CN104831622A - 具有自复位功能的分散式形状记忆合金芯减隔震橡胶支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可应用于桥梁、高层建筑、网架网壳等结构基础隔震减震系统的具有自复位功能的分散式形状记忆合金芯减隔震橡胶支座，包括1个普通叠层橡胶支座和4根分散布置的形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)芯棒，充分利用了形状记忆合金的超弹性、形状记忆效应和高阻尼特性。本发明将普通橡胶支座和形状记忆合金芯棒合为一体，把形状记忆合金芯棒分散布置于普通橡胶支座中，使得新型支座具有耗能能力高、阻尼大、耐疲劳且具备自恢复能力，同现有的技术方法相比，本装置具有显著的隔震减震效果并降低了震后维修费用。

Description

具有自复位功能的分散式形状记忆合金芯减隔震橡胶支座

技术领域

本发明属于桥梁、高层建筑及大跨建筑工程基础隔震减震系统的技术领域，发明特别涉及形状记忆合金的超弹性、形状记忆效应和高阻尼的隔震减震的方法。

背景技术

近年来，减隔震支座已广泛应用于桥梁建设中，也逐渐在网架结构、高层建筑和大跨建筑结构领域中得到推广。通过在建筑结构基底或其它部位设置隔震装置来降低结构的地震响应是一种较为成熟的振动控制措施。对于此类减隔震装置一般要求竖向刚度足够大以起到支撑上部结构的作用，水平刚度小可延长结构的自振周期但应具备合适的初始水平刚度以保证结构在强风和小震下的正常使用，还应具有大变形和自复位的能力。

目前工程中使用最多的隔震装置是普通叠层橡胶支座和铅芯橡胶支座，然而都存在一定的局限性。普通橡胶支座自身阻尼小、耗能不足且在工作过程中上部结构和隔震层的相对变形较大易导致支座失稳；铅芯橡胶支座利用铅芯塑性变形进行耗能，可为隔震层提供有效的阻尼，但铅芯塑性变形后无法恢复自身原有形状即自恢复能力不强，残余变形较明显，给震后恢复带来极大困难。近些年，也出现了部分有关SMA橡胶复合支座的设计，但均普遍存在加工难度大，性能不稳定且不易得到广泛推广的缺点。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为了解决桥梁、高层建筑、网架网壳钢结构及大跨建筑工程的隔震减震问题，而提出一种具有自复位功能的分散式SMA芯减隔震橡胶支座装置。

技术方案：本发明的具有自复位功能的分散式形状记忆合金芯减隔震橡胶支座包括上封板、下封板、叠层橡胶支座内部钢板层、叠层橡胶支座内部橡胶层、叠层橡胶支座外部橡胶层、形状记忆合金芯棒、高强螺帽和预留孔洞；在叠层橡胶支座中预留多个孔道，用于放置形状记忆合金芯棒，所述的孔道以叠层橡胶支座的中心呈对称分布。

所述的叠层橡胶支座预留孔道直径略大于SMA芯棒的直径，并通过高强螺帽固定在上封板、下封板之间；当叠层橡胶支座发生水平变形时，整个SMA芯棒能够自由变形，充分发挥耗能能力。

所述的叠层橡胶支座中的孔道及SMA芯棒均为4个。

本发明可以充分利用SMA芯棒的超弹性性能以消耗地震波能量并通过产生较高的回复力，以实现自复位功能，从而达到减隔震及自复位效果。

芯棒在支座中布置简单，易于生产加工且形状记忆合金芯棒与铅芯相比对支座竖向刚度的削弱要小，能更好满足竖向承载力的要求，具备显著自复位能力及耗能能力，极大改善了普通橡胶支座耗能不足及震后残余应变大等缺点。

有益效果：本发明对比已有技术具有以下优点：

1.该新型支座中使用了SMA芯棒，可以充分利用其超弹性性能以消耗地震波能量以及产生较高回复力，与普通橡胶支座相比，其具有更高的阻尼，耗能能力显著增强且具备自复位功能。

2.SMA芯棒与铅芯相比对支座竖向刚度的削弱要小，能更好满足竖向承载力的要求；SMA芯棒相比于铅芯其刚度更大，可提高橡胶支座的水平刚度，有利于控制结构在正常使用阶段不发生过大变形；SMA芯棒具有优异的自恢复能力，可显著控制建筑物震后残余变形。

3.SMA芯棒的直径要稍小于预留孔的直径，通过高强螺母将SMA芯棒能够紧固在上下封板中，保证在地震荷载作用下芯棒可以自由变形。另外，通过拧紧或放松高强螺帽可方便调节SMA芯棒受力长度，可施加SMA芯棒预应变以增大支座耗能能力和水平刚度，亦可放松螺帽增大SMA芯棒有效拉伸长度，以增大支座水平变形能力。

4.本发明中采用多根芯棒分散布置在叠层橡胶支座中，可避免采用粗芯棒布置于支座中心时粗芯棒价格昂贵性能不稳定等缺点。

5.本发明中芯棒分散布置于叠层橡胶支座中，与布置在支座外相比，避免受外界环境的侵蚀以保障其优异效果，且结构简单，便于加工生产，利于工程上的推广使用。

附图说明

图1为本发明分散式SMA芯减隔震橡胶支座的结构示意图。

图2为本发明分散式SMA芯减隔震支座沿竖直平面剖开后内部构造示意图。

图3为SMA芯棒及高强螺帽构造示意图。

图中有：上封板1.1、下封板1.2、叠层橡胶支座内部钢板层2、叠层橡胶支座内部橡胶层3、叠层橡胶支座外部橡胶层4、形状记忆合金芯棒5、高强螺帽6、预留孔道7。

具体实施方式

本发明提供了一种具有自复位功能的分散式SMA芯减隔震装置(如图1)，包括上封板1.1、下封板1.2、叠层橡胶支座内部钢板层2、叠层橡胶支座内部橡胶层3、叠层橡胶支座外部橡胶层4、SMA芯棒5、高强螺帽6和预留孔洞7，在所述叠层橡胶支座中预留多个孔道，用于放置SMA芯棒，所述的孔道以叠层橡胶支座的中心呈对称分布。所述的叠层橡胶支座中的孔道为4个，SMA芯棒也为4个。

叠层橡胶支座预留孔道直径略大于SMA芯棒的直径，形状记忆合金芯棒能够紧固在上下封板中，当叠层橡胶支座发生水平变形时，整个SMA芯棒能够自由变形，充分发挥耗能能力。

该装置不仅具有较强的隔震减震效果，而且还具有震后自复位的能力。

本发明具体实施的过程如下：地震波作用在支座上，支座发生变形。SMA芯棒通过超弹性变形而消耗地震波的能量并产生恢复力，不但达到了隔震减震的目的，而且获得了震后结构智能自复位的能力。

Claims (2)

1.一种具有自复位功能的分散式形状记忆合金芯减隔震橡胶支座，其特征在于，该支座包括上封板(1.1)、下封板(1.2)、叠层橡胶支座内部钢板层(2)、叠层橡胶支座内部橡胶层(3)、叠层橡胶支座外部橡胶层(4)、形状记忆合金芯棒(5)、高强螺帽(6)和预留孔洞(7)；在叠层橡胶支座中预留多个孔道(7)，用于放置形状记忆合金芯棒(5)，所述的孔道(7)以叠层橡胶支座(8)的中心呈对称分布。

2.根据权利要求1所述的具有自复位功能的分散式形状记忆合金芯减隔震橡胶支座，其特征在于，所述的叠层橡胶支座预留孔道(7)直径略大于SMA芯棒(5)的直径，并通过高强螺帽固定在上封板(1.1)、下封板(1.2)之间；当叠层橡胶支座发生水平变形时，整个SMA芯棒(5)能够自由变形，充分发挥耗能能力。