CN101539181B - 内壁挤压摩擦式形状记忆合金抗扭转消能器 - Google Patents

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Abstract

一种内壁挤压摩擦式形状记忆合金抗扭转消能器，属于土木工程及机械工程技术领域。主要由外钢筒、内钢筒、形状记忆合金半圆弧肋和钢法兰组成。其特征在于：沿着内、外钢筒的外、内周径向均匀布置的表面带磨砂的薄壁形状记忆合金半圆弧肋相互错落布置；上、下法兰设有钢制滑槽，可供外、内钢筒插入滑动；通过法兰上的螺孔将消能器固定于需要进行扭转控制的部位；当上下法兰发生相对扭转时，内、外钢筒上的记忆合金半圆弧肋将发生挤压耗能和摩擦耗能，这两部分将共同提供强大的抗扭转耗能能力；当振动结束时，消能器将自动恢复到初始位置。本发明的效果和益处是该消能器具有抗扭转耗能能力强、维护费用低、可反复使用、自复位、构造简单等优点。

Description

内壁挤压摩擦式形状记忆合金抗扭转消能器
技术领域
本发明属于土木工程及机械工程技术领域，涉及到一种内壁挤压摩擦式形状记忆合金抗扭转消能器。
背景技术
传统的抗震设计是通过增强建筑物本身的刚度来抵御地震作用，即依靠结构本身来储存和消耗地震能量，以满足结构抗震设防标准，这种抗震方式缺乏自我调节能力，在不确定的地震作用下，常常不满足安全性的要求，消能减震技术为结构抗震提供了一条合理有效的途径。被动消能阻尼器的减振技术相对比较成熟，然而作为一种被动控制装置，耐久性和耐腐蚀性是目前消能器中普遍存在的问题。如粘弹性阻尼器易老化，粘滞阻尼器的维护，摩擦阻尼器在长期使用时的可靠性，软钢阻尼器的塑性残余变形等。
此外，大量的震害分析表明，许多工程结构(无论是对称结构，还是非对称结构)的破坏是由扭转振动产生的，而且往往震害较为严重，特别是复杂体型的高层建筑一旦破坏，将造成巨大的经济损失和人员伤亡。从国内外实际震害经验可以得出，地震时引起结构产生扭转振动的原因：一是由于地面质点间运动的差别，可使地面的每一部分不仅产生平动分量，而且也产生转动分量。这种转动分量迫使结构产生扭转振动；二是结构的质量中心和刚度中心不重合，地震时作用在质量中心的惯性力将对刚度中心产生扭转力矩，迫使结构产生平移扭转耦联的空间振动。在机械工程领域，不利的扭转振动更是非常常见。目前研制开发的消能器，通常仅具有轴向耗能减振能力，本身不易实现工程中的扭转振动控制。
形状记忆合金是一种新型功能材料，具有形状记忆效应、超弹性和耐疲劳特性。利用形状记忆合金的超弹性特性制作的被动消能器可以克服上述问题。这类消能器与其他阻尼器相比，具有耐久性和耐腐蚀性能好，使用周期长，变形大且可恢复等优点。但现有的形状记忆合金消能器主要利用奥氏体形状记忆合金的阻尼特性，耗能能力有限。
因此，开发一种有抗扭转振动能力、高阻尼特性、且具有自复位能力的消能器对土木工程结构抵御地震灾害及机械工程减小不利的扭转振动具有重要的现实意义。
发明内容
本发明提供了一种内壁挤压摩擦式形状记忆合金抗扭转消能器，其目的是解决现有被动阻尼器有残余变形、耐久性差、仅具有单一方向减振能力以及耗能能力有限等问题。
本发明的技术方案如下：
内壁挤压摩擦式形状记忆合金抗扭转消能器，主要由外钢筒、内钢筒、表面磨砂的形状记忆合金半圆弧肋和钢法兰组成。主要技术方案为：沿着与上法兰连接的内钢筒的外周径向均匀对称布置十组表面带磨砂的薄壁形状记忆合金半圆弧肋，沿着与下法兰连接的外钢筒的内周径向均匀对称布置十组表面带磨砂的薄壁形状记忆合金半圆弧肋；内、外钢筒上的表面磨砂薄壁形状记忆合金半圆弧肋大小一致，相互错落间隔布置；上、下法兰上均设有钢制滑槽，可供外、内钢筒插入滑动；通过法兰上的螺栓孔将消能器固定于需要进行扭转控制的部位。
当上、下法兰发生相对扭转运动时，内、外钢筒上的表面磨砂薄壁形状记忆合金半圆弧肋将会发生挤压耗能和相互运动时的摩擦耗能，这两部分将共同提供强大的抗扭转耗能能力，以抑制结构或构件在平面内的扭转振动；当振动结束时，由于半圆弧肋是由形状记忆合金制成，因此该消能器将会自动恢复到初始位置。
本发明的效果和益处体现在克服了其他阻尼器有残余变形、耐久性差以及耗能能力有限等缺点，突出优点是利用超弹性形状记忆合金的相互挤压和相互摩擦来共同耗能，大幅提高了消能器的耗能能力；该阻尼器可恢复变形大、具有较好的抗腐蚀、抗疲劳性，维护费用低、构造简单、安装方便。内壁挤压摩擦式形状记忆合金抗扭转消能器使得抗扭设计更为方便、实用，将会广泛的应用于土木工程及机械工程技术领域。
附图说明
图1是内壁挤压摩擦式形状记忆合金抗扭转消能器的俯视图。
图2是内壁挤压摩擦式形状记忆合金抗扭转消能器的侧立面图。
图3是图1中内壁挤压摩擦式形状记忆合金抗扭转消能器的B-B剖面图。
图4是图2中内壁挤压摩擦式形状记忆合金抗扭转消能器的A-A剖面图。
图中：1.上法兰螺栓孔；2.内钢筒；3.上法兰；4.表面磨砂薄壁形状记忆合金半圆弧肋；5.外滑槽；6.外钢筒；7.内滑槽；8.下法兰；9.下法兰螺栓孔。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施步骤：
步骤1.对工程结构进行分析，计算出所要控制的扭转力大小，根据所要达到的性能要求，确定消能器的尺寸及参数。
步骤2.在内钢筒2的外周径向均匀对称布置十组表面带磨砂的薄壁形状记忆合金半圆弧肋4，在外钢筒6的内周径向均匀对称布置十组表面带磨砂的薄壁形状记忆合金半圆弧肋4。
步骤3.在上法兰3上制作一个钢制滑槽5，滑槽半径与外钢筒6半径相同；在下法兰8上制作一个钢制滑槽7，滑槽半径与内钢筒2半径相同。
步骤4.将外钢筒6焊接到下法兰8上，然后插入上法兰的滑槽5；将内钢筒2焊接到上法兰3上，然后插入下法兰的滑槽7。
步骤5.通过上、下法兰预留的螺栓孔1和9，采用高强螺栓将消能器安装在需要进行扭转振动控制的部位。

Claims (1)

1.一种内壁挤压摩擦式形状记忆合金抗扭转消能器，由上法兰螺栓孔(1)、内钢筒(2)、上法兰(3)、表面磨砂薄壁形状记忆合金半圆弧肋(4)、外滑槽(5)、外钢筒(6)、内滑槽(7)、下法兰(8)、下法兰螺栓孔(9)组成；其特征在于：沿着与上法兰(3)连接的内钢筒(2)的外周径向均匀对称布置十组表面带磨砂的薄壁形状记忆合金半圆弧肋(4)，沿着与下法兰(8)连接的外钢筒(6)的内周径向均匀对称布置十组表面带磨砂的薄壁形状记忆合金半圆弧肋(4)；内、外钢筒上的表面磨砂薄壁形状记忆合金半圆弧肋大小一致，相互错落间隔布置；上、下法兰分别设有钢制外滑槽(5)和内滑槽(7)，可供外、内钢筒插入滑动；通过法兰上的螺栓孔(1)和(10)将消能器固定于需要进行扭转控制的部位。
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