對的，內筒10也會傳給外筒20 —個向左的靜摩擦力，為保持外筒20受力平衡，右側拉索62的內力增加量要等於該靜摩擦力，從而實現了左側拉索61與右側拉索62之間的力傳遞；若此內力增加量大於貼於矩形鋼管12外側的摩擦元件15產生的最大靜摩擦力，則內筒10與外筒20之間將背向滑動，彈簧30繼續被壓縮，貼於矩形鋼管12外側的摩擦元件15摩擦耗能。
[0034]具體的說，假設左側拉索61中的內力先減小:若此內力減小量小於貼於矩形鋼管12外側的摩擦元件15產生的最大靜摩擦力，外筒20對內筒10產生一個向左的靜摩擦力，靜摩擦力大小等於左側拉索61的內力減小量，從而內筒10保持受力平衡，相對的，內筒10也會傳給外筒20 —個向右的靜摩擦力，為保持外筒20受力平衡，右側拉索62的內力減小量要等於該靜摩擦力，從而實現左側拉索61與右側拉索62之間的力傳遞；若此內力減小量大於貼於矩形鋼管12外側的摩擦元件15產生的最大靜摩擦力，則內筒21與外筒22之間將在彈簧30壓力的驅動下相向滑動，貼於矩形鋼管12外側的摩擦元件15摩擦耗能。
[0035]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】。當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，任何熟悉本【技術領域】的技術人員，當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種沿拉索軸向布置的耗能元件，其特徵在於:包括外筒(20)、內筒(10)、彈簧(30)和螺栓副(40);所述外筒(20)為一端面開設有中心孔，另一端面設置有第二耳環(51)，其餘四面靠近第二耳環(51)端各分別設有至少一個螺栓孔(24)的六面空腔體；所述內筒(10)安置在所述外筒(20)內，由一段圓管(11)和一段管徑遠大於圓管(11)外徑的矩形鋼管(12)相連接構成，所述圓管(11)的端頭從內向外可滑動穿入在所述外筒(20)開設有的中心孔中，端面還設置有第一耳環(50);所述矩形鋼管(12)的四個面上對應所述外筒(20)設有的螺栓孔(24)均設置有長徑沿軸向的腰形螺栓孔(16);所述彈簧(30)套裝在所述內筒(10)的圓管(11)上，彈簧(30)的一端抵擋在所述內筒(10)的矩形鋼管(12)與圓管(11)相連接的端面上，另一端抵擋在所述外筒(20)開設有中心孔一端的內端面上；所述外筒(20 )與內筒(10 )通過所述螺栓副(40 )連接為一體。
2.根據權利要求1所述的一種沿拉索軸向布置的耗能元件，其特徵在於:所述的外筒(20)為可裝配式六面空腔體結構，由外管(21)、外筒左側擋板(22)、右側端板(23)構成，夕卜筒左側擋板(22)開設有一中心孔，與外管(21)左端相連接，右側端板(23)外端面設置有第二耳環(51)，與外管(21)右端相連接；外管(21)其餘四面靠近第二耳環(510端各分別設有4個螺栓孔(24)，且2個一組，偏離並平行軸線對稱設置。
3.根據權利要求1所述的一種沿拉索軸向布置的耗能元件，其特徵在於:所述內筒(10)由矩形鋼管(12)、矩形鋼管左側擋板(14)、內管(11)、左側端板(13)依次相連接構成，其中所述左側端板(13)外端面設置有第一耳環(50);所述矩形鋼管(12)的四個面上對應所述外筒(20)設有的螺栓孔(24)均設置有長徑沿軸向的2個偏離並平行軸線對稱設置的腰形螺栓孔(16);矩形鋼管(12)平行腰形螺栓孔(16)的表面上還設置有摩擦元件(15)。
4.根據權利要求3所述的一種沿拉索軸向布置的耗能元件，其特徵在於:所述的摩擦元件(15)由粘彈性材料製成。
5.根據權利要求1所述的一種沿拉索軸向布置的耗能元件，其特徵在於:所述的中心孔的直徑略大於圓管(11)的外徑。
6.根據權利要求1所述的一種沿拉索軸向布置的耗能元件，其特徵在於:所述的彈簧(30)為壓縮彈簧，其外徑小於外管(21)斷截面內側的邊長，內徑大於圓管(11)的外徑。
【文檔編號】E04B1/98GK103967159SQ201410153761
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月16日 優先權日:2014年4月16日
【發明者】顧盛, 唐柏鑑, 曹潔 申請人:江蘇科技大學, 崑山市建設工程質量檢測中心