本發(fā)明涉及建筑工程技術的結構工程領域，具體涉及一種封板向心關節(jié)軸承脹套約束鉸節(jié)點。

背景技術：

1、目前，建筑結構在風荷載等微幅或小幅動載作用下的振動舒適度問題愈發(fā)突出，已成為結構設計中的關鍵問題之一。針對這一問題，實踐中經濟有效的方式是采用被動式消能裝置(如黏滯阻尼器)為結構引入附加阻尼。黏滯阻尼器不會為結構引入額外靜剛度，對于結構的靜載工況設計沒有影響。動載作用下，黏滯阻尼器僅具備速度相關型抗力，可為結構提供可觀的附加阻尼，因此廣泛應用于結構的震/振控制場景。

2、黏滯阻尼器常以對角、人字支撐等形式設置于主體結構中，其安裝方式主要可分為兩類：一是直接將黏滯阻尼器兩端分別連接于建筑結構層間或子結構之間，以結構變形激發(fā)阻尼器行程；二是先將阻尼器與機械放大裝置相連，再將二者的組合體連接于建筑結構主體，以結構變形催動機械放大裝置發(fā)生形變，并轉化為阻尼器兩端的相對線位移。

3、上述構造涉及黏滯阻尼器端部與主體結構、黏滯阻尼器與機械放大裝置的連接，這些連接通常采用銷軸式鉸接連接構造。然而在實際應用場景中，傳統(tǒng)的銷軸式鉸接連接存在下述兩項不足：(1)在單一平面內，“銷軸-耳板”連接囿于加工及安裝精度限制，銷軸直徑小于耳板孔徑，二者間由于存在縫隙而易于產生相對線位移，同時，平面型耳板對于銷軸的面外轉動能力造成一定約束，可能導致阻尼器-端部節(jié)點-連接耳板組件在“面內大內力+面外小變形”聯(lián)合作用下，出現(xiàn)平面外穩(wěn)定問題。(2)在多維空間中，常用的關節(jié)軸承連接組件普遍存在連接縫隙難控制等問題，具體而言：對于桿端向心關節(jié)軸承元件，“銷軸-關節(jié)軸承”連接在銷軸外壁與關節(jié)軸承轉動件內壁之間存在“暗縫”；對于普通向心關節(jié)軸承元件，“銷軸-關節(jié)軸承-耳板”連接除上述暗縫外，還在關節(jié)軸承外壁與耳板內壁之間形成“虛縫”。

4、由于(1)與(2)中所述的縫隙，主體結構的變形不得不先被消耗于“將縫隙頂緊”這一需求之中，實際傳遞至阻尼器的有效變形往往顯著小于結構實際變形。上述現(xiàn)狀的直接后果，是消能減震結構對微幅及小幅振動很不敏感，當阻尼器被用作結構風振控制時，這一問題尤為凸顯。針對上述問題，通常的應對措施為提高加工精度或采用新型密合鉸節(jié)點，但這兩類措施在零配件生產、加工、安裝過程中往往大幅提升了成本，不利于批量生產。

5、因此，彌合阻尼器端部與結構相連位置處的縫隙，保證向心關節(jié)軸承多維轉動能力并追求一定的經濟性，是亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術所存在的問題，本發(fā)明提供了一種封板向心關節(jié)軸承脹套約束鉸節(jié)點，實現(xiàn)對結構構件端部“彌合縫隙、約束平動、兼顧多維、自由轉動”的理想鉸接約束，同時有效控制了成本。

2、技術方案：為達到上述目的，本發(fā)明可采用如下技術方案：一種封板向心關節(jié)軸承脹套約束鉸節(jié)點，包括向心關節(jié)軸承轉動體，貫穿所述向心關節(jié)軸承轉動體的銷軸，轉動體與軸承連接部件、脹套-傳力環(huán)組件以及頂推環(huán)；所述脹套-傳力環(huán)組件填充在所述銷軸外壁與所述向心關節(jié)軸承轉動體內壁的縫隙間；

3、所述向心關節(jié)軸承轉動體為標準件改造而成，呈鼓狀，嵌入至所述轉動體與軸承連接部件內部，繞各方向轉動，所述向心關節(jié)軸承轉動體外壁為與所述轉動體與軸承連接部件內壁相適配的球面，內壁為內徑略大于所述銷軸直徑的圓柱形曲面，且曲面一端帶有凸起的環(huán)狀剛性封板；

4、所述頂推環(huán)設于所述脹套-傳力環(huán)組件外側，一端抵住所述脹套-傳力環(huán)組件，另一端與所述向心關節(jié)軸承轉動體相連。

5、更進一步的，所述脹套-傳力環(huán)組件包括內層脹套、外層脹套以及傳力環(huán)，所述內層脹套厚度沿環(huán)寬方向線性遞減，所述外層脹套厚度沿環(huán)寬方向線性遞增，內外層脹套形成的圓環(huán)橫截面呈楔尖朝向相反的疊置楔形，所述傳力環(huán)設置于每組脹套間，脹套與傳力環(huán)沿軸向相間布置。

6、更進一步的，所述內層脹套和外層脹套需在制作前預留一定縫隙，以便在加工精度有限的條件下較好地適配一定尺寸誤差范圍內的銷軸，充分發(fā)揮機械脹套的作用。

7、更進一步的，所述的轉動體內壁孔徑尺寸大于銷軸直徑與兩倍內層脹套厚度最大值之和，且略小于銷軸直徑與兩倍內外脹套完全疊置在一起的厚度之和，使脹套組合能夠楔緊縫隙，發(fā)揮預期作用。

8、更進一步的，所述向心關節(jié)軸承轉動體遠離剛性封板一側的側面沿環(huán)向設置若干帶螺紋的小孔；所述頂推環(huán)沿環(huán)向設置若干與其一一對應的帶螺紋的小孔，所述頂推環(huán)橫截面呈“l(fā)”形，其中一端抵住所述脹套-傳力環(huán)組件，另一端通過帶有螺紋的小孔及頂推預緊螺絲與所述向心關節(jié)軸承轉動體相連。

9、更進一步的，所述向心關節(jié)軸承轉動體為標準件經過簡單改造而成，具體為除保留端部原有孔徑尺寸形成環(huán)向剛性封板外，轉動體其余部分沿徑向擴大孔徑，形成內徑加大的圓柱形曲面內壁；并在轉動體遠離剛性封板一側的側面，沿環(huán)向設置若干帶螺紋的小孔，以實現(xiàn)與頂推環(huán)間的可靠連接。

10、更進一步的，所述的向心關節(jié)軸承轉動體內部環(huán)狀封板為剛性材質，封板間空隙略大于銷軸直徑，僅允許銷軸通過，可有效限制脹套-傳力環(huán)組件的位移。

11、更進一步的，所述傳力環(huán)對加工精度要求較低，無需將銷軸、向心關節(jié)軸承轉動體內壁與脹套的縫隙填充完全，只要能充分抵住機械脹套、實現(xiàn)力的有效傳遞即可。

12、更進一步的，所述頂推環(huán)對加工精度要求較低，用于伸入縫隙、抵住脹套-傳力環(huán)組件的一端無需將該縫隙填充完全，只要能充分抵住傳力環(huán)、有效約束脹套-傳力環(huán)組件的位移即可。

13、在一些實施方式中，所述向心關節(jié)軸承為桿端向心關節(jié)軸承時，還包括軸承外部套桿，所述軸承外部套桿包括長柄狀桿體以及軸承外環(huán)，此時軸承外環(huán)為所述轉動體與軸承連接部件；所述脹套-傳力環(huán)組件為一組，填充在所述銷軸外壁與所述向心關節(jié)軸承轉動體內壁的縫隙間。

14、更進一步的，所述長柄狀桿體一端通過桿端內螺紋與阻尼器活塞軸連接，另一端為軸承外環(huán)，環(huán)外壁為圓柱曲面，內部帶有球狀通孔。

15、在一些實施方式中，所述向心關節(jié)軸承為普通向心關節(jié)軸承時，還包括連接桿，含桿體及桿端耳板，所述桿端耳板內、外壁均為圓柱形曲面，且內壁一端帶有凸起的環(huán)狀剛性封板，所述桿端耳板遠離剛性封板一側的側面沿環(huán)向設置若干帶螺紋的小孔；其內部設有外層向心關節(jié)軸承，所述外層向心關節(jié)軸承外壁為圓柱曲面，內部帶有球狀通孔；此時所述外層向心關節(jié)軸承為所述轉動體與軸承連接部件；所述脹套-傳力環(huán)組件為兩組，一組填充在所述銷軸外壁與所述向心關節(jié)軸承轉動體內壁的縫隙間；另一組填充在所述外層向心關節(jié)軸承外壁與所述桿端耳板內壁的縫隙間。所述的軸承外部套桿、外層向心關節(jié)軸承為機械標準件。

16、更進一步的，所述桿端耳板內、外壁均為圓柱形曲面，且內壁一端帶有凸起的環(huán)狀剛性封板，所述桿端耳板遠離剛性封板一側的側面沿環(huán)向設置若干帶螺紋的小孔；與脹套-傳力環(huán)組件外側的頂推環(huán)沿環(huán)向設置的帶螺紋小孔一一對應并實現(xiàn)連接。

17、有益效果：本發(fā)明具有以下優(yōu)點：(1)本發(fā)明的密合鉸節(jié)點通過內、外層楔形脹套及傳力環(huán)填補了銷軸-轉動體、軸承-耳板間的縫隙，并利用剛性封板、頂推環(huán)的位移限制作用和預緊螺絲的緊固作用有效保證內外層楔形脹套相互頂緊，從而限制了線位移，實現(xiàn)節(jié)點密合。(2)除彌合阻尼器端部與結構相連位置處的縫隙、保證向心關節(jié)軸承多維轉動能力外，本發(fā)明在經濟性方面也體現(xiàn)了充分考量：首先，本發(fā)明所采用的機械脹套、軸承外部套桿、外層向心關節(jié)軸承均為標準件，向心關節(jié)軸承轉動體可由標準件經簡單改造得到。由上述轉動體的加工方式可知，該帶封板的轉動體雖非標準件，但是不需高額加工費用即可完成制作。因此，本發(fā)明所述內容較大限度地利用了機械標準件，有效控制了成本。其次，由于新型鉸節(jié)點中機械脹套作用的發(fā)揮保證了節(jié)點的緊密連接，銷軸-轉動體、軸承-耳板間縫隙的彌合不再依賴于高精度的加工方式，因此可以適當放寬對傳力環(huán)、頂推環(huán)、轉動體內壁孔徑等的加工精度要求，從而節(jié)省生產、安裝成本。(3)本發(fā)明有效實現(xiàn)對結構構件端部“彌合縫隙、約束平動、兼顧多維、自由轉動”的理想鉸接約束，同時控制成本、保證經濟性。