[发明专利]一种基于摩擦片的可调节摩擦力的扇形节点摩擦耗能器

说明书

本发明公开了一种基于摩擦片的可调节摩擦力的扇形节点摩擦耗能器，包括安装在梁和柱之间的两个相互插接的扇形摩擦片，两个扇形摩擦片包括两个齿摩擦片或两个压力摩擦片，两种不同结构形式的扇形摩擦片一端通过滑道与梁和柱进行连接，另一端自由端经相互插接后，通过带有弹簧的加劲螺栓固定连接。本发明通过两种不同的实施方案，都采用摩擦的形式进行耗能，并且都采用了安装滑道的方式改变构件的转动形心。本发明通过改变两种金属间的压力来调节摩擦力的大小，解决了摩擦耗能构件由于材料原因而产生的局限性。本发明使用的两种金属有较大的接触面，并且可以通过调节摩擦片上的螺母挤压弹簧来增加两种材料之间的摩擦力。

技术领域

本发明涉及一种基于摩擦片的可调节摩擦力的扇形节点摩擦耗能器，属于古建筑木结构及现代木结构加固修缮领域。适用于传统木结构古建筑及现代木结构梁柱节点的建造加固及修缮需求。

背景技术

我国古建筑结构历史悠久，从古代皇宫建筑，庙宇殿堂，到居民住宅，大量采用古建筑木结构形式；同时分布地域广泛，几乎遍及全国，很多木结构建筑经过了数百年甚至上千年的历史，是中华文明的重要组成部分，包含丰富的历史文化内涵。我国有很多历经了几百年甚至上千年的古建筑，这些古建筑由于建造年代比较久远，同时由于木材本身特点，很多结构亟待维修及加固。古代木结构多数为榫卯节点木框架结构，木材长时间使用易导致干裂、腐朽、虫蛀、老化等累计损伤，也需要进行维护和修复。而在现代新型的木结构建筑的建造过程中，总结了过去古建筑木结构的经验，在建造过程中采用的许多新型的建造技术及结构。但是所有的木结构建筑都无法避开木材本身性能的缺点，所以木结构的加固及修缮方式不管对古建筑木结构或者是现代木结构都是亟待解决的主要问题。

对于古代木结构建筑，为了保护历史木结构建筑蕴含的历史、文物、艺术和科学价值，木结构建筑的维修加固不可能大量的替换新材、对于榫卯节点木框架而言，其薄弱位置为榫卯节点处，一般通过加固节点就能有效提高木框架的承载能力和抗震能力。

对于现代木结构建筑，在建造过程中汲取古代木结构的损坏特征，在梁柱榫卯连接处应尽量采用与古建筑不同的连接方式，或在古代榫卯连接方式的基础上增加减震耗能构件，使结构在使用过程中能更好的抵抗外力。

古建筑木结构梁柱节点主要采用榫卯连接方式，主要分为燕尾榫及直榫连接方式，为典型的半刚性连接。其承载能力及抗弯刚度较低，且在使用过程中由于自然环境及地震作用下容易因挤压变形产生无法自动回复的残余变形，从而使榫卯节点产生松动，进而造成整体结构的倾斜歪闪，严重威胁着结构的使用寿命及使用安全，因此榫卯节点是古建筑木结构修缮加固的重点部位。

古建筑木结构主要通过铺作层及梁柱榫卯节点间的挤压变形进行能量的消耗。由于木材有变形后难以恢复的缺点，所以古建筑木结构的抗震性能会随着时间及地震次数的增加而降低。同时结构的刚度也会随之降低，严重影响建筑的使用寿命。

摩擦耗能是现代建筑中常用的减震耗能方式，摩擦耗能构件具有安装方便，容易替换，可调节刚度等特点，在使用过程中能够通过摩擦的形式将能量进行消散。而且可以经受多次地震，对结构本身没有损坏。在古建筑的加固及修缮过程中有很高的适用价值。

榫卯节点加固常采用的材料主要有角钢、钢板、钢筋、铁扒钉等传统材料。角钢、钢板、钢筋、铁扒钉等传统材料加固榫卯节点虽然可以提高节点的承载力，但却仅仅增加了结构的刚度，在耗能方面难以发挥作用。再者，由于角钢、钢板、钢筋、铁扒钉等材料属于弹塑性材料，结构在经历大的地震作用后，这些材料本身会产生较大的残余变形，无法恢复到初始状态。

近些年出现了一些新型的节点耗能器，例如软钢加固耗能装置、扇形摩擦耗能器以及小直径摩擦垫片阻尼器。这些装置在使用中也有相应的缺陷，例如，软钢类耗能构件为消耗性装置，存在使用寿命短，经历较大变形后构件本身即发生破坏的缺点；现有的扇形摩擦耗能器，一方面由于连接方式存在缺陷，不能随着节点的转动而产生相对位移继而不能提供摩擦耗能能力；另一方面，无法对摩擦力的大小进行人为控制。对于传统摩擦型耗能器，其所能提供的摩擦力较小，同时也存在无法人为调节摩擦力大小的缺陷。