CN102433944B - 用于木结构的形状记忆合金减震加固装置 - Google Patents

用于木结构的形状记忆合金减震加固装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102433944B
CN102433944B CN201110426574.1A CN201110426574A CN102433944B CN 102433944 B CN102433944 B CN 102433944B CN 201110426574 A CN201110426574 A CN 201110426574A CN 102433944 B CN102433944 B CN 102433944B
Authority
CN
China
Prior art keywords
memory alloy
shape
alloy wire
shape memory
cuff
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201110426574.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102433944A (zh
Inventor
何浩祥
周乾
李晓飞
葛腾飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201110426574.1A priority Critical patent/CN102433944B/zh
Publication of CN102433944A publication Critical patent/CN102433944A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102433944B publication Critical patent/CN102433944B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明涉及一种用于木结构的形状记忆合金减震加固装置，属土木工程抗震减震及加固维修技术领域。本发明包括箍套、高强度螺栓、高强度螺母、调节螺栓、调节螺母、形状记忆合金丝、防护垫层和防锈孔。箍套将外包防护垫层的木结构构件包覆箍紧，由高强度螺栓和高强度螺母实现限位。箍套上的调节螺栓和调节螺母将形状记忆合金丝端部缠绕并锁紧。在不同构件或部位的箍套之间用预拉伸的形状记忆合金丝相连。在地震时，木结构构件或不同部位之间有相对的滑动和错动，在此带动下，处于反复加卸载状态的形状记忆合金丝先于木结构进入非弹性阶段，产生超弹性滞回变形，有效消耗地震动能量，起到保护结构的作用。地震结束后，形状记忆合金丝又恢复正常状态。

Description

用于木结构的形状记忆合金减震加固装置
技术领域
本发明涉及一种用于木结构的形状记忆合金减震加固装置，属于土木工程抗震减震及加固维修技术领域。
背景技术
木结构是中国古代建筑结构形式的主体。与现代混凝土结构和钢结构等不同，木结构的突出特点之一就是柱、额枋和梁组成的构架以及其他构件之间采用榫卯连接。木结构的榫卯连接方式属于半刚性连接，允许产生一定的变形，具备一定的抗弯能力及耗能能力。然而，榫卯连接在长期的使用过程中，尤其是在地震等强烈动力作用下可能产生相当明显的位移和局部拔榫、节点松脱现象，造成结构整体或者局部构架倾斜甚至破坏。传统的木结构抗震加固措施主要包括三类，第一类是用嵌入式钢构件在榫卯处直接将梁柱等构件连接，此类措施的不足是破坏了结构，改变了结构原有的耗能形式，且效果很差。另一类是将钢构件等加强型装置外套在木结构构件的端部，形成加强区，此类措施的虽然不破坏结构本身，但其耗能能力较弱，且尺寸较大，影响木结构的美观，不能做到修旧如旧，不适合保护型木结构的抗震加固。第三类是使用现代结构控制技术，如隔震、调谐质量控制或阻尼器减震等方式，此类措施受限于木结构特殊的空间和保护要求，可行性较差。
形状记忆合金是一种能够记忆原有形状的智能材料，当形状记忆合金在高于相变态温度下，施以一应力使其受到有限度的塑性变形(非线性弹性变形)后，可利用直接释放应力的方式使其恢复到变形前的原始形状，此种现象称为超弹性。近年来，形状记忆合金在机械、航空和土木工程中逐渐应用。利用形状记忆合金的超弹性性能及其体积小巧等特点，在传统木结构中使用，发挥其优越的限位耗能能力，可以避免木结构梁柱、榫卯及斗拱等构件发生严重变形，达到保护结构的目的。该方式也可以避免破坏结构或影响外观，为木结构抗震减震和加固维修提供更多样性的技术支持，具有重大的工程意义。
发明内容
本发明涉及一种用于木结构的形状记忆合金减震加固装置，属于土木工程抗震减震及加固维修技术领域。
本发明提出了一种用于木结构的形状记忆合金减震加固装置，本装置具有制作简单、布置灵活、保护结构原有构造和外观等特点。
在地震作用下，木结构发生水平往复剪切和弯曲变形，形状记忆合金丝在木结构构件带动下发生拉伸变形。因为形状记忆合金丝的屈服点低于木材的屈服点，因此处于反复加卸载状态的形状记忆合金丝先于木结构进入非弹性阶段，可提供稳定的超弹性滞回效应，有效消耗地震动能量。这样，木结构和构件本身的变形减小，避免了损伤和破坏。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
用于木结构的形状记忆合金减震加固装置，包括箍套、高强度螺栓、高强度螺母、调节螺栓、调节螺母、形状记忆合金丝以及防护垫层，其特征在于：所述的箍套具有对称或类似对称的两部分，并呈对称或类对称形式拼装，将外包防护垫层的木结构构件包覆箍紧，拼装的箍套一端由高强度螺栓和高强度螺母实现箍紧限位，拼装的箍套另一端则通过调节螺栓和调节螺母将形状记忆合金丝一端缠绕并锁紧，而形状记忆合金丝另一端则与木结构其它构件或部位的箍套相连并预拉伸，即在不同构件或部位的箍套之间用预拉伸的形状记忆合金丝相连。在地震时，木结构构件或不同部位之间有相对的滑动和错动，在此带动下，处于反复加卸载状态的形状记忆合金丝先于木结构进入非弹性阶段，产生超弹性滞回变形，有效消耗地震动能量，起到保护结构的作用。地震结束后，形状记忆合金丝又恢复正常状态。
所述的形状记忆合金丝材料成分是以下材料中的一种或多种：钛镍铝合金、钛镍合金、钛铌硅合金等。
所述的形状记忆合金丝弹性模量不超过100Gpa，屈服点不超过350Mpa，以保证形状记忆合金丝先于木结构进入非弹性阶段。
所述防护垫层和箍套上具有对应贯通的防锈孔，具有防锈孔的防护垫层紧密裹在木结构构件上，防护垫层能够使箍套和木结构构件均匀接触并传递荷载。
所述的用于木结构的形状记忆合金减震加固装置，其特征在于：为了保证形状记忆合金丝在耗能过程中始终处于受拉状态而不出现压应力，应将形状记忆合金丝预拉伸，预拉伸的形状记忆合金丝的超弹性可恢复应变不低于1％。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1)本发明中的形状记忆合金丝，在木结构产生变形后，表现出超弹性滞回效应，有效消耗地震动能量，机理明确。
2)本发明安装空间需求很小，可以在木结构的梁、柱、枋、斗拱等多种构件上使用。
3)本发明构造较简单，不会对木结构进行破坏影响其原有的使用功能和外观，可以在结构使用的任何阶段进行施工安装，且可反复使用。
附图说明
图1为本发明的用于木结构的形状记忆合金减震加固装置三维侧视示意图；
图2为本发明的用于木结构的形状记忆合金减震加固装置平面侧视示意图；
图3为本发明的用于木结构的形状记忆合金减震加固装置局部剖面示意图；
图4为本发明的用于木结构的形状记忆合金减震加固装置在斗拱应用的示意图；
图中：1-箍套，2-高强度螺栓，3-高强度螺母，4-调节螺栓，5-调节螺母，6-形状记忆合金丝，7-防护垫层，8-防锈孔，9-梁，10-柱，11-斗拱
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：
如图1-3所示，对于传统木结构，梁柱是结构整体主要的承受和传递荷载的构件，梁柱之间依靠榫卯节点连接。地震时榫卯节点将产生滑动和摩擦进行耗能，但有可能造成榫卯的错位甚至脱落。将形状记忆合金减震加固装置安装在梁柱上，地震时在榫卯没有明显的滑动之前，形状记忆合金丝已经进入屈服点，表现出超弹性并消耗地震动能量，从而限制了梁柱的位移并保证整个结构的安全。地震结束后，形状记忆合金丝又恢复正常状态。
首先，根据实际木结构的体型、受力和工程需求确定箍套1的材料、形状和尺寸，高强度螺栓2、高强度螺母3、调节螺栓4和调节螺母5等强度和尺寸，防护垫层7材料和厚度以及防锈孔8的数量和直径。再根据力学计算结果确定形状记忆合金丝6的长度和直径。对所有部件进行加工制作，并作防锈处理。
其次，在榫卯节点附近的梁9和柱10预安装位置上涂刷防锈漆，将防护垫层均匀严密地裹扎在预安装位置上，将呈对称或类对称形式的箍套1在防护垫层7上进行拼装，并用高强度螺栓2和高强度螺母3箍紧限位。保证梁9和柱10的调节螺栓孔能够用直的形状记忆合金丝6相连，同时箍套1和防护垫层7上的防锈孔8能够贯通，便于排水和防锈。
之后，将形状记忆合金丝6的两端分别导入梁9和柱10的调节螺栓孔内，并将形状记忆合金丝6端部均匀缠绕在调节螺栓4上，根据对形状记忆合金丝6超弹性可恢复应变的需求，确定缠绕的长度。用调节螺母5将调节螺栓4和箍套1铆紧，确保装置整体不发生在正常使用中滑动和扭动。其中，形状记忆合金丝6材料成分是以下材料中的一种或多种：钛镍铝合金、钛镍合金、钛铌硅合金，形状记忆合金丝6的弹性模量不超过100Gpa，屈服点不超过350Mpa，预拉伸的形状记忆合金丝6的超弹性可恢复应变不低于1％。
最后在装置外表进行粘木片或着色等装饰性工作，增强装置的隐蔽性。
实施例2：
如图4所示，对于传统木结构，斗拱是独具特色的构件，它在改善建筑外观、传递竖向荷载以及提高结构抗震性能等方面发挥了重要作用。地震时，斗拱发生强烈的错位、摩擦和晃动，往往出现错位脱落、剪压劈裂等现象，需要采取减震措施。
将形状记忆合金减震加固装置安装在斗拱的多个主要部件上，使这些部件能够在地震时互相约束，地震时形状记忆合金丝进入超弹性并消耗地震动能量，而斗拱各个部件在合理的范围内变形和错动，避免了斗拱的严重变形和塌落，增强了结构的完整性和安全性。地震结束后，形状记忆合金丝又恢复正常状态。
首先，根据实际木结构斗拱11的尺寸、构成、受力形式和空间要求确定箍套1材料、形状和尺寸，高强度螺栓2、高强度螺母3、调节螺栓4和调节螺母5等强度和尺寸，防护垫层7材料和厚度以及防锈孔8的数量和直径。再根据力学计算结果确定形状记忆合金丝6的长度和直径。对所有部件进行加工制作，并作防锈处理。
其次，在斗拱11的多个预安装位置上涂刷防锈漆，将防护垫层7均匀严密地裹扎在预安装位置上，将呈对称或类对称形式的箍套1在防护垫层7上进行拼装，并用高强度螺栓2和高强度螺母3箍紧限位。保证每两个需要连接形状记忆合金丝6的箍套1的调节螺栓孔之间的连线无阻碍物。保证箍套1和防护垫层7上的防锈孔8能够贯通，便于排水和防锈。
之后，将形状记忆合金丝6的两端分别导入斗拱11各个部件对应的调节螺栓孔内，并将形状记忆合金丝6端部均匀缠绕在调节螺栓4上，根据对形状记忆合金丝6超弹性可恢复应变的需求，确定缠绕的长度。用调节螺母5将调节螺栓4和箍套1铆紧，确保装置整体不发生在正常使用中滑动和扭动。其中，形状记忆合金丝6材料成分是以下材料中的一种或多种：钛镍铝合金、钛镍合金、钛铌硅合金，形状记忆合金丝6的弹性模量不超过100Gpa，屈服点不超过350Mpa，预拉伸的形状记忆合金丝6的超弹性可恢复应变不低于1％。
最后在装置外表进行粘木片或着色等装饰性工作，增强装置的隐蔽性。
以上为本发明的2个典型实施例，但本发明的实施不限于此。

Claims (4)

1.用于木结构的形状记忆合金减震加固装置，包括箍套(1)、高强度螺栓(2)、高强度螺母(3)、调节螺栓(4)、调节螺母(5)、形状记忆合金丝(6)以及防护垫层(7)，其特征在于：所述的箍套(1)具有对称或类似对称的两部分，并呈对称或类对称形式拼装，将外包防护垫层(7)的木结构构件包覆箍紧，拼装的箍套(1)一端由高强度螺栓(2)和高强度螺母(3)实现箍紧限位，拼装的箍套(1)另一端则通过调节螺栓(4)和调节螺母(5)将形状记忆合金丝(6)一端缠绕并锁紧，而形状记忆合金丝(6)另一端则与木结构其它构件或部位的箍套(1)相连并预拉伸；所述防护垫层(7)和箍套(1)上具有对应贯通的防锈孔(8)，具有防锈孔(8)的防护垫层(7)紧密裹在木结构构件上，防护垫层(7)能够使箍套(1)和木结构构件均匀接触并传递荷载。
2.根据权利要求1所述的用于木结构的形状记忆合金减震加固装置，其特征在于：所述形状记忆合金丝(6)材料成分是以下材料中的一种或多种：钛镍铝合金、钛镍合金、钛铌硅合金。
3.根据权利要求1所述的用于木结构的形状记忆合金减震加固装置，其特征在于：所述形状记忆合金丝(6)的弹性模量不超过100Gpa，屈服点不超过350Mpa，以保证形状记忆合金丝(6)先于木结构进入非弹性阶段。
4.根据权利要求1所述的用于木结构的形状记忆合金减震加固装置，其特征在于：预拉伸的形状记忆合金丝(6)的超弹性可恢复应变不低于1％。
CN201110426574.1A 2011-12-19 2011-12-19 用于木结构的形状记忆合金减震加固装置 Expired - Fee Related CN102433944B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110426574.1A CN102433944B (zh) 2011-12-19 2011-12-19 用于木结构的形状记忆合金减震加固装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110426574.1A CN102433944B (zh) 2011-12-19 2011-12-19 用于木结构的形状记忆合金减震加固装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102433944A CN102433944A (zh) 2012-05-02
CN102433944B true CN102433944B (zh) 2014-06-18

Family

ID=45982272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110426574.1A Expired - Fee Related CN102433944B (zh) 2011-12-19 2011-12-19 用于木结构的形状记忆合金减震加固装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102433944B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103088751B (zh) * 2012-11-08 2015-06-17 北京工业大学 可置换式限位锁定减震耗能装置
CN105317135B (zh) * 2015-10-23 2018-03-20 西南交通大学 一种古建木构架榫卯节点摩擦阻尼器
CN105569367B (zh) * 2015-12-16 2017-09-15 福州大学 一种木结构梁柱榫卯节点加固修复方法
CN105386612B (zh) * 2015-12-16 2017-06-06 福州大学 一种木结构梁柱榫卯节点加固修复装置
CN106285139B (zh) * 2016-09-18 2018-08-24 西安建筑科技大学 一种穿斗式木结构古建筑柱架耗能加固装置及搭设方法
CN107217866B (zh) * 2017-07-18 2023-08-18 西安建筑科技大学 一种装置形状记忆合金丝的木结构榫卯节点
CN115030558A (zh) * 2022-08-01 2022-09-09 聊城大学 一种半主动自复位榫卯节点加固装置及加固方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3857130A (en) * 1972-04-10 1974-12-31 Intreprindera Ind De Stat Ener Suspension bridge
CN2615225Y (zh) * 2003-04-25 2004-05-12 北京工业大学 用于建筑结构的形状记忆合金阻尼器
CN2716377Y (zh) * 2004-04-30 2005-08-10 北京工业大学 水平多向隔震、竖向抗拔形状记忆合金－橡胶复合支座
CN102277830A (zh) * 2011-04-21 2011-12-14 深圳大学 一种用于斜拉桥的减振辅助索装置及斜拉桥

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3857130A (en) * 1972-04-10 1974-12-31 Intreprindera Ind De Stat Ener Suspension bridge
CN2615225Y (zh) * 2003-04-25 2004-05-12 北京工业大学 用于建筑结构的形状记忆合金阻尼器
CN2716377Y (zh) * 2004-04-30 2005-08-10 北京工业大学 水平多向隔震、竖向抗拔形状记忆合金－橡胶复合支座
CN102277830A (zh) * 2011-04-21 2011-12-14 深圳大学 一种用于斜拉桥的减振辅助索装置及斜拉桥

Also Published As

Publication number Publication date
CN102433944A (zh) 2012-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102433944B (zh) 用于木结构的形状记忆合金减震加固装置
Qazi et al. Seismic behaviour of RC short shear wall strengthened with externally bonded CFRP strips
Beiraghi Earthquake effects on the energy demand of tall reinforced concrete walls with buckling-restrained brace outriggers
Naqash et al. An overview on the seismic design of braced frames
CN201184001Y (zh) 防屈曲耗能支撑结构
Qian et al. Development and investigation of an innovative shape memory alloy cable‐controlled self‐centering viscoelastic coupling beam damper for seismic mitigation in coupled shear wall structures
Shi et al. Experimental study and finite element analysis on impact resistance of large-rupture-strain FRP reinforced civil air defense wall
Huang et al. Study on seismic performance of an innovative single-tube self-centering buckling-restrained brace
CN110820977A (zh) 一种单方向剪切变型的黏弹性连梁阻尼器
Dolce et al. Passive seismic devices based on shape memory alloys
Alias et al. Analysis of concrete filled double skin steel tube (CFDST) column with FRP wrapping
Zhu et al. LOAD RESISTANCE AND HYSTERETIC RESPONSE OF BRBS CONFINED ADDITIONALLY BY SHUTTLE-SHAPED TRUSSES
Sabouri‐Ghomi et al. Non‐linear behavior of yielding damped braced frames
CN216664572U (zh) 一种支撑约束型摩擦金属阻尼器
Ju et al. Influence of axial compression ratio on seismic behavior of reactive powder concrete (RPC) beam-column joints
Guo Structure and Stress Mechanism of Snti-buckling Support for High-rise Connected Structures
Alias et al. An overview on Concrete Filled Double Skin Steel Tube (CFDST) column with FRP wrapping
Huang et al. Parametric Analysis of Seismic Performance of RC Columns Strengthened with Steel Wire Mesh
Parvin et al. Performance evaluation of concrete structures reinforced by corrosion free FRP and SMA materials
CN111021767B (zh) 一种摩擦耗能套管加固装置及其使用方法
CN216920785U (zh) 一种竹缠绕屈曲约束支撑结构体系
Wang et al. Numerical simulation on the seismic performance of post-fire steel concrete frame joint bonded with steel
Goodarzi et al. Experimental Study of an All-Steel Two-Segment Core Buckling Restrained Brace
CN211523595U (zh) 一种单方向剪切变型的黏弹性连梁阻尼器
Tan et al. Seismic behavior of newly constructed three-bay steel X-braced RC space frame

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140618

Termination date: 20161219