[實(shí)用新型]SMA自復(fù)位蜂窩結(jié)構(gòu)阻尼器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202121651880.0
• 申請(qǐng)日: 2021-07-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN215716204U
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡付龍;曹颯颯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類號(hào): E04B1/98
• 分類號(hào): E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 霍健權(quán)

本實(shí)用新型公開(kāi)了SMA自復(fù)位蜂窩結(jié)構(gòu)阻尼器，包括上鋼板、蜂窩結(jié)構(gòu)和下鋼板，所述蜂窩結(jié)構(gòu)的上端與上鋼板連接，所述蜂窩結(jié)構(gòu)的下端與下鋼板連接，所述蜂窩結(jié)構(gòu)采用SMA板材制成，所述上鋼板與下鋼板相互平行。本實(shí)用新型賦予該阻尼器的自復(fù)位能力，超彈性SMA可以提供強(qiáng)震下較好的自復(fù)位能力；賦予該阻尼器的適應(yīng)大變形的特點(diǎn)，可以在宏觀應(yīng)變較大時(shí)仍然保持變形自恢復(fù)的能力，同時(shí)滿足橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)大位移和大內(nèi)力的需求；可抵御極罕遇地震動(dòng)，在極罕遇地震下，蜂窩結(jié)構(gòu)可有效限制支座的最大位移，通過(guò)幾何非線性與材料非線性兩種方式消耗地震能，提高橋梁抗震能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及建筑工程結(jié)構(gòu)消能減震的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及SMA自復(fù)位蜂窩結(jié)構(gòu)阻尼器。

背景技術(shù)

近年來(lái)，抗震思想從“基于性能的抗震設(shè)計(jì)”向“震后可恢復(fù)”方向演變。基于超彈性形狀記憶合金(SMA：ShapeMmemory Alloy)的裝置以出色的自復(fù)位性能，成為實(shí)現(xiàn)震后可恢復(fù)的主要手段之一。但是，目前SMA限位裝置的變形能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足橋梁結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的位移需求。在強(qiáng)震或近場(chǎng)地震動(dòng)作用下，這些SMA限位裝置很有可能被破壞。相應(yīng)地，橋梁將失去自復(fù)位能力。

超彈SMA被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、機(jī)械制造、航空航天和土木工程等領(lǐng)域。目前，常用的形狀記憶合金有鐵基、銅基和鎳鈦合金等。其中以鎳鈦合金的超彈性能最為穩(wěn)定。以極限應(yīng)變大、自恢復(fù)、材料滯回耗能、抗疲勞性能好和抗腐蝕性能高等優(yōu)點(diǎn)，鎳鈦SMA成為構(gòu)建可恢復(fù)結(jié)構(gòu)體系的一種理想材料，被廣泛應(yīng)用于作動(dòng)器、阻尼器、支撐、限位器、混凝土中的鋼筋和減震裝置等。

橋梁結(jié)構(gòu)的SMA構(gòu)件需滿足大內(nèi)力的需求。目前，超彈SMA的常見(jiàn)形式為絲材，直徑介于0.1～5mm之間，難以達(dá)到橋梁所需要的內(nèi)力水平，且端部難以錨固。為解決這個(gè)問(wèn)題，有學(xué)者提出了U形SMA肋和多個(gè)SMA圓環(huán)組成的阻尼器，為大尺寸超彈SMA構(gòu)件的應(yīng)用進(jìn)行了非常有意義的探索。有學(xué)者將大尺寸SMA棒應(yīng)用于橋墩塑性鉸區(qū)，提高了橋墩的延性。為既能保持SMA絲抗彎性能好的優(yōu)點(diǎn)，又能滿足工程的較大內(nèi)力需求，部分學(xué)者將很多SMA絲簡(jiǎn)單綁在一起做成SMA束。近年來(lái)，學(xué)者們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了SMA索，由若干股小直徑的SMA絲構(gòu)成。SMA索既有SMA絲的所有優(yōu)點(diǎn)，又可以提供與大直徑SMA棒一樣大的軸向剛度，是SMA材料應(yīng)用于工程抗震領(lǐng)域極有競(jìng)爭(zhēng)力的構(gòu)件形式。

如何滿足橋梁結(jié)構(gòu)大位移的需求，是SMA構(gòu)件推廣應(yīng)用的一大難題。為增大SMA隔震支座的最大允許位移，Ozbulut(奧茲布魯特)等提出了彎曲纏繞的SMA索，Alam(阿拉姆)等提出了交叉布置和雙交叉布置的SMA索。此外，還提出了大行程限位耗能裝置，以長(zhǎng)SMA棒來(lái)滿足大位移需求。這些SMA構(gòu)件一定程度上增大了對(duì)橋梁大位移的適應(yīng)能力。但是，在強(qiáng)震或速度脈沖型近場(chǎng)地震波作用下，它們對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的仍然不足，尚需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)具有大位移和大內(nèi)力能力的新型SMA構(gòu)件或裝置。

蜂窩結(jié)構(gòu)由一個(gè)個(gè)六邊形小室構(gòu)成，是覆蓋二維平面的最佳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、吸波、吸能和變形能力大等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于航天器的外殼、吸能板和阻尼器等。將聚合物填充于內(nèi)凹蜂窩結(jié)構(gòu)中，Murray(莫里)等提高了蜂窩結(jié)構(gòu)的剛度與阻尼比。基于香蕉皮的梯度孔結(jié)構(gòu)，Galehdari(伽赫達(dá)里)等提出了一種梯度蜂窩結(jié)構(gòu)，用于直升飛機(jī)的座位設(shè)計(jì)，在墜落時(shí)可以較好的保護(hù)乘客。有學(xué)者提出了蜂窩鋼阻尼器，以蜂窩形狀滿足幾何變形需求，用鋼材耗能。研究表明蜂窩鋼阻尼器具有較好的延性和耗能能力，可以有效減小結(jié)構(gòu)的殘余變形，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。利用梁?jiǎn)卧那匦裕琙hakatayev(扎卡塔耶夫)等研究了負(fù)剛度的蜂窩結(jié)構(gòu)，具有很好的隔振和吸能效果。以上蜂窩結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是不能自復(fù)位。Michailidis(米凱利迪斯)等通過(guò)釬焊方法制作了薄壁鎳鈦SMA蜂窩結(jié)構(gòu)，深入研究了其在平面內(nèi)的受壓變形行為和失穩(wěn)問(wèn)題。通過(guò)宏觀幾何變形，薄壁鎳鈦SMA蜂窩結(jié)構(gòu)的宏觀應(yīng)變遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鎳鈦材料本身。例如在局部應(yīng)變?yōu)?％時(shí)，宏觀應(yīng)變可達(dá)41.7％，表明蜂窩結(jié)構(gòu)具有顯著的應(yīng)變擴(kuò)大優(yōu)勢(shì)，并且可以在宏觀應(yīng)變較大時(shí)仍然保持變形自恢復(fù)的能力(極限應(yīng)變小于6％)。這些優(yōu)勢(shì)可充分滿足橋梁結(jié)構(gòu)大位移的需求。但是，薄壁鎳鈦SMA蜂窩結(jié)構(gòu)所能承受的內(nèi)力過(guò)小。

實(shí)用新型內(nèi)容