CN104674969A - 环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土木工程结构振动控制装置技术领域，涉及一种环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，所述的装置包括加劲杆、内/外软连接外壳、上/下盖板、SMA棒/索、限位节点、调节节点、固定节点。所述的减振装置通过上/下盖板及加劲杆与自立式高耸结构连接，SMA棒/索通过调节节点和固定节点与上/下盖板相连，限位节点限制SMA棒变形时与自立式高耸结构的接触，调节节点调节SMA棒/索的初始状态，利用SMA的超弹性提供耗能及自复位能力。本发明具有构造简单、耗能与耐久性好、具备自复位能力等优点。
Description
技术领域
本发明属于属于土木工程结构振动控制装置技术领域，涉及一种用于自立式高耸结构的形状记忆合金阻尼减振装置。
背景技术
自立式高耸结构是社会生产生活中广泛应用的结构形式，随着国民经济的不断发展，风力发电塔、自立式输电线塔、高耸烟囱等结构逐渐增多，并且越来越往高柔方向发展。由于断面往往为圆形或近似圆形的多边形，细长的结构形式使得它们极易发生涡激共振，从而使其长期处于往复应力的工作状态，在未达到其极限荷载的情况下，就极有可能发生疲劳损伤导致的破坏，造成极大的经济损失。因此，采取措施减轻风致振动的影响成为这类结构设计的关键之一。
目前，在自立式高耸结构中，多采用调谐减振的措施来抑制风振响应，如调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper, TMD）、调谐液体阻尼器（Tuned Liquid Damper, TLD）等。而这些装置通常布置于结构顶部，对于高度较高、结构较柔的自立式高耸结构而言，过高的安装位置为装置的安装、调试和后期维护均带来了不必要的麻烦；且调谐减振装置的减振效果对结构和荷载的特征频率较为敏感，在结构损伤状态或荷载频谱特性发生变化的情况下，难以发挥应有的作用。形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）是一种重要的智能材料，具有抗疲劳性好、阻尼能力强、可恢复变形大及性能稳定等优点。目前，土木工程领域内所开发的形状记忆合金阻尼装置多针对一般土木工程结构，并且基本为位移相关的阻尼器，很难适用于自立式高耸结构。因此，开发一种易于安装维护，且能够在不同结构状态和荷载状态下均能为自立式高耸结构提供有效减振效果的形状记忆合金阻尼减振装置具有一定的意义。
发明内容
要解决的技术问题: 本发明的目的是开发一种适用于自立式高耸结构、具有自复位功能、便于安装维护的曲率相关的形状记忆合金阻尼减振装置，该装置各个方向性能相同，对于风荷载、地震作用等动力荷载引起的不同方向的振动均具有较好的衰减效果，且在振动衰减后能够将结构复位。
技术方案：本发明公开了环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，包括加劲杆、内/外软连接外壳、上/下盖板、SMA棒/索、限位节点、调节节点、固定节点；其特征是：所述的限位节点包括三角锥形支架、钢圆环、连接螺栓；所述的调节节点包括固定螺母、调节螺母、转换螺杆、转换节点；所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置通过上/下盖板及加劲杆与自立式高耸结构连接；SMA棒/索通过调节节点和固定节点与上/下盖板相连；限位节点限制SMA棒变形时与结构的接触，调节节点调节SMA棒/索的初始状态。
所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置为轴对称结构。
所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，所述的内/外软连接外壳两端分别与上/下盖板连接。
所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，所述的三角锥支架和钢圆环连接，并采用连接螺栓将限位节点固定于内软连接外壳和自立式高耸结构上。
所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，SMA棒/索穿过钢圆环，一端在固定节点，另一段与调节节点连接，其中SMA棒/索通过转换节点与转换螺杆连接，利用调节螺母，调节SMA棒/索的初始状态。
所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置为环形，力学特性与结构曲率相关，适用于自立式高耸结构的消能减振。
所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，SMA棒/索采用形状记忆合金作为耗能材料，利用形状记忆合金的超弹性提供耗能减振能力，SMA棒/索通过拧紧或放松调节螺母设置SMA棒/索的初始状态。
所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，内/外软连接外壳采用具有伸缩能力和防护功能的保护材料，限位节点的刚度和强度保证SMA棒/索不与主体结构发生碰撞。
其中，内/外软连接外壳可在一定范围内自由伸缩；限位节点用于控制SMA棒/索不至直接与烟囱表面接触；上/下盖板与结构主体固接连接，并采用适当的加劲板以改善传力；通过调节节点对SMA棒/索需进行必要的预处理（即给SMA棒/索施加预变形，控制棒材的初始参数初应变、初应力和初始马氏体百分数），以使减振装置在相对小的曲率屈服，同时产生相对饱满的滞回曲线。
其主要原理是：当振动激励较小时，曲率较小，由奥氏体状态的SMA提供一定的刚度分担结构本身所承受的部分荷载，减少主体结构承担的荷载；当振动激励较大时，曲率较大，SMA中产生较大的应力，装置屈服（此时SMA发生马氏体相变）并在往复荷载作用下消耗能量，提供额外的附加阻尼，从而控制主体结构的响应；当振动激励消失后，由于SMA的超弹性，装置恢复原有的形状并拉动结构恢复。数值模拟减振装置的力学特性如图6、图7、图8所示（其中，SMA棒/索直径0.01m，SMA棒/索个数8，SMA棒/索长度5.8m，SMA棒/索距中心距离1.360m，与运动方向呈0度角为1号构件、呈45度角为2号构件和呈90度角为3号构件）。
有益效果：
本发明的一种曲率相关的环形形状记忆合金阻尼减振装置具有构造简单、耗能效果好、耐久性好等优点。由于主材选用形状记忆合金材料，该装置的抗疲劳性好、阻尼能力强、可恢复变形大且性能稳定；装置整体呈环形，为一各向性能相同的曲率相关减振装置，从而特别适用于风力发电塔、自立式输电线塔、高耸烟囱、高杆路灯等自立式高耸结构；该减振装置在静力荷载或较小动力荷载作用时，为结构提供附加刚度，抵抗外力，在较大动力作用下，提供一定刚度的同时，稳定耗散振动能量，从而减小结构响应，在外荷载减小或消失后，使结构具有较好的自复位能力。该装置可广泛应用于自立式高耸结构的振动控制。
附图说明
图1是本发明的剖面结构示意图。
图2是本发明的A-A剖面结构示意图。
图3是本发明的节点7结构示意详图。
图4是本发明的节点6径向剖面示意图。
图5是本发明的节点6水平向剖面示意图。
图6为数值模拟减振装置的弯矩-曲率关系图。
图7为数值模拟减振装置的SMA构件应力-应变关系图。
图8为数值模拟减振装置的SMA构件应力-曲率关系图。
以上图中有：自立式高耸结构1；加劲杆2；内/外软连接外壳3；上/下盖板4； SMA棒/索5；限位节点6；调节节点7；固定节点8；三角锥形支架61；钢圆环62；连接螺栓63；固定螺母71；调节螺母72；转换螺杆73；转换节点74。
具体实施方式
本发明的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，包括加劲杆2、内/外软连接外壳3、上/下盖板4、SMA棒/索5、限位节点6、调节节点7、固定节点8；所述的限位节点6包括三角锥形支架61、钢圆环62、连接螺栓63；所述的调节节点7包括固定螺母71、调节螺母72、转换螺杆73、转换节点74；所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置通过上/下盖板4及加劲杆2与自立式高耸结构1连接；SMA棒/索5通过调节节点7和固定节点8与上/下盖板4相连；限位节点6限制SMA棒5变形时与结构1的接触，调节节点7调节SMA棒/索5的初始状态。所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置为轴对称结构。所述的内/外软连接外壳3两端分别与上/下盖板4连接。所述的三角锥支架61和钢圆环62连接，并采用连接螺栓63将限位节点6固定于内软连接外壳3和自立式高耸结构1上。SMA棒/索5穿过钢圆环62，一端在固定节点8，另一段与调节节点7连接，其中SMA棒/索5通过转换节点74与转换螺杆73连接，利用调节螺母72，调节SMA棒/索5的初始状态。所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置形式为环形，力学特性与结构曲率相关，适用于自立式高耸结构1的消能减振。SMA棒/索5采用形状记忆合金作为耗能材料，利用形状记忆合金的超弹性提供耗能减振能力，SMA棒/索5通过拧紧或放松调节螺母72设置SMA棒/索5的初始状态。内/外软连接外壳3采用具有伸缩能力和防护功能的保护材料，限位节点6的刚度和强度保证SMA棒/索5不与主体结构发生碰撞。
以下结合技术方案和附图详述本发明的实施步骤：
1. 对结构进行分析，计算出所需要的减振装置参数，据此确定SMA构件的半径、数量、长度以及SMA构件距离装置圆心的距离等。
2. 阻尼器为轴对称结构，具体实施时可根据自立式高耸结构情况，将装置布置于结构的外部或内部。
3. 根据计算确定上/下盖板4的位置，并将其与自立式高耸结构1的外壳焊接，在自立式高耸结构1和上/下盖板4之间焊接加劲杆2，安装内软连接外壳3，其两端分别与上/下盖板4可靠连接。
4. 将三角锥支架61和钢圆环62焊接在一起，并采用连接螺栓63将这一整体固定于内软连接外壳3和自立式高耸结构1，这些整体构成限位节点6，布置平面位置为SMA设置位置，沿装置高度均匀分布，用于限制SMA材料与结构主体接触。
5. 将SMA棒/索5穿过钢圆环62，一端在固定节点8固定，另一段连于调节节点7，其中SMA棒/索5通过转换节点74与转换螺杆73连接，利用调节螺母72，调节SMA棒/索5的初始状态，以达到设计要求。
6. 最后，安装外连接外壳3，与上/下盖板4可靠连接，并进行相应的外观处理。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，比如采用软钢拉索等具有阻尼特性的材料替代形状记忆合金材料，以及采用螺栓连接替换其中的焊接连接等，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (8)
1. 环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，包括加劲杆（2）、内/外软连接外壳（3）、上/下盖板（4）、SMA棒/索（5）、限位节点（6）、调节节点（7）、固定节点（8）；其特征是：所述的限位节点（6）包括三角锥形支架（61）、钢圆环（62）、连接螺栓（63）；所述的调节节点（7）包括固定螺母（71）、调节螺母（72）、转换螺杆（73）、转换节点（74）；所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置通过上/下盖板（4）及加劲杆（2）与自立式高耸结构（1）连接；SMA棒/索（5）通过调节节点（7）和固定节点（8）与上/下盖板（4）相连；限位节点（6）限制SMA棒（5）变形时与结构（1）的接触，调节节点（7）调节SMA棒/索（5）的初始状态。
2. 根据权利要求1所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，其特征是：所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置为轴对称结构。
3. 根据权利要求1所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，其特征是：所述的内/外软连接外壳（3）两端分别与上/下盖板（4）连接。
4. 根据权利要求1所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，其特征是：所述的三角锥支架（61）和钢圆环（62）连接，并采用连接螺栓（63）将限位节点（6）固定于内软连接外壳（3）和自立式高耸结构（1）上。
5. 根据权利要求1所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，其特征是：SMA棒/索（5）穿过钢圆环（62），一端在固定节点（8），另一段与调节节点（7）连接，其中SMA棒/索（5）通过转换节点（74）与转换螺杆（73）连接，利用调节螺母（72），调节SMA棒/索（5）的初始状态。
6. 根据权利要求1所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，其特征是：所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置形式为环形，力学特性与结构曲率相关，适用于自立式高耸结构（1）的消能减振。
7. 根据权利要求1所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，其特征是：SMA棒/索（5）采用形状记忆合金作为耗能材料，利用形状记忆合金的超弹性提供耗能减振能力，SMA棒/索（5）通过拧紧或放松调节螺母（72）设置SMA棒/索（5）的初始状态。
8. 根据权利要求1所述的环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置，其特征是：内/外软连接外壳（3）采用具有伸缩能力和防护功能的保护材料，限位节点（6）的刚度和强度保证SMA棒/索（5）不与主体结构发生碰撞。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106763461A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-05-31 | 浙江大学 | 一种拟零刚度隔振装置 |
| CN115162512A (zh) * | 2022-06-19 | 2022-10-11 | 北京建筑大学 | 一种减振频段灵活可调的低频减振周期钢架结构 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1644830A (zh) * | 2005-01-20 | 2005-07-27 | 东南大学 | 索、缆、细长杆用形状记忆合金超弹性阻尼器 |
| CN201050121Y (zh) * | 2007-04-06 | 2008-04-23 | 大连理工大学 | 多维超弹性形状记忆合金阻尼器 |
| CN102095040A (zh) * | 2010-12-14 | 2011-06-15 | 哈尔滨工业大学 | 形状记忆合金管网抗震加固方法及其装置 |
| CN201884840U (zh) * | 2010-12-14 | 2011-06-29 | 郭安薪 | 一种埋地管网抗震接头 |
| CN202170578U (zh) * | 2011-07-12 | 2012-03-21 | 长安大学 | 形状记忆合金摩擦复合型阻尼器 |
| CN204491881U (zh) * | 2015-01-29 | 2015-07-22 | 苏州科技学院 | 环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置 |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1644830A (zh) * | 2005-01-20 | 2005-07-27 | 东南大学 | 索、缆、细长杆用形状记忆合金超弹性阻尼器 |
| CN201050121Y (zh) * | 2007-04-06 | 2008-04-23 | 大连理工大学 | 多维超弹性形状记忆合金阻尼器 |
| CN102095040A (zh) * | 2010-12-14 | 2011-06-15 | 哈尔滨工业大学 | 形状记忆合金管网抗震加固方法及其装置 |
| CN201884840U (zh) * | 2010-12-14 | 2011-06-29 | 郭安薪 | 一种埋地管网抗震接头 |
| CN202170578U (zh) * | 2011-07-12 | 2012-03-21 | 长安大学 | 形状记忆合金摩擦复合型阻尼器 |
| CN204491881U (zh) * | 2015-01-29 | 2015-07-22 | 苏州科技学院 | 环形曲率相关形状记忆合金阻尼减振装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106763461A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-05-31 | 浙江大学 | 一种拟零刚度隔振装置 |
| CN106763461B (zh) * | 2016-12-21 | 2018-09-28 | 浙江大学 | 一种拟零刚度隔振装置 |
| CN115162512A (zh) * | 2022-06-19 | 2022-10-11 | 北京建筑大学 | 一种减振频段灵活可调的低频减振周期钢架结构 |
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