1.本发明涉及土木建筑结构技术领域，具体而言一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑。
背景技术：2.现有的耗能系统，多数是将支撑主杆、支撑副杆和耗能系统设计为一体式，后期在耗能系统损坏的情况下，无法更换，且耗能形式单一，无法满足速度型和位移型阻尼器的双重耗能属性。连接结构复杂增加了安装成本及加工工程中产生的费用。而且耗能能力不足，不具备放大机制。
3.而且现在的耗能系统中往往不具备自复位结构体系，自复位结构体系即震后结构变形自恢复的新型结构体系，是目前结构可恢复功能的重要实现方式之一。研究表明，采用预应力钢绞线、形状记忆合金、组合碟簧均可实现结构的自复位性能，从而达到减少甚至消除结构残余变形的目的。
4.然而，已有自复位结构存在诸多不容忽视的实际问题。首先，与传统耗能支撑相比，自复位结构往往耗能不足会产生较大的峰值位移、峰值加速度响应；其次，现有自复位支撑的耗能机制过于单一，无法同时满足速度型和位移型复合耗能机制特点。
技术实现要素：5.根据上述技术问题，而提供一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑，包括支撑主杆、支撑副杆和至少一组转动耗能系统组；
8.支撑主杆与支撑副杆同轴设置；
9.转动耗能系统组包括两个围绕支撑主杆的轴线对称设置的转动耗能系统；
10.转动耗能系统包括两个转动板和两个外摩擦板，两个转动板的外端分别与支撑主杆和支撑副杆的外壁铰接，两个摩擦外板将两个转动板的内端夹在中间，且在两个转动板的内端处分别通过销轴将转动板与摩擦外板结合；外摩擦板与转动板之间设有套设在销轴上的摩擦片或粘弹性橡胶圈。
11.优选地，转动板与支撑主杆的轴线之间的夹角小于45
°
。
12.优选地，包括两个转动耗能系统组，且其中一个转动耗能系统组中的外摩擦板与转动板之间设有套设在销轴上的摩擦片，销轴具有预紧力将外摩擦板、摩擦片和转动板的内端夹紧；另外一个转动耗能系统组中的外摩擦板与是转动板之间设有套设在销轴上的粘弹性橡胶圈，且粘弹性橡胶圈与转动板和外摩擦板硫化连接。
13.优选地，四个转动耗能系统围绕支撑主杆的轴线均匀分布。
14.优选地，支撑主杆与支撑副杆之间设有组合碟簧复位系统，组合碟簧复位系统用于转动耗能系统形变后进行复位、用于支撑主杆和支撑副杆受载后耗能，且卸载后复位。
15.优选地，组合碟簧复位系统包括组合碟簧和安装组合碟簧的连接机构，组合碟簧设置在连接机构内，其轴线与支撑主杆的轴线重合，连接机构与支撑主杆和支撑副杆连接，连接机构使得支撑主杆和支撑副杆受到拉力或压力时，连接机构均压缩组合碟簧。
16.优选地，连接机构包括第一约束加载板、第二约束加载板，第一导向杆组和第二导向杆组；
17.第一约束加载板包括通过固定杆固定连接的第一外板和第一内板；
18.第二约束加载板包括通过固定杆固定连接的第二外板和第二内板；
19.第一外板与支撑副杆的端面接触连接，第二外板与支撑主杆的端面接触连接，第一内板和第二内板相对设置，并通过加载轴连接，加载轴的两端分别穿过第一内板和第二内板，组合碟簧套设在加载轴上，加载轴的两端分别安装有加载轴螺母，两个加载轴螺母将组合碟簧夹在第一内板和第二内板中间；
20.第一导向杆组包括多个第一导向杆，第一导向杆穿过支撑副杆的端面、第一外板、第一内板和第二内板；
21.第二导向杆组包括多个第二导向杆，第二导向杆穿过支撑主杆的端面、第二外板、第二内板和第一内板；
22.第一导向杆的两端和第二导向杆的两端分别安装有导向杆螺母。
23.优选地，第一导向杆组包括四个第一导向杆，第二导向杆组包括四个第二导向杆，且四个第一导向杆呈矩形分布，四个第二导向杆呈矩形分布。
24.工作机理：加载前对组合碟簧复位系统施加初始预压力，确保环向设置的四个转动耗能系统能够完成复位。加载过程中，耗能系统通过支撑主、副杆带动转动板绕销轴发生转动，进而带动摩擦片进行摩擦耗能，而粘弹性橡胶圈进行剪切变形耗能。
25.组合碟簧复位系统在拉伸状态下(相离运动)，第一导向杆和第二导向杆拉动第二内板和第一内板向中间运动(相向运动)，压缩组合碟簧，促使组合碟簧发生压缩变形。在拉伸状态下第一导向杆和第二导向杆起到传递力的作用。
26.组合碟簧复位系统在压缩状态下(相向运动)，支撑主、副杆的端面压迫第一约束加载板和第二约束加载板向中间运动(相向运动)，使第一内板和第二内板压缩组合碟簧，促使组合碟簧发生压缩变形。在压缩状态下，第一导向杆和第二导向杆仅起到导向的作用，不会传递力。
27.综上，不论拉压状态组合碟簧均受压变形。
28.卸载后组合碟簧通过其初始预压力和被压缩产生的力使第二内板和第一内板进行复位，实现支撑主、副杆和转动耗能系统复位，进而完成往复加载条件下的耗能和复位行为。
29.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
30.1、本发明由于耗能装置属于附加在主副支撑之上，易于安装拆卸，发生破坏后极易更换，并不影响主体结构的正常使用功能，复位系统设定最大极限位移后往往不会发生破坏，无需更换。
31.2、支撑采用桥式放大机构设计原则，当夹角小于45
°
时，摩擦变形和粘弹性剪切变形则被放大，进而提升整个支撑的耗能能力。
32.3、该支撑结合了粘弹性橡胶材料的速度型耗能机制特点和金属摩擦材料的位移
型耗能机制特点，具有复合耗能机制的特点，既能满足风振又能满足地震的需求特征。
33.4、本发明提供的组合碟簧复位系统无论在拉伸状态下还是在压缩状态下，均会压缩组合碟簧。
34.基于上述理由本发明可在土木建筑结构等领域广泛推广。
附图说明
35.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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其他的附图。
36.图1为本发明具体实施方式中一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑结构示意图。
37.图2为本发明具体实施方式中支撑主杆结构示意图。
38.图3为本发明具体实施方式中支撑副杆结构示意图。
39.图4为本发明具体实施方式中转动耗能系统结构示意图。
40.图5为本发明具体实施方式中组合碟簧复位系统结构示意图。
41.图6为本发明具体实施方式中组合碟簧复位系统主视图。
42.图7为本发明具体实施方式中第一/二约束加载板结构示意图。
43.图8为本发明具体实施方式中一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑使用状态图。
44.图中：
45.1、支撑主杆；101、第一连接端板；102、第一端部耳板；103、第一耳板103；
46.2、支撑副杆；201、第二连接端板；202、第二端部耳板；203、第二耳板；
47.3、金属摩擦型转动耗能系统；301、转动板；302、摩擦外板；303、销轴；304、摩擦片；305、粘弹性橡胶圈；
48.4、组合碟簧复位系统；401、第一约束加载板；402、第二约束加载板；403、第一导向杆；404、导向杆螺母；405、加载轴螺母；406、加载轴；407、组合碟簧；408、第一外板；409、第一内板；410、第二外板；411、第二内板；412、第二导向杆；
49.5、粘弹性转动耗能系统。
具体实施方式
50.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
51.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
52.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
53.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
54.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
55.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
56.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
57.如图1～8所示，一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑，包括支撑主杆1、支撑副杆2、组合碟簧复位系统4和两组转动耗能系统组。
58.转动耗能系统组包括两个围绕支撑主杆1的轴线对称设置的转动耗能系统，四个转动耗能系统围绕支撑主杆的轴线均匀分布。两组转动耗能系统组中其中一组为粘弹性转动耗能系统5，另外一组为金属摩擦型转动耗能系统3；
59.支撑主杆1与支撑副杆2同轴设置；
60.如图2所示，支撑主杆1的一端具有第一连接端板101，另一端具有第一端部耳板102，侧壁上具有四个均匀分布的第一耳板103；
61.如图3所示，支撑副杆2的一端具有第二连接端板201、另一端具有第二端部耳板202，侧壁上具有四个均匀分布的第二耳板203；
62.第一端部耳板102和第二端部耳板202用于支撑主杆1与支撑副杆2与其他结构连
接，如图8所示。
63.第一连接端板101和第二连接端板201相对设置；组合碟簧复位系统4位于第一连接端板101和第二连接端板201之间。
64.金属摩擦型转动耗能系统3和粘弹性转动耗能系统5结构相同，仅仅是耗能材料不同，下面对金属摩擦型转动耗能系统3进行详细说明：
65.如图3所示，金属摩擦型转动耗能系统3包括两个转动板301和两个外摩擦板302，两个转动板301的外端分别与第一耳板103和第二耳板203铰接，两个摩擦外板302将两个转动板301的内端夹在中间，且在两个转动板301的内端处分别通过销轴303将转动板301与摩擦外板302结合，销轴303的两端具有轴肩凸起或安装有螺母，便于限位；外摩擦板302与转动板301之间设有套设在销轴303上的摩擦片304，销轴303具有预紧力将外摩擦板302、摩擦片304和转动板301的内端夹紧；粘弹性转动耗能系统5中的耗能材料为粘弹性橡胶圈305，外摩擦板302与转动板301之间设有套设在销轴303上的粘弹性橡胶圈305，粘弹性橡胶圈305与转动板301和外摩擦板302硫化连接。转动板301与支撑主杆1的轴线之间的夹角小于45
°
。
66.如图5和6所示，组合碟簧复位系统4用于转动耗能系统形变后进行复位、用于支撑主杆1和支撑副杆2受载后耗能，且卸载后复位。
67.组合碟簧复位系统4包括组合碟簧407和安装组合碟簧407的连接机构，组合碟簧407设置在连接机构内，其轴线与支撑主杆1的轴线重合，连接机构与支撑主杆1和支撑副杆2连接，连接机构使得支撑主杆1和支撑副杆2受到拉力或压力时，连接机构均压缩组合碟簧407。
68.连接机构包括第一约束加载板401、第二约束加载板402，第一导向杆组和第二导向杆组；第一约束加载板401和第二约束加载板402结构相同，但相对设置；
69.如图7所示，第一约束加载板401包括通过固定杆固定连接的第一外板408和第一内板409；第二约束加载板402包括通过固定杆固定连接的第二外板410和第二内板411；
70.如图5和6所示，第一外板408与支撑副杆2的第二连接端板201接触连接，第二外板411与支撑主杆2的第一连接端板101接触连接，第一内板409和第二内板410相对设置，并通过加载轴406连接，加载轴406的两端分别穿过第一内板409和第二内板410，组合碟簧套407设在加载轴406上，加载轴406的两端分别安装有加载轴螺母405，两个加载轴螺母405将组合碟簧407夹在第一内板409和第二内板411中间；
71.第一导向杆组包括四个呈矩形分布的第一导向杆403，第一导向杆403穿过支撑副杆2的第二连接端板201、第一外板410、第一内板409和第二内板411；
72.第二导向杆组包括四个呈矩形分布的第二导向杆412，第二导向杆412穿过支撑主杆2的第一连接端板101、第二外板410、第二内板411和第一内板409；
73.第一导向杆403的两端和第二导向杆412的两端分别安装有导向杆螺母404。
74.工作机理：加载前对组合碟簧复位系统4施加初始预压力，确保环向设置的四个转动耗能系统能够完成复位。加载过程中，转动耗能系统通过支撑主杆1、支撑副杆2带动转动板301绕销轴303发生转动，进而带动摩擦片304进行摩擦耗能，而粘弹性橡胶圈305进行剪切变形耗能。
75.组合碟簧复位系统4在拉伸状态下(相离运动)，第一导向杆403和第二导向杆412
拉动第二内板411和第一内板409向中间运动(相向运动)，压缩组合碟簧407，促使组合碟簧407发生压缩变形。在拉伸状态下第一导向杆403和第二导向杆412起到传递力的作用，在拉伸状态下，支撑主杆1和支撑副杆2为一个运动一个不动，以支撑副杆2向左运动为例(以图6中的左右方向为准)，第一导向杆403右端的导向杆螺母404对第二内板411实施向左的拉力，使第二内板411向左运动，第二外板410与第一连接端板101由接触状态，变为分离状态，进而第二内板411压缩组合碟簧407。第一外板408和第一内板409在第二导向杆412左端的导向杆螺母404的作用下，保持不同，第一导向杆403与第一外板408和第一内板409发生相对滑动。
76.组合碟簧复位系统4在压缩状态下(相向运动)，以支撑副杆2向右运动为例，因为第二内板411与第二外板410保持不动，第一内板409和第一外板408向右运动，压缩组合碟簧407，此时第一导向杆403和第二导向杆412仅起到导向的作用，不会传递力。
77.即不论拉压状态组合碟簧407均受压变形。
78.卸载后组合碟簧407通过其初始预压力和被压缩产生的力使第二内板411和第一内板409进行复位，实现支撑主杆1、支撑副杆2和转动耗能系统复位，进而完成往复加载条件下的耗能和复位行为。
79.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：1.一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑，其特征在于，包括支撑主杆、支撑副杆和至少一组转动耗能系统组；所述支撑主杆与所述支撑副杆同轴设置；所述转动耗能系统组包括两个围绕所述支撑主杆的轴线对称设置的转动耗能系统；所述转动耗能系统包括两个转动板和两个外摩擦板，两个所述转动板的外端分别与所述支撑主杆和所述支撑副杆的外壁铰接，两个所述摩擦外板将两个所述转动板的内端夹在中间，且在两个所述转动板的内端处分别通过销轴将转动板与所述摩擦外板结合；所述外摩擦板与所述转动板之间设有套设在所述销轴上的摩擦片或粘弹性橡胶圈。2.根据权利要求1所述的一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑，其特征在于，包括两个所述转动耗能系统组，且其中一个所述转动耗能系统组中的所述外摩擦板与所述转动板之间设有套设在所述销轴上的摩擦片，所述销轴具有预紧力将所述外摩擦板、所述摩擦片和所述转动板的内端夹紧；另外一个所述转动耗能系统组中的所述外摩擦板与是转动板之间设有套设在所述销轴上的粘弹性橡胶圈，且所述粘弹性橡胶圈与所述转动板和所述外摩擦板硫化连接。3.根据权利要求2所述的一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑，其特征在于，四个所述转动耗能系统围绕所述支撑主杆的轴线均匀分布。4.根据权利要求1所述的一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑，其特征在于，所述支撑主杆与所述支撑副杆之间设有组合碟簧复位系统，所述组合碟簧复位系统用于所述转动耗能系统形变后进行复位、用于支撑主杆和所述支撑副杆受载后耗能，且卸载后复位。5.根据权利要求1所述的一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑，其特征在于，所述组合碟簧复位系统包括组合碟簧和安装所述组合碟簧的连接机构，所述组合碟簧设置在所述连接机构内，其轴线与所述支撑主杆的轴线重合，所述连接机构与所述支撑主杆和所述支撑副杆连接，所述连接机构使得所述支撑主杆和支撑副杆受到拉力或压力时，所述连接机构均压缩所述组合碟簧。6.根据权利要求5所述的一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑，其特征在于，所述连接机构包括第一约束加载板、第二约束加载板，第一导向杆组和第二导向杆组；所述第一约束加载板包括通过固定杆固定连接的第一外板和第一内板；所述第二约束加载板包括通过固定杆固定连接的第二外板和第二内板；所述第一外板与所述支撑副杆的端面接触连接，所述第二外板与所述支撑主杆的端面接触连接，第一内板和第二内板相对设置，并通过加载轴连接，所述加载轴的两端分别穿过所述第一内板和所述第二内板，所述组合碟簧套设在所述加载轴上，所述加载轴的两端分别安装有加载轴螺母，两个所述加载轴螺母将所述组合碟簧夹在所述第一内板和所述第二内板中间；所述第一导向杆组包括多个第一导向杆，所述第一导向杆穿过所述支撑副杆的端面、所述第一外板、所述第一内板和所述第二内板；所述第二导向杆组包括多个第二导向杆，所述第二导向杆穿过所述支撑主杆的端面、所述第二外板、所述第二内板和所述第一内板；所述第一导向杆的两端和所述第二导向杆的两端分别安装有导向杆螺母。7.根据权利要求1所述的一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑，其特征在于，所述
转动板与所述支撑主杆的轴线之间的夹角小于45
°
。
技术总结本发明提供一种具有放大机制的复合耗能自复位支撑，包括支撑主杆、支撑副杆、粘弹性转动耗能系统、金属摩擦型转动耗能系统和组合碟簧复位系统；粘弹性转动耗能系统和金属摩擦型转动耗能系统结构相同均采用桥式放大机构原理进行设计，组合碟簧复位系统采用无论受到拉力和压力均对组合碟簧进行压缩的方式进行设计，组合碟簧对整体装置进行耗能和复位。本发明由于耗能装置属于附加在主副支撑之上，易于安装拆卸，发生破坏后极易更换，并不影响主体结构的正常使用功能，复位系统设定最大极限位移后往往不会发生破坏，无需更换。无需更换。无需更换。
技术研发人员：王德斌 张昕岳 王刚
受保护的技术使用者：大连交通大学
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2022/7/5
