本發(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)摩擦力大小的半剛性梁柱節(jié)點(diǎn)摩擦耗能裝置，屬于古建筑木結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)等建造加固修繕領(lǐng)域。適用于采用半剛性節(jié)點(diǎn)及鉸接點(diǎn)的建筑及結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

我國古建筑結(jié)構(gòu)歷史悠久，從古代皇宮建筑，廟宇殿堂，到居民住宅，大量采用古建筑木結(jié)構(gòu)形式；同時分布地域廣泛，幾乎遍及全國，很多木結(jié)構(gòu)建筑經(jīng)過了數(shù)百年甚至上千年的歷史，是中華文明的重要組成部分，包含豐富的歷史文化內(nèi)涵。我國有很多歷經(jīng)了幾百年甚至上千年的古建筑，這些古建筑由于建造年代比較久遠(yuǎn)，同時由于木材本身特點(diǎn)，很多結(jié)構(gòu)亟待維修及加固。古代木結(jié)構(gòu)多數(shù)為榫卯節(jié)點(diǎn)木框架結(jié)構(gòu)，木材長時間使用易導(dǎo)致干裂、腐朽、蟲蛀、老化等累計損傷，也需要進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)。而在現(xiàn)代新型的木結(jié)構(gòu)建筑的建造過程中，總結(jié)了過去古建筑木結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗，在建造過程中采用的許多新型的建造技術(shù)及結(jié)構(gòu)。但是所有的木結(jié)構(gòu)建筑都無法避開木材本身性能的缺點(diǎn)，所以木結(jié)構(gòu)的加固及修繕方式不管對古建筑木結(jié)構(gòu)或者是現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)都是亟待解決的主要問題。

古建筑木結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)主要采用榫卯連接方式，主要分為燕尾榫及直榫連接方式，為典型的半剛性連接。其承載能力及抗彎剛度較低，且在使用過程中由于自然環(huán)境及地震作用下容易因擠壓變形產(chǎn)生無法自動回復(fù)的殘余變形，從而使榫卯節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生松動，進(jìn)而造成整體結(jié)構(gòu)的傾斜歪閃，嚴(yán)重威脅著結(jié)構(gòu)的使用壽命及使用安全，因此榫卯節(jié)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)的薄弱位置，一般通過加固節(jié)點(diǎn)就能有效提高木框架的承載能力和抗震性能。

在現(xiàn)代建筑及結(jié)構(gòu)當(dāng)中，人們采用了更多形式的節(jié)點(diǎn)作為結(jié)構(gòu)的連接方式，在混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)，木結(jié)構(gòu)或者混合結(jié)構(gòu)當(dāng)中，半剛性節(jié)點(diǎn)或者鉸接點(diǎn)在結(jié)構(gòu)當(dāng)中都得到大量使用，但是在結(jié)構(gòu)抗震過程中，節(jié)點(diǎn)的破壞對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及耗能都有著嚴(yán)重的影響。強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件已經(jīng)是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的重要理念。節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)弱，以及其耗能能力受到人們的大量重視。所以，在結(jié)構(gòu)當(dāng)中對節(jié)點(diǎn)的保護(hù)也越來越受到人們的重視。

摩擦耗能是現(xiàn)代建筑中常用的減震耗能方式，摩擦耗能構(gòu)件具有安裝方便，容易替換，可調(diào)節(jié)剛度等特點(diǎn)，在使用過程中能夠通過摩擦的形式將能量進(jìn)行消散。而且可以經(jīng)受多次地震，對結(jié)構(gòu)本身沒有損壞。在建筑的加固及修繕過程中有很高的適用價值。

由于摩擦耗能的優(yōu)良性能，摩擦阻尼器在現(xiàn)代建筑中的得到了大量的使用，國內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)研制開發(fā)了多種摩擦阻尼器，主要有：普通摩擦阻尼器、pall摩擦阻尼器、sumitomo摩擦阻尼器、t形芯板摩擦阻尼器等。傳統(tǒng)的摩擦阻尼器主要應(yīng)用于現(xiàn)代鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中，安裝于結(jié)構(gòu)的框架之間，用螺栓對不同的金屬板進(jìn)行緊固，通過不同金屬板之間的相對平行滑動達(dá)到摩擦耗能的目的。目前，還沒有研發(fā)針對節(jié)點(diǎn)尤其是半剛性節(jié)點(diǎn)的摩擦耗能器，使摩擦耗能器的使用范圍局限于結(jié)構(gòu)整體框架。在結(jié)構(gòu)中所使用的摩擦阻尼器存在著體型過大，需要較大的工作空間，摩擦材料使用單一的銅-鋼金屬材料使得難以控制摩擦系數(shù)的變化，且通過多個螺栓進(jìn)行緊固，使得摩擦預(yù)緊力難以控制等缺點(diǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種與梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)成矩形的半剛性梁柱節(jié)點(diǎn)摩擦耗能構(gòu)件，通過在梁柱節(jié)點(diǎn)安裝摩擦耗能裝置的形式，增加結(jié)構(gòu)框架的剛度，并為結(jié)構(gòu)提供一種通過摩擦進(jìn)行耗能的構(gòu)件。滿足結(jié)構(gòu)的剛度及耗能需求，為后續(xù)的使用提供保障。可以通過轉(zhuǎn)動摩擦的形式將結(jié)構(gòu)所受到的外力進(jìn)行消散并為結(jié)構(gòu)提供一定剛度的裝置。當(dāng)結(jié)構(gòu)不發(fā)生震動的時候提供剛度，在結(jié)構(gòu)發(fā)生震動時為結(jié)構(gòu)提供摩擦耗能。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

一種半剛性節(jié)點(diǎn)摩擦耗能器，包括木柱，和通過榫卯節(jié)點(diǎn)連接木柱的木梁，榫卯節(jié)點(diǎn)處的木柱和木梁之間連接有摩擦耗能器，摩擦耗能器分別通過梁端連接件和柱端連接件連接在木梁和木柱上；所述摩擦耗能器包括連接在梁端連接件上的梁端連桿、連接在柱端連接件上的n個柱端連桿，n個柱端連桿通過其之間設(shè)有摩擦片的中間連接件連接梁端連桿；摩擦耗能器在梁柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生位移之前提供剛度，當(dāng)梁柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生位移之后提供摩擦耗能。

作為優(yōu)選，所述柱端連接件包括連接在木柱上的一對弧形鋼板，和連接弧形鋼板的螺栓；木柱外側(cè)弧形鋼板通過螺栓連接，木柱內(nèi)側(cè)弧形鋼板通過螺栓連接柱端連桿。

作為優(yōu)選，所述梁端連接件包括連接在木梁上的一對框型鋼板，和連接框型鋼板的螺栓；木梁外側(cè)框型鋼板通過螺栓連接，木梁內(nèi)側(cè)框型鋼板連接有緊貼木梁的梁端墊塊，梁端連桿連接在梁端墊塊中部。

作為優(yōu)選，所述柱端連桿為一端梯形、一端帶有圓弧的長方形板的結(jié)構(gòu)，梯形端通過螺栓連接到木柱上的一對弧形鋼板上，帶有圓弧的長方形端連接中間連接件，帶有圓弧的長方形端設(shè)有偏心圓孔。

作為優(yōu)選，所述中間連接件為一端設(shè)有偏心圓孔，一端設(shè)通孔的圓弧形板，通孔連接梁端連桿。

進(jìn)一步，所述摩擦片為帶有螺栓孔的偏心圓結(jié)構(gòu)，摩擦片的大小與柱端連桿和中間連接件中的偏心圓孔相對應(yīng)，摩擦片能夠鑲裝進(jìn)該預(yù)留的偏心圓孔中。

進(jìn)一步，所述摩擦片與中間連接件處于同一平面內(nèi)。

進(jìn)一步，n個中間連接件被n+1個柱端連桿夾持。

本發(fā)明提供一種梁柱節(jié)點(diǎn)耗能構(gòu)件，解決了現(xiàn)有半剛性節(jié)點(diǎn)加固方式中存在的耐久性差、易損壞、耗能效果不明顯等問題。該摩擦耗能構(gòu)件采用預(yù)制環(huán)形摩擦塊相互擠壓的形式，通過調(diào)節(jié)摩擦塊之間的正壓力，以及摩擦塊本身的摩擦系數(shù)的形式改變摩擦力的大小。通過靜摩擦與滑動摩擦相互轉(zhuǎn)換的形式使結(jié)構(gòu)在靜定體系與可變體系之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到在靜定體系狀態(tài)下提供剛度，在可變體系狀態(tài)下提供耗能。

本發(fā)明采用環(huán)形摩擦片，摒棄傳統(tǒng)摩擦片水平滑動的摩擦方式，使摩擦片之間發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，摩擦力更加均勻穩(wěn)定；并且采用單根螺栓控制摩擦片之間的正壓力。減少由于不均勻的預(yù)緊力對摩擦力的影響。

本發(fā)明采用可替換的預(yù)制摩擦材料，即可以通過預(yù)制不同摩擦系數(shù)的摩擦塊改變摩擦力的大小，也可以通過改變摩擦塊之間的正壓力的方式改變摩擦力的大小。相對于傳統(tǒng)摩擦耗能構(gòu)件摩擦系數(shù)控制形式單一的缺點(diǎn)，解決了摩擦耗能器在摩擦力控制方面的局限性。

本發(fā)明通過放大梁柱節(jié)點(diǎn)的相對位移，將梁柱節(jié)點(diǎn)之間的小位移放大到環(huán)形摩擦塊之間的大位移，從而可以更好的通過摩擦消耗能量。并且在梁柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生位移之前提供相應(yīng)的剛度，當(dāng)梁柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生位移之后，為結(jié)構(gòu)提供摩擦耗能。

本發(fā)明在承受大變形時不易損壞，經(jīng)過簡單的調(diào)試后即可繼續(xù)工作，而且可以通過改變摩擦塊的摩擦系數(shù)以及改變摩擦塊的預(yù)緊力的兩種方式改變提供不同的摩擦力矩。本發(fā)行即可以用與古建筑木結(jié)構(gòu)的加固及修繕，也可以用于現(xiàn)代結(jié)構(gòu)當(dāng)中。相較于傳統(tǒng)的摩擦耗能器有著耐久性強(qiáng)，使用靈活，安裝簡單的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為構(gòu)件整體布置三維圖；

圖2為構(gòu)件整體布置圖；

圖3為柱端連桿、摩擦片、中間連接件安裝爆炸圖；

圖4(a)、圖4(b)和圖4(c)分別為柱端鏈接裝置三視圖；

圖5(a)、圖5(b)和圖5(c)分別為梁端連接裝置三視圖；

圖6(a)、圖6(b)和圖6(c)分別為梁端墊塊三視圖；

圖7(a)、圖7(b)和圖7(c)分別為梁端連桿三視圖；

圖8(a)、圖8(b)和圖8(c)分別為柱端連桿三視圖；

圖9(a)、圖9(b)和圖9(c)分別為中間連接件三視圖；

圖10(a)、圖10(b)和圖10(c)分別為摩擦片三視圖。

圖中:1、木梁；2、木柱；3、梁端連接件；4、柱端連接件；5、柱端連桿；6、梁端墊塊；7、梁端連桿；8、摩擦片；9、中間連接件。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不作為對發(fā)明做任何限制的依據(jù)。

如圖1、圖2所示，一種半剛性節(jié)點(diǎn)摩擦耗能器，包括木柱2，和通過榫卯節(jié)點(diǎn)連接木柱2的木梁1，榫卯節(jié)點(diǎn)處的木柱2和木梁1之間連接有摩擦耗能器，其中，摩擦耗能器分別通過梁端連接件3連接在木梁1上，通過柱端連接件4連接在木柱2上，摩擦耗能器包括連接在梁端連接件3上的梁端連桿7、連接在柱端連接件4上的n個柱端連桿5，n個柱端連桿5通過其之間設(shè)有摩擦片8的中間連接件9連接梁端連桿7。摩擦耗能器在梁柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生位移之前提供剛度，當(dāng)梁柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生位移之后提供摩擦耗能。

如圖4(a)、圖4(b)和圖4(c)以及圖5(a)、圖5(b)和圖5(c)所示，本裝置中，柱端連接件4包括連接在木柱2上的一對弧形鋼板，和連接弧形鋼板的螺栓；梁端連接件3包括連接在木梁1上的一對框型鋼板，和連接框型鋼板的螺栓，框型鋼板在連接梁端連桿7端設(shè)有緊貼木梁1的梁端墊塊6，見圖6(a)、圖6(b)和圖6(c)所示。梁端連桿7連接在梁端墊塊6中部。圖7(a)、圖7(b)和圖7(c)為梁端連桿7三視圖。

如圖3所示，柱端連桿5為一端梯形、一端帶有圓弧的長方形板的結(jié)構(gòu)，見圖8(a)、圖8(b)和圖8(c)所示，梯形端通過螺栓連接到木柱2上的一對弧形鋼板上，帶有圓弧的長方形端連接中間連接件9，帶有圓弧的長方形端設(shè)有偏心圓孔。

中間連接件9結(jié)構(gòu)見圖9(a)、圖9(b)和圖9(c)所示，中間連接件9為兩端圓弧形板，一端設(shè)有偏心圓孔，一端設(shè)連接梁端連桿7的通孔。

如圖10(a)、圖10(b)和圖10(c)所示，摩擦片8為帶有螺栓孔的偏心圓結(jié)構(gòu)，摩擦片8的大小與柱端連桿5和中間連接件9中的偏心圓孔相對應(yīng)，摩擦片8能夠鑲裝進(jìn)該偏心圓孔中。

其中，n個中間連接件9被n+1個柱端連桿5夾持，在每塊中間連接件9被夾持端墊有摩擦片8。

本發(fā)明摩擦片8采用加工廠預(yù)制的方式制作成偏心圓(葫蘆形)帶螺栓孔的摩擦片。

本發(fā)明構(gòu)件的具體實施方式為：

(1)首先在距離梁柱節(jié)點(diǎn)距離相同的位置安裝梁端連接件3及柱端連接件4，通過螺栓與螺母進(jìn)行緊固，使加固裝置與梁柱之間不會產(chǎn)生相對位移。

(2)將柱端連桿5與柱端連接件4通過螺栓與螺母進(jìn)行連接；柱端連桿共有三片，如圖1所示與三片柱端連桿相互平行與柱在垂直方向進(jìn)行連接。

(3)將三片摩擦片8依次放入柱端連桿5所預(yù)留的孔洞當(dāng)中，摩擦片8與柱端連桿處于同一平面當(dāng)中。

(4)將另外兩片摩擦片8放入中間連接件9的預(yù)留孔洞當(dāng)中，使摩擦片8與中間連接件9處于同一平面內(nèi)。

(5)如圖3所示將安裝好摩擦片8的中間連接件9與安裝好摩擦片8的柱端連桿通過螺栓與螺母進(jìn)行連接；螺栓通過5片摩擦片8，兩端用螺母進(jìn)行緊固。

(6)在梁端連接裝置3的下端安裝梁端墊塊6，通過螺栓與梁端鏈接裝置3進(jìn)行緊固。

(7)將梁端連桿7的兩端分別安裝在梁端墊塊6以及中間連接件9上，螺栓通過構(gòu)件上預(yù)留的孔洞；在安裝螺母時不要進(jìn)行緊固，使梁端連桿6與梁端墊塊及中間連接件9之間可以自由的轉(zhuǎn)動。

如圖2所示，本發(fā)明裝置與梁柱節(jié)點(diǎn)形成一個大小適宜的正方形，通過扁鋼與梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固，當(dāng)梁柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，環(huán)形摩擦片之間會發(fā)生更大的相對轉(zhuǎn)動，從而可以放大梁柱節(jié)點(diǎn)之間的小位移。本發(fā)明裝置中的摩擦塊屬于可替換構(gòu)件，相對與不同大小的梁柱節(jié)點(diǎn)可以替換不同摩擦系數(shù)的摩擦塊；當(dāng)結(jié)構(gòu)承受大震后也可以將整個構(gòu)件進(jìn)行替換。本發(fā)明所采用的摩擦塊可在加工廠進(jìn)行預(yù)制，并且可以采用不同的材料進(jìn)行加工。

本發(fā)明并不局限于上述實施例，在本發(fā)明公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要創(chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。