CN104389355B - 一种抗震控制阻尼器大变形保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，包括一端为敞口端、另一端为封闭端的防护壳，防护壳的封闭端外部连接有连接件，防护壳的敞口端插装有一端插入防护壳内部、另一端外露在防护壳外部且能够在防护壳的敞口端内部往复运动的滑动导杆，滑动导杆插入防护壳的敞口端内部的一端端部固定连接有能够在防护壳内部往复运动的滑块，防护壳的中部内壁上设置有用于对滑块的往复运动位置进行限位的滑块定位肋，滑块与防护壳的封闭端之间设置有一端与滑块连接、另一端与防护壳的封闭端连接且施加有预应力σp的奥氏体形状记忆合金丝。本发明具有独特的构造特点，设计新颖合理，能够有效防止抗震控制阻尼器失效，性能可靠，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于土木工程结构抗震控制技术领域，具体涉及一种抗震控制阻尼器大变形保护装置。
背景技术
随着建筑物跨度增大、高度增加以及结构形式日益复杂，按传统设计方法设计的工程结构在强地震作用下，很难完全避免损伤和破坏。通过振动控制技术来抑制外部动力荷载引起的结构动力响应是提高结构安全性的有效手段。其中应用被动抗震控制技术较为多见，如应用各种阻尼器进行结构被动抗震控制。但在研究领域或工程应用中均未考虑当结构发生超出阻尼器正常运行行程范围之外的大变形时，如何确保阻尼器仍能正常运行而不会因遭到突然破坏导致失去对结构的抗震控制保护作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其具有独特的构造特点，设计新颖合理，使用方便，能够有效防止抗震控制阻尼器在结构抗震控制进程中因过大的变形而突然失效，且能够有效降低结构损害，性能可靠，为土木工程领域中结构的抗震控制提供了更为安全有效的装置，具有广阔的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：包括一端为敞口端、另一端为封闭端的防护壳，所述防护壳的封闭端外部连接有用于连接抗震控制阻尼器的连接件，所述防护壳的敞口端插装有一端插入防护壳内部、另一端外露在防护壳外部且能够在防护壳的敞口端内部往复运动的滑动导杆，所述滑动导杆插入防护壳的敞口端内部的一端端部固定连接有能够在防护壳内部往复运动的滑块，所述防护壳的中部内壁上设置有用于对滑块的往复运动位置进行限位的滑块定位肋，所述滑块与防护壳的封闭端之间设置有一端与滑块连接、另一端与防护壳的封闭端连接且施加有预应力σp的奥氏体形状记忆合金丝。
上述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：所述连接件通过第一螺丝与防护壳的封闭端连接。
上述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：所述防护壳的敞口端内壁上设置有与滑动导杆相接触且用于对滑动导杆在防护壳的敞口端内部往复运动进行导向的滑动导杆导向轮。
上述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：所述滑块上安装有与防护壳内壁相接触且用于对滑块在防护壳内部的往复运动进行导向的滑块导向轮。
上述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：所述滑块的形状为工字形，所述滑块导向轮的数量为四个，且两个滑块导向轮位于滑块的顶部，另两个滑块导向轮位于滑块的底部。
上述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：所述滑块通过第二螺丝与滑动导杆插入防护壳的敞口端内部的一端端部固定连接。
上述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：所述奥氏体形状记忆合金丝的一端通过第一调节螺栓与滑块连接，所述奥氏体形状记忆合金丝的另一端通过第二调节螺栓与防护壳的封闭端连接。
上述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：所述奥氏体形状记忆合金丝的数量为一根或多根。
上述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：施加给奥氏体形状记忆合金丝的预应力σp的大小为其中，kmax为所述抗震控制阻尼器的最大刚度，n为奥氏体形状记忆合金丝的数量，ASMA为单根奥氏体形状记忆合金丝的截面面积。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明具有独特的构造特点，当结构发生较大的变形时，本发明可起到对抗震控制阻尼器的有效保护，同时又对结构在地震作用下产生的动力反应有一定的控制作用；当结构受地震作用而产生较大变形时，超出抗震控制阻尼器可承受的范围以外的变形激活本发明的保护机制，牵引滑动导杆做往复运动，滑动导杆通过滑块及使奥氏体形状及合金丝产生拉伸或回缩运动，发挥其超弹性性能，从而承担“多余的”结构变形，避免抗震控制阻尼器先于结构破坏而失去对结构的抗震控制作用，同时本发明本身又能消耗结构中地震输入的部分能量，一定程度上减小结构物在地震中产生的动力反应；因此在本发明进入大变形保护状态后，本发明体现出了既保护抗震控制阻尼器、又保护结构的双重功效，设计新颖合理。
2、当结构大变形阶段结束重新进入正常变形阶段时，本发明能够自动复位到初始状态，同时抗震控制阻尼器亦恢复正常运行状态，此时本发明相当于一个附加刚性连接杆，将结构变形传递给抗震控制阻尼器。
4、本发明所采用的核心元件为常温下奥氏体状态的奥氏体形状记忆合金丝，奥氏体形状记忆合金丝在常温下具有较高的抗拉强度且在其体现超弹性性能的过程中因其内部晶体结构发生变化而吸收由外力和相应位移所引起能量的特性，本发明结合了土木建筑结构在地震作用下的动力反应特点及常规抗震控制阻尼器的运行特点而设计，在保护抗震控制阻尼器的同时能够减小结构因地震作用而产生的动力反应，实现有效降低结构损害的目的，充分发挥了奥氏体形状记忆合金丝的优良特性，同时充分考虑了利用抗震控制阻尼器进行建筑结构抗震控制的特点，具有广阔的应用前景。
综上所述，本发明具有独特的构造特点，设计新颖合理，使用方便，能够有效防止抗震控制阻尼器在结构抗震控制进程中因过大的变形而突然失效，且能够有效降低结构损害，性能可靠，为土木工程领域中结构的抗震控制提供了更为安全有效的装置，具有广阔的应用前景。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明:
1—滑动导杆；2—滑动导杆导向轮；3—第二螺丝；
4—第一调节螺栓；5—滑块导向轮；6—滑块；
7—滑块定位肋；8—奥氏体形状记忆合金丝；9—防护壳；
10—连接件；11—第一螺丝；12—第二调节螺栓。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括一端为敞口端、另一端为封闭端的防护壳9，所述防护壳9的封闭端外部连接有用于连接抗震控制阻尼器的连接件10，所述防护壳9的敞口端插装有一端插入防护壳9内部、另一端外露在防护壳9外部且能够在防护壳9的敞口端内部往复运动的滑动导杆1，所述滑动导杆1插入防护壳9的敞口端内部的一端端部固定连接有能够在防护壳9内部往复运动的滑块6，所述防护壳9的中部内壁上设置有用于对滑块6的往复运动位置进行限位的滑块定位肋7，所述滑块6与防护壳9的封闭端之间设置有一端与滑块6连接、另一端与防护壳9的封闭端连接且施加有预应力σp的奥氏体形状记忆合金丝8。
如图1所示，本实施例中，所述连接件10通过第一螺丝11与防护壳9的封闭端连接。
如图1所示，本实施例中，所述防护壳9的敞口端内壁上设置有与滑动导杆1相接触且用于对滑动导杆1在防护壳9的敞口端内部往复运动进行导向的滑动导杆导向轮2。
如图1所示，本实施例中，所述滑块6上安装有与防护壳9内壁相接触且用于对滑块6在防护壳9内部的往复运动进行导向的滑块导向轮5。具体实施时，所述滑块6的形状为工字形，所述滑块导向轮5的数量为四个，且两个滑块导向轮5位于滑块6的顶部，另两个滑块导向轮5位于滑块6的底部。
如图1所示，所述滑块6通过第二螺丝3与滑动导杆1插入防护壳9的敞口端内部的一端端部固定连接。这样的连接方式确保滑动导杆1能够带动滑块6做同步运动。
如图1所示，所述奥氏体形状记忆合金丝8的一端通过第一调节螺栓4与滑块6连接，所述奥氏体形状记忆合金丝8的另一端通过第二调节螺栓12与防护壳9的封闭端连接。具体实施时，所述奥氏体形状记忆合金丝8的数量为一根或多根。施加给奥氏体形状记忆合金丝8的预应力σp的大小为其中，kmax为所述抗震控制阻尼器的最大刚度，n为奥氏体形状记忆合金丝8的数量，ASMA为单根奥氏体形状记忆合金丝8的截面面积。这样的预应力大小，能够确保奥氏体形状记忆合金丝8始终处于超弹性状态。
本发明用于对建筑结构的抗震控制阻尼器的大变形保护，使用时，将本发明合理地嵌固于抗震控制阻尼器与结构之间部位，并将连接件10与设置于结构中的抗震控制阻尼器连接。当结构在地震作用下产生的变形处于正常范围时，设置于结构中的抗震控制阻尼器运行行程亦处于正常范围，由于本发明中的核心元件奥氏体形状记忆合金丝8已施加了与本发明连接的抗震控制阻尼器的最大刚度相当的预应力，同时又对奥氏体形状记忆合金丝8、滑块6和滑动导杆1进行了可靠的连接固定，故在奥氏体形状记忆合金丝8提供的拉力和滑块定位肋7提供的反作用力共同作用下，本发明的抗震控制阻尼器大变形保护装置处于相对静止状态，因此在该状态下抗震控制阻尼器正常运行过程中，抗震控制阻尼器传递的力并不足以牵动本发明的滑动导杆1从而激活本发明的保护机制开启，此时本发明的抗震控制阻尼器大变形保护装置只是起到了刚性连接杆的作用，将结构变形传递于与本发明连接的抗震控制阻尼器。由于地震作用的随机性，极有可能在某一时刻地震作用产生的结构变形过大，此时结构大变形将使得设置于结构中的抗震控制阻尼器超出其正常运行行程，极有可能导致抗震控制阻尼器破坏而失去对结构的有效保护。而由于连接了本发明的抗震控制阻尼器大变形保护装置，在结构大变形发生时，首先设置于结构中的抗震控制阻尼器达到其极限行程状态并停止运行，随即激活本发明的保护机制开启，开始牵拉本发明的滑动导杆1，继而牵动滑块6偏离滑块定位肋7并拉伸核心元件奥氏体形状记忆合金丝8，使本发明整体呈现逐渐伸长状态，从而承担超出抗震控制阻尼器所能承受结构变形之外的“剩余”变形，并对抗震控制阻尼器进行有效保护，避免抗震控制阻尼器先于结构破坏，确保在结构变形恢复正常范围时抗震控制阻尼器仍能恢复对结构地震反应的有效控制。另外，本发明开启保护机制后，传动导杆1带动滑块6使奥氏体形状记忆合金丝8产生伸长或回缩运动，由于本发明所采用的核心元件奥氏体形状记忆合金丝8具有超弹性特性，且在体现超弹性性能的过程中因其内部晶体结构发生变化而吸收由外力和相应位移所引起的能量的特性，同时在对奥氏体形状记忆合金丝8施加预应力时确保其始终处于超弹性状态，因此在本发明启动保护机制后，其核心元件奥氏体形状记忆合金丝8伸缩过程中能够吸收部分地震能量，减小结构在地震中产生的动力反应，对结构起到一定的保护作用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：包括一端为敞口端、另一端为封闭端的防护壳(9)，所述防护壳(9)的封闭端外部连接有用于连接抗震控制阻尼器的连接件(10)，所述防护壳(9)的敞口端插装有一端插入防护壳(9)内部、另一端外露在防护壳(9)外部且能够在防护壳(9)的敞口端内部往复运动的滑动导杆(1)，所述滑动导杆(1)插入防护壳(9)的敞口端内部的一端端部固定连接有能够在防护壳(9)内部往复运动的滑块(6)，所述防护壳(9)的中部内壁上设置有用于对滑块(6)的往复运动位置进行限位的滑块定位肋(7)，所述滑块(6)与防护壳(9)的封闭端之间设置有一端与滑块(6)连接、另一端与防护壳(9)的封闭端连接且施加有预应力σp的奥氏体形状记忆合金丝(8)；所述防护壳(9)的敞口端内壁上设置有与滑动导杆(1)相接触且用于对滑动导杆(1)在防护壳(9)的敞口端内部往复运动进行导向的滑动导杆导向轮(2)；所述滑块(6)上安装有与防护壳(9)内壁相接触且用于对滑块(6)在防护壳(9)内部的往复运动进行导向的滑块导向轮(5)。
2.按照权利要求1所述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：所述连接件(10)通过第一螺丝(11)与防护壳(9)的封闭端连接。
3.按照权利要求1所述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：所述滑块(6)的形状为工字形，所述滑块导向轮(5)的数量为四个，且两个滑块导向轮(5)位于滑块(6)的顶部，另两个滑块导向轮(5)位于滑块(6)的底部。
4.按照权利要求1所述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：所述滑块(6)通过第二螺丝(3)与滑动导杆(1)插入防护壳(9)的敞口端内部的一端端部固定连接。
5.按照权利要求1所述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：所述奥氏体形状记忆合金丝(8)的一端通过第一调节螺栓(4)与滑块(6)连接，所述奥氏体形状记忆合金丝(8)的另一端通过第二调节螺栓(12)与防护壳(9)的封闭端连接。
6.按照权利要求1所述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：所述奥氏体形状记忆合金丝(8)的数量为一根或多根。
7.按照权利要求6所述的一种抗震控制阻尼器大变形保护装置，其特征在于：施加给奥氏体形状记忆合金丝(8)的预应力σp的大小为其中，kmax为所述抗震控制阻尼器的最大刚度，n为奥氏体形状记忆合金丝(8)的数量，ASMA为单根奥氏体形状记忆合金丝(8)的截面面积。
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