[發明專利]一種基于SMA自復位滑動摩擦阻尼器

有效

• 申請號: 202010625504.8
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111962698B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 邱燦星;劉家旺;杜修力
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02;F16B35/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種基于SMA自復位滑動摩擦阻尼器，使用SMA螺栓將蓋板和中心夾板螺栓連接，通過蓋板和中心夾板上的斜面設計，使阻尼器受壓或受拉時，中心夾板向內或向外水平滑動，斜面帶動蓋板外移，從而使SMA螺栓受拉。阻尼器的耗能能力由兩部分組成，斜面間摩擦力耗能和SMA螺栓變形耗能。通過設計時調整斜面傾角角度大小，改變阻尼器的變形大小和SMA螺栓受拉變形大小兩者之間的比例關系，從而實現位移的放大。阻尼器變形過程中，除SMA螺栓外其他構件均處于彈性階段，而SMA螺栓由于SMA材料本身獨特的超彈性，在阻尼器加載及卸載過程中不會存在殘余變形。通過對SMA螺栓施加預緊力，可以使該阻尼器具有較高初始剛度。

技術領域

本發明涉及一種基于SMA(形狀記憶合金)自復位滑動摩擦阻尼器，本發明屬于土木工程的結構消能減震技術領域。

背景技術

地震對于土木工程具有極大的破壞力，如何提高土木工程的抗震能力，是現代土木工程發展的重要挑戰。隨著近年來地震災害頻發，在建筑工程建設中對建筑物的抗震能力提出了新的要求。傳統的建筑抗震結構通過建筑自身構件的變形來消耗地震能量，然而，這會對建筑物自身結構造成永久性的破壞，造成嚴重的經濟損失。通過在建筑結構中加入阻尼器構件，利用阻尼器而不是結構本身作為消能元件，對于提升建筑物的整體抗震性能具有重要作用。

摩擦阻尼器作為一種耗能裝置，因其構造簡單、耗能能力強等優點而具有廣泛的應用前景。但是，普通的摩擦阻尼器本身并不具有自復位能力，即卸載后具有殘余變形。這就使得地震發生后，建筑結構并不能恢復到初始位置。為了使摩擦阻尼器具有自復位能力，需要使用額外的自復位系統，常見的例如預應力鋼絞線。這存在著一些缺點，例如：預應力的張拉程度不易控制；應力損失和松弛問題；預應力鋼絞線本身不具有耗能能力等。為解決摩擦阻尼器的自復位問題，同時避免使用預應力造成的各種缺點，本發明提出一種基于SMA自復位滑動摩擦阻尼器，通過構件之間特殊的斜面設計和SMA螺栓實現自復位；同時，利用摩擦耗能和SMA螺栓變形耗能來實現阻尼器更強的耗能能力。

發明內容

為了推廣摩擦阻尼器的實際應用，使摩擦阻尼器具有更強耗能能力的同時具有自復位能力，本發明提出了一種新型的摩擦阻尼器，該阻尼器本身具有自復位能力，同時該阻尼器相較于只通過摩擦耗能的阻尼器，具有更好的耗能能力。

本發明使用SMA螺栓將蓋板和中心夾板螺栓連接，通過蓋板和中心夾板上的斜面設計，使阻尼器受壓或受拉時，中心夾板向內或向外水平滑動，斜面帶動蓋板外移，從而使SMA螺栓受拉。阻尼器的耗能能力由兩部分組成：斜面間摩擦力耗能和SMA螺栓變形耗能。同時，通過設計時調整斜面傾角角度大小，可以改變阻尼器的變形大小和SMA螺栓受拉變形大小兩者之間的比例關系，從而實現位移的放大，即阻尼器的變形能力強于SMA螺栓本身的變形能力。

阻尼器變形過程中，除SMA螺栓外其他構件均處于彈性階段，而SMA螺栓由于SMA材料本身獨特的超彈性，在阻尼器加載及卸載過程中不會存在殘余變形。這使得阻尼器具有自復位的能力。同時，通過對SMA螺栓施加預緊力，使該阻尼器具有較高初始剛度。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：

一種基于SMA自復位滑動摩擦阻尼器，主要包括SMA螺栓(1)、蓋板(2)、中心夾板(3)和螺母(4)。蓋板(2)一側加工有第二斜面(10)，中心夾板(3)兩側均加工有第一斜面(8)。蓋板(2)上開有螺栓孔(11)。中心夾板(3)上開有槽孔(9)，槽孔(9)的槽長方向與阻尼器變形方向平行；當阻尼器受壓或受拉時，中心夾板(3)能夠自由滑動而不會接觸SMA螺栓(1)。蓋板(2)和中心夾板(3)用SMA螺栓(1)連接。蓋板(2)的第二斜面(10)與中心夾板(3)的第一斜面(8)傾角度數、長度均相等，裝配時，蓋板(2)的第二斜面(10)與中心夾板(3)的第一斜面(8)相對應，并通過SMA螺栓(1)相連接。