申请/专利权人：武汉理工大学

申请日：2018-11-22

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN109458030B

主分类号：E04H9/02

分类号：E04H9/02;E04B1/98

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2019.04.05#实质审查的生效;2019.03.12#公开

摘要：本发明涉及一种液压传动自复位支撑装置，包括：油缸、活塞杆、第一活塞、第二活塞、第三活塞、液压油、第一锚固板、第二锚固板和预应力筋；第一活塞、第二活塞和第三活塞依次设置在油缸内，活塞杆设置在油缸的中心轴上，第二活塞固定连接在活塞杆上，第一活塞、第三活塞活动穿设在活塞杆上；第一锚固板和第二锚固板通过所述预应力筋连接；所述第一活塞和所述第三活塞之间的油缸内设有液压油。本发明提供的液压传动自复位支撑装置通过设置不同有效表面积的活塞，利用液压原理，在预应力筋变形能力一定的情况下，通过该装置对自复位支撑的变形能力进行缩放，解决了预应力筋自复位装置变形能力不能满足土木工程抗震需求的弊端。

主权项：1.一种液压传动自复位支撑装置，其特征在于，包括：油缸、活塞杆、第一活塞、第二活塞、第三活塞、液压油、第一锚固板、第二锚固板和预应力筋；所述第一活塞、第二活塞和第三活塞依次设置在所述油缸内，所述活塞杆设置在所述油缸的中心轴上，所述第二活塞固定连接在所述活塞杆上，第一活塞活动穿设在所述活塞杆上；所述第一锚固板和所述第二锚固板分别设置在所述油缸两端面附近，所述第一锚固板和所述第二锚固板通过所述预应力筋连接；所述第一活塞和所述第三活塞之间的油缸内设有液压油，所述第一活塞抵接在所述第一锚固板上，所述第三活塞抵接在所述第二锚固板上；所述第一锚固板设有通孔，所述通孔供所述活塞杆穿过，所述活塞杆一端延长到所述第一锚固板外侧；定义所述第二活塞上朝向所述第一活塞的端面为左端面，有效面积为A2a，所述第二活塞上朝向所述第三活塞的端面为右端面，有效面积为A2b；定义所述第一活塞的有效面积为A1，第三活塞的有效面积A3.；存在下列比例关系，；所述活塞杆延伸到所述第二锚固板附近，所述第三活塞活动穿设在所述活塞杆上；所述第二锚固板上设有通孔，所述活塞杆另一端延长到所述第二锚固板外侧；所述第一活塞朝向所述第一锚固板的端面上设有顶柱；所述第三活塞朝向所述第二锚固板的端面上设有顶柱。

全文数据：液压传动自复位支撑装置技术领域本发明涉及土木工程耗能减震设备领域，特别是涉及一种液压传动自复位支撑装置。背景技术地震的能量和危害不言而喻，人们现在仍然无法精确预测地震的发生，于是想尽一切办法尽可能减少地震带来的损失，其中一种方式是发展减隔震技术，在这种技术中一种常见的设备是自复位装置。现有的自复位装置存在较多的弊端，难以满足实际工程应用：形状记忆合金丝作为复位材料的自复位装置造价昂贵，力学性能不稳定，随温度变化有较大的波动；预应力钢绞线自复位装置存在变形能力不足的缺陷；碟簧自复位装置加载困难，构造复杂；FRP筋自复位装置张拉和锚固困难，且变形能力不足。因此，研究出新型变形能力强、造价低廉、制造相对简单、性能稳定的自复位耗能装置是实际工程应用急需解决的问题。发明内容基于此，有必要针对上述提到的至少一个问题，提供一种液压传动自复位支撑装置。一种液压传动自复位支撑装置，包括：油缸、活塞杆、第一活塞、第二活塞、第三活塞、液压油、第一锚固板、第二锚固板和预应力筋；所述第一活塞、第二活塞和第三活塞均预留有活塞杆穿过孔，第一活塞、第二活塞和第三活塞依次设置在所述油缸内，所述活塞杆设置在所述油缸的中心轴上，所述第二活塞固定连接在所述活塞杆上，第一活塞活动穿设在所述活塞杆上；所述第一锚固板和所述第二锚固板分别设置在所述油缸两端面附近，所述第一锚固板和所述第二锚固板通过所述预应力筋连接；所述第一活塞和所述第三活塞之间的油缸内设有液压油，所述第一活塞可抵接在所述第一锚固板上，所述第三活塞可抵接在所述第二锚固板上；所述第一锚固板设有通孔，所述通孔可供所述活塞杆穿过，所述活塞杆一端延长到所述第一锚固板外侧。在其中一个实施例中，定义所述第二活塞上朝向所述第一活塞的端面为左端面，有效面积为A2a，所述第二活塞上朝向所述第三活塞的端面为右端面，有效面积为A2b；定义所述第一活塞的有效面积为A1，第三活塞的有效面积A3；存在下列比例关系，A2aA1＝A2bA3。在其中一个实施例中，所述活塞杆延伸到所述第二锚固板附近，所述第三活塞活动穿设在所述活塞杆上。进一步的，定义所述第一活塞与第二活塞之间的活塞杆直径为D1，所述第二活塞与所述第三活塞之间的活塞杆直径为D2；D1D2＝λ，λ为预设固定常数。在其中一个实施例中，所述第二锚固板上设有通孔，所述推拉杆另一端延长到所述第二锚固板外侧。在其中一个实施例中，所述油缸内还设有节流孔板，所述节流孔板上设有若干个具有预设面积的通孔。在其中一个实施例中，所述油缸内还设有节流板，所述节流板固定设置在所述油缸内，所述节流板上设有中心圆孔，所述中心圆孔的直径大于活塞杆的直径。在其中一个实施例中，所述第一活塞朝向所述第一锚固板的端面上设有顶柱；所述第三活塞朝向所述第二锚固板的端面上设有顶柱。在其中一个实施例中，所述预应力筋通过锚具分别与所述第一锚固板和所述第二锚固板连接。在其中一个实施例中，液压传动自复位支撑装置还包括连接支架，所述连接支架一端设置在所述第二锚固板附近的油缸外表面上。本发明提供的液压传动自复位支撑装置通过设置不同有效表面积的活塞，利用液压原理，在预应力筋变形能力一定的情况下，通过该装置对自复位支撑的变形能力进行缩放，解决了预应力筋自复位装置变形能力不能满足土木工程抗震需求的弊端。附图说明图1为本发明一实施例中液压传动自复位支撑装置的结构示意图；图2为本发明另一实施例中液压传动自复位支撑装置的结构示意图；图3为本发明另一实施例中液压传动自复位支撑装置的运行结构示意图；图4为本发明另一实施例中液压传动自复位支撑装置的又一运行结构示意图；图5为本发明又一实施例中液压传动自复位支撑装置的结构示意图。具体实施方式为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本发明一实施例中提供了一种液压传动自复位支撑装置，如图1所示，至少包括：油缸100、活塞杆300、第一活塞210、第二活塞220、第三活塞230、液压油、第一锚固板410、第二锚固板420和预应力筋500，当然也可以有其他未提及但本领域常用的紧固件、密封件等。其中第一活塞210、第二活塞220和第三活塞230依次设置在油缸100内，而活塞杆300设置在油缸100的中心轴上，并且第二活塞220固定连接在活塞杆300上，即第二活塞220与活塞杆300连为一体，运动时相对静止。第一活塞210活动穿设在活塞杆300上，即第一活塞210能够在活塞杆300上运动。第一锚固板410和第二锚固板420分别设置在油缸100两端面附近，锚固板并不直接与油缸100连接，第一锚固板410和第二锚固板420通过预应力筋500连接，即预应力筋500将两块锚固板连接为一体，并且其上具有一定的初始张拉应力，第一活塞210或第三活塞230会作用在锚固板上，从而将力传递到预应力筋500上，优选的，所述预应力筋500通过锚具分别与所述第一锚固板410和所述第二锚固板420连接。第一活塞210和第三活塞230之间的油缸100内设有液压油，本领域人员可知的，应当采取密封措施确保液压油保持在预设的空间位置，在各套设连接处设置密封装置，也即在第一活塞210与活塞杆300之间，甚至在第三活塞230与活塞杆300之间设置密封环。第一活塞210可抵接在第一锚固板410上，而第三活塞230可抵接在第二锚固板420上，可通过设置活塞的厚度实现，当然也可在活塞的表面设置凸起结构，优选的，第一活塞210朝向第一锚固板410的端面上设有第一顶柱211，第三活塞230朝向第二锚固板420的端面上设有第二顶柱231，通过第一顶柱211或第二顶柱231推顶第一锚固板410或第二锚固板420。第一锚固板410上设有通孔421，通孔421可供活塞杆300穿过，并且活塞杆300一端延长到第一锚固板410外侧。活塞杆300不仅用于传递外界推拉力到液压传动自复位支撑装置上，而且能够使锚固板和预应力筋500挂设在油缸100上。在其中另一个实施例中，如图2所示，所述活塞杆300能够延伸到第二锚固板420附近，第三活塞230活动穿设在活塞杆300上。作为一个优选的方案，定义所述第二活塞220上朝向所述第一活塞210的端面为左端面，有效面积为A2a，所述第二活塞220上朝向所述第三活塞230的端面为右端面，有效面积为A2b；定义所述第一活塞210的有效面积为A1，第三活塞230的有效面积A3；则第一活塞210、第二活塞220和第三活塞230各有效面积存在下列比例关系，A2aA1＝A2bA3，其中有效面积为活塞的端部圆形面减去活塞杆圆形的面积，实为活塞端部圆环的面积。如图3和图4所示，假设S为活塞杆300相对油缸100的位移，S1为第一活塞210相对油缸100的位移，S2为第二活塞220相对油缸100的位移，S3为第三活塞230相对油缸100的位移。定义面积比例系数假设液体体积不可压缩，则A2a×S2＝A1×S1A2b×S2＝A3×S3S2＝S定义第一活塞210的位移缩放系数第三活塞230的位移缩放系数则从而可知β1＝β3＝η，即本装置的位移缩放系数大小等于活塞面积比。以上数学关系证明了拉压工况下位移缩放等比例关系，活塞杆300相对油缸100出缸，第一活塞210运动的位移与活塞杆300的位移成比例；活塞杆300相对油缸100收缩，第三活塞230运动的位移与活塞杆300的位移也成比例，且两位移比例系数相等，大小等于活塞面积比例系数。也即支撑两端压缩和拉伸工况下位移缩放比例相同，该比例系数可取0.25～0.5。预应力筋500张拉锚固在第一锚固板410和第二锚固板420锚固两端，且第一锚固板410与油缸100和或第一活塞210抵接、第二锚固板420与油缸100和或第三活塞230抵接，预应力筋500的变形与第一活塞210或第三活塞230的出缸位移相关，在预应力筋500变形能力一定的情况下，通过该装置对自复位支撑的变形能力即本装置活塞杆300的位移行程进行放大，解决预应力筋500自复位装置变形能力不能满足土木工程抗震需求的弊端。以1860级预应力钢绞线自复位装置为例，1860级预应力钢绞线的极限伸长率仅为1％左右，预先张拉施加预应力将使用0.3％左右的伸长率，剩余后续有效变形能力仅为预应力筋500长度的0.7％，不满足土木工程建筑结构抗震领域对自复位支撑的轴向伸缩率2％的要求，当采用本专利的方法，取第一活塞210和第三活塞230相对活塞杆300位移缩放系数为13，即可将1860级预应力钢绞线自复位装置的活塞杆300轴向伸缩率扩大到2.1％，充分满足建筑结构抗大震的需求。进一步优选的，定义第一活塞210与第二活塞220之间的活塞杆300直径为D1，第二活塞220与第三活塞230之间的活塞杆300直径为D2；D1D2＝λ，λ为预设固定常数。第二活塞220运行的区间所在的油缸100通常采用较小的内径，当然，根据需要也可采取较大的内径，通过改变活塞杆300在不同区域内的直径，改变活塞杆300的横截面积，从而改变第一活塞210和第二活塞220的有效面积。作为一个优选的方案，如图5所示，油缸100内还设有节流孔板600，所述节流孔板600上设有若干个具有预设面积的通孔，允许液压油通过。节流板固定连接在油缸内，且不能阻碍活塞杆的运动，当有活塞杆穿过时，节流板的与活塞杆间需密封。设第一活塞210与第二活塞220之间的油缸100内腔为第一油腔，第二活塞220与第三活塞230之间的内腔为第二油腔，在第一油腔和第二油腔中分别设置节流孔的节流孔板600，活塞杆300伸缩时，第二活塞220强迫液压油快速通过节流孔，产生粘滞阻尼力，消耗外部输入的能量，将机械能转化为内能。原理公式为：Fd＝CVα，式中：Fd为阻尼力kN，C为阻尼系数kNmms，V为活塞运动的速度mms，α为速度指数，根据工程要求进行设计选定，一般在0.01～1之间取值。当α＝1时，则为线性阻尼。液压装置的主要作用是缩放位移，在预应力筋500变形能力有限的情况下，提高自复位支撑的变形能力，在油缸100中加入节流孔板600，液压装置还可扩展成为粘滞阻尼器。将该支撑安装在土木工程结构中，既可为结构提供复位力，又可以消耗地震输入给土木工程结构的能量。另外一种可行方案是，同样在油缸当中设置节流板，该节流板是固定设置在油缸的某一位置处，无须在节流板上开设如同节流孔板上的节流孔，只需将供活塞杆通过的中心圆孔的直径设置较大，使其大于活塞杆的直径，在活塞杆与节流板的中心圆孔之间预留一定的间隙，通过该间隙起到与节流孔相同的作用，此种结果可便于节流板的加工，精简设备结构，降低生产成本。作为一个优选的方案，第二锚固板420上也设有通孔，所述活塞杆300一端延长到所述第一锚固板410外侧，另一端延长到所述第二锚固板420外侧。两侧均可提供结构连接位点。在其中一个优选的实施例中，液压传动自复位支撑装置还包括连接支架700，所述连接支架700一端设置在所述第二锚固板420附近的油缸100外表面上。作为优选的，预应力筋500的初始张拉预紧力和根数根据装置以及结构的复位力大小需求而设定。在其中一个优选的实施例中，第一活塞210和第三活塞230可在油缸外用连杆连接，保持同步运动。作为优选的，设置节流板扩展成为附加粘滞耗能功能的液压传动自复位支撑装置，需选择具有一定运动粘滞系数的液压油，其运动粘滞系数的大小需满足阻尼系数的设计要求。本发明通过上述技术方案提供的液压传动自复位支撑装置，采用活塞正压面积比控制位移缩放比例，在预应力筋变形能力一定的情况下，放大支撑轴向位移的能力，良好满足土木工程建筑结构抗震的位移行程需求。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

权利要求：1.一种液压传动自复位支撑装置，其特征在于，包括：油缸、活塞杆、第一活塞、第二活塞、第三活塞、液压油、第一锚固板、第二锚固板和预应力筋；所述第一活塞、第二活塞和第三活塞依次设置在所述油缸内，所述活塞杆设置在所述油缸的中心轴上，所述第二活塞固定连接在所述活塞杆上，第一活塞活动穿设在所述活塞杆上；所述第一锚固板和所述第二锚固板分别设置在所述油缸两端面附近，所述第一锚固板和所述第二锚固板通过所述预应力筋连接；所述第一活塞和所述第三活塞之间的油缸内设有液压油，所述第一活塞可抵接在所述第一锚固板上，所述第三活塞可抵接在所述第二锚固板上；所述第一锚固板设有通孔，所述通孔可供所述活塞杆穿过，所述活塞杆一端延长到所述第一锚固板外侧。2.根据权利要求1所述的液压传动自复位支撑装置，其特征在于，定义所述第二活塞上朝向所述第一活塞的端面为左端面，有效面积为A2a，所述第二活塞上朝向所述第三活塞的端面为右端面，有效面积为A2b；定义所述第一活塞的有效面积为A1，第三活塞的有效面积A3.；存在下列比例关系，A2aA1＝A2bA3。3.根据权利要求1所述的液压传动自复位支撑装置，其特征在于，所述推拉杆延伸到所述第二锚固板附近，所述第三活塞活动穿设在所述活塞杆上。4.根据权利要求3所述的液压传动自复位支撑装置，其特征在于，定义所述第一活塞与第二活塞之间的活塞杆直径为D1，所述第二活塞与所述第三活塞之间的活塞杆直径为D2；D1D2＝λ，λ为预设固定常数。5.根据权利要求3所述的液压传动自复位支撑装置，其特征在于，所述第二锚固板上设有通孔，所述推拉杆另一端延长到所述第二锚固板外侧。6.根据权利要求1所述的液压传动自复位支撑装置，其特征在于，所述油缸内还设有节流孔板，所述节流孔板上设有若干个具有预设面积的通孔。7.根据权利要求1所述的液压传动自复位支撑装置，其特征在于，所述油缸内还设有节流板，所述节流板固定设置在所述油缸内，所述节流板上设有中心圆孔，所述中心圆孔的直径大于活塞杆的直径。8.根据权利要求1所述的液压传动自复位支撑装置，其特征在于，所述第一活塞朝向所述第一锚固板的端面上设有顶柱；所述第三活塞朝向所述第二锚固板的端面上设有顶柱。9.根据权利要求1所述的液压传动自复位支撑装置，其特征在于，所述预应力筋通过锚具分别与所述第一锚固板和所述第二锚固板连接。10.根据权利要求1所述的液压传动自复位支撑装置，其特征在于，还包括连接支架，所述连接支架一端设置在所述油缸外表面上。

百度查询： 武汉理工大学 液压传动自复位支撑装置

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD