[實用新型]串聯式超彈性形狀記憶合金-摩擦阻尼器

有效

• 申請號: 201220293001.6
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN202627247U
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 任文杰;王利強;宋娃麗
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于土木工程技術領域，涉及一種消能減震裝置，尤其是能自動調整耗能單元工作狀態，具有良好耗能及一定復位功能的阻尼器。

背景技術

地震中建筑物的破壞與倒塌是造成地震災害的主要原因。傳統結構抗震是通過增強結構本身的強度、剛度和延性來抵御地震作用的，即由結構本身儲存和消耗地震能量，這是不經濟的，也達不到預期效果。消能減震技術是在結構的抗側力構件中并聯阻尼器，由阻尼器消耗大部分地震能量，從而保證主體結構的安全，因而是積極有效的抗震策略。

已應用在實際工程中的傳統阻尼器存在著一些局限性：粘彈性阻尼器抗疲勞性差、易老化；粘滯阻尼器易滲漏；金屬屈服阻尼器強震后需要更新與替換；摩擦阻尼器復位性差，這也是以上其他類阻尼器的弊端。近幾十年，隨著材料制造技術的發展，形狀記憶合金開始走進土木工程領域。形狀記憶合金是一類對形狀有記憶功能的機敏材料，其在奧氏體相表現出的超彈性，可恢復應變可達8％～10％，強度高，抗腐蝕、抗疲勞性好。利用超彈性形狀記憶合金為唯一耗能材料開發的阻尼器，可以克服傳統阻尼器的弊端，但通常耗能能力有限，阻尼不足。將超彈性形狀記憶合金與其它高耗能材料組合，利用各自優勢開發阻尼器，是解決這一問題的有效途徑。公開號為CN101196017的專利中公開了復合型形狀記憶合金摩擦阻尼器的技術方案，即將超彈性形狀記憶合金絲與摩擦阻尼器并聯組合以提供良好的耗能和復位功能，該方案中超彈性形狀記憶合金絲與摩擦阻尼器同時工作，不能根據地震強度以及結構在地震下的響應來調整耗能單元的工作狀態，這樣產生的問題是：超彈性形狀記憶合金絲的性能是根據結構在強震下的性能要求確定的，故用量較多，小震時超彈性形狀記憶合金絲的耗能能力未能充分發揮，而形狀記憶合金材料價格昂貴，因此從實用角度看是不經濟的。

發明內容

針對現有技術的不足，本實用新型提供一種串聯式超彈性形狀記憶合金-摩擦阻尼器，該阻尼器能根據地震強度和工程結構的地震響應自動調整耗能單元工作狀態，具有良好的耗能及一定的復位功能，并且構造簡單、造價低廉。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：串聯式超彈性形狀記憶合金-摩擦阻尼器，由一級主板、前副板、右動桿、超彈性形狀記憶合金絲、限位套筒、左動桿、高強螺栓、二級主板、后副板、摩擦片、夾具和彈簧夾圈組成，其特征是：一級主板和二級主板分離布置在同一平面，其外側對稱布置著前副板和后副板；左動桿穿過前副板、限位套筒、一級主板、限位套筒和后副板；右動桿穿過前副板、一級主板和后副板；彈簧夾圈夾持在左動桿和右動桿上，靠近前副板和后副板的外表面；超彈性形狀記憶合金絲纏繞在左動桿和右動桿上，對稱布置在前副板和后副板的外側，并由夾具固定在左動桿上；前副板和后副板分別與摩擦片采用環氧樹脂粘結，高強螺栓將粘有摩擦片的前副板、二級主板和粘有摩擦片的后副板聯接。

串聯式超彈性形狀記憶合金-摩擦阻尼器包括兩個串聯組合的耗能單元，即形狀記憶合金單元和摩擦單元。形狀記憶合金單元由超彈性形狀記憶合金絲聯接左動桿和右動桿并與一級主板、前副板、后副板、限位套筒、夾具和彈簧夾圈組成；摩擦單元由高強螺栓聯接粘有摩擦片的前副板、二級主板和粘有摩擦片的后副板組成。阻尼器設計時，要求摩擦單元的滑動摩擦力大于形狀記憶合金單元的最大輸出力，以實現阻尼器自動調節耗能單元工作狀態的功能。為方便以下描述，定義如下概念：①阻尼器的靜平衡位置是形狀記憶合金單元的靜平衡位置，即：前副板、一級主板和后副板的左長孔和右長孔分別對齊，左動桿和右動桿被超彈性形狀記憶合金絲約束緊靠在前副板、一級主板和后副板上；②阻尼器的位移是一級主板和二級主板的相對位移；③阻尼器的最大彈性位移即超彈性形狀記憶合金絲的最大變形量，其值等于一級主板(或前副板或后副板)的左長孔(或右長孔)長度減去左動桿(或右動桿)的直徑。

阻尼器具體工作原理如下：

(1)拉力作用下，一級主板遠離二級主板：一級主板帶動右動桿運動，而左動桿被前副板和后副板阻擋，從而使超彈性形狀記憶合金絲被拉伸；當阻尼器位移超過其最大彈性位移時，右動桿被前副板和后副板阻擋，左動桿與一級主板相撞，左動桿和右動桿與前副板、一級主板和后副板的接觸力大于了摩擦單元的最大靜摩擦力，則粘有摩擦片的前副板和粘有摩擦片的后副板受一級主板、左動桿和右動桿的帶動與二級主板發生相對滑動從而產生摩擦力耗散能量。卸荷時，超彈性形狀記憶合金絲的恢復力帶動右動桿和一級主板回至靜平衡位置。限位套筒隨左動桿一起運動。