CN106639459A - 一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，包括一对上下对称分布的上主板和下主板，在上主板上连接有一对上副板，在下主板上连接有一对下副板，上副板和下副板相互插接，在上副板和下副板之间设有垫有两块橡胶板，在上副板内侧设有超弹性形状记忆合金丝；在上主板的下方左右两侧分别连接有一对圆筒，在下主板上方左右两侧分别连接有一对套于一对圆筒中的活塞，活塞在圆筒做往返运动。本发明解决由地震作用或风荷载引起的动力反应而导致建筑物或构筑物的倾斜、倒塌问题。其结构简单，施工方便，经济实用，可以有效地减少结构的动力反应；并能实现自复位，实现加固目的，增强土木工程在地震作用、强风荷载等动力荷载下的抵抗能力。耗能能力强。

Description

一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器
技术领域
本发明涉及土木工程结构抗震减振技术领域，具体来说是一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，适合建/构筑物的耗能减震需求。
背景技术
土木工程结构在诸如地震、强风等外部作用下会产生大幅振动，严重地影响了结构的安全性、舒适性。因此，如何合理有效地减少由地震、强风等动力荷载引起的工程结构动力响应，提高工程结构的抗震、抗风能力和抗灾性能是土木工程学科中亟待解决的问题之一。较为传统的做法是提高结构刚度、强度和延性，在小震、中震和非强风作用下，可以起到降低动力响应作用。但在强震或强风作用下，该传统方法会导致结构部分构件损伤或破坏，因而现代土木工程结构多采用阻尼器来达到抗震减振效果。
随着科技的发展，阻尼器越来越广泛地应用在结构的加固中。目前，开发应用较多的是基于粘弹性材料、粘滞流体、软钢等材料的阻尼器，但该类材料制作的阻尼器仍然存在着许多缺点，如粘弹性材料的易老化，粘滞阻尼器的再维护成本高，软钢阻尼器的塑性残余变形大等。此外，采用摩擦阻尼器进行加固也是一种常见的类型，其具有良好可靠的耗能能力，且耗能性能受荷载大小、加载频率和加载循环次数的影响较小，但摩擦阻尼器摩擦耗能后存在较大的残余变形，不能自复位。因此，有必要开发一种新型的阻尼器，该阻尼器既要具有良好的耗能能力，又要具有变形后自动恢复到初始状态的能力，如此便可以消除地震后更换阻尼器及二次加固带来的巨额成本，并具有良好的工程应用前景。
形状记忆合金正是开发上述目标阻尼器的理想材料，形状记忆合金是一种具有多种特殊力学性能的新型功能材料，具有显著的形状记忆效应、超弹性和高阻尼特性。较其他材料相比，形状记忆合金的抗疲劳性能很好，可恢复应变很大(6％～8％)，其弹性模量随温度的升高而增大。基于形状记忆合金制成的阻尼器，与其他类型的阻尼器相比，具有耐久性和耐腐蚀性能好，使用周期长，自复位等优点。现有的形状记忆合金阻尼器主要利用形状记忆合金的自复位能力，其耗能能力有限。结合形状记忆合金的自复位能力及橡胶高分子阻尼材料的高耗能性能而设计的形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，融合了两者的优点，具有显著的抗震减振效果。
发明内容
针对以上背景技术存在的缺陷或不足，本发明提供一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，其目的是解决由地震作用或风荷载引起的动力反应而导致建筑物或构筑物的倾斜、倒塌问题。本发明构造简单，耗能能力强并能实现自复位。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，包括一对上下对称分布的上主板和下主板，在上主板上固定连接有上副板，在下主板上固定连接有下副板，上副板和下副板相互插接，在上副板和下副板之间垫有两块橡胶板，在上副板内侧设有超弹性形状记忆合金丝；在上主板的下方左右两侧分别连接有一对圆筒，在下主板上方左右两侧分别连接有一对套于一对圆筒中的活塞，活塞在圆筒内做往返运动。
进一步，所述上副板为框型架结构，由两侧平行分布的竖向钢板、上部一定间距的两块水平钢板和底框连接构成，且底框竖直部分的截面小于两侧竖向钢板的截面，两侧竖向钢板的上部分别设有活动孔，活动孔中心位置与上部两块水平钢板的间隙具有同一水平高度。
进一步，所述两块水平钢板的间距和活动孔的宽度相同，底框的宽度小于两块水平钢板的间距。
进一步，所述下副板为框型架结构，由两侧平行分布的侧板和两块具有一定间距的下部水平钢板构成，在侧板上端部设有开孔。
进一步，在两侧板的开孔之间贯穿有一窄板；窄板两端带有榫头，两端部的榫头通过螺栓连接在下副板的开孔中。
进一步，上副板下端的底框插入下副板两块下部水平钢板之间，上副板下端的底框上表面与下副板下部水平钢板上表面具有同一水平高度。
进一步，超弹性形状记忆合金丝连接在上副板两块水平钢板和下副板下部水平钢板之间。
进一步，所述超弹性形状记忆合金丝上端与上副板上部的水平钢板通过夹具连接，下端与下副板的下部水平钢板通过夹具连接。进一步，所述超弹性形状记忆合金丝上端与固定在下副板上端的窄板通过夹具连接，下端与上副板下端的下部水平钢板通过夹具连接。
进一步，所述超弹性形状记忆合金丝为镍钛合金丝。
本发明的效果和优点：本发明综合采用了超弹性形状记忆合金丝和橡胶高分子阻尼材料，不仅具有自复位功能，而且具有强耗能能力。当上下主板发生相向运动时，超弹性形状记忆合金丝受力分为两种，一种受拉，另一种无拉力，上下副板间的橡胶板因受剪耗能；当上下主板发生背离运动时，超弹性形状记忆合金丝受力同样分为两种，一种受拉，另一种无拉力，上下副板间的橡胶板因受剪耗能。因此，当上下主板发生往返运动时，两种形状记忆合金交替受拉，发挥自复位能力，橡胶板始终因受剪变形而耗散掉大量地震能量。该形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，结构简单，施工方便，经济实用，可以有效地减少结构的动力反应；同时也为结构提供强有力的恢复力，实现加固目的，增强土木工程在地震作用、强风荷载等动力荷载下的抵抗能力。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是图1中A-A线的剖面图；
图3(a)-(c)是上副板3的主视图、左视图和主视图B-B剖视图；
图4(a)-(c)是下副板4的主视图、左视图和主视图C-C剖视图；
图5是窄板示意图。
图中：1、下主板；2、上主板；3、上副板；4、下副板；5、左圆筒；6、右圆筒；7、左活塞；8、右活塞；9、形状记忆合金丝；10、橡胶板；11、窄板；12、上螺栓孔；13、下螺栓孔；14、活动孔；15、水平钢板；16、竖向钢板；17、底框；18、侧板；19、开孔；20、下部水平钢板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
附图中每种形状记忆合金丝以一根为例。
如图1、图2所示，一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，包括一对上下对称分布的上主板2和下主板1，上副板3通过焊接固定在上主板2上，下副板4通过焊接固定在下主板1上，上副板3和下副板4相互插接，在上副板3和下副板4之间垫有两块橡胶板10，在上副板3内侧设有超弹性形状记忆合金丝9；在上主板2的下方左右两侧分别连接有一对圆筒(左圆筒5和右圆筒6按照图示位置焊接在上主板1上)，在下主板1上方左右两侧分别连接有一对套于一对圆筒中的活塞(左活塞7和右活塞8按照图示位置焊接在下主板2上)，两端活塞分别插入圆筒内，圆筒与活塞配套使用，即活塞在圆筒内做往返运动。
如图1，上副板3、下副板4中的竖向钢板间采用两块橡胶板10连接，竖向钢板与橡胶板10采用工业胶水粘在一起。
上主板2和下主板1的上下两侧分别设有拉力框，上螺栓孔12和下螺栓孔13分别设在拉力框的端部框板上。
如图3(a)-(c)所示，上副板3为框型架结构，由两侧平行分布的竖向钢板16、上部一定间距(间距记为L)的两块水平钢板15和底框17连接构成，下端水平钢板宽度略小于L，且底框17竖直部分的截面小于两侧竖向钢板16的截面，两侧竖向钢板16的上部分别设有活动孔14，活动孔宽度为L，活动孔14中心位置与上部两块水平钢板15的间隙具有同一水平高度。
如图4(a)-(c)所示，下副板4为框型架结构，由两侧平行分布的侧板18和两块具有一定间距的下部水平钢板20构成，在侧板18上端部设有开孔19，两开孔之间贯穿有一窄板11。上副板3下端的底框17插入下副板4两块下部水平钢板20之间，上副板3下端的底框17上表面与下副板4下部水平钢板20上表面具有同一水平高度。超弹性形状记忆合金丝9连接在上副板3的两块水平钢板15和下副板4的下部水平钢板20之间。
如图5所示，窄板11两端带有榫头，中部为长方形，长方形的两端宽度小于中部，用于其能够贯穿于上副板3的活动孔14，两端部的榫头通过螺栓连接在下副板4的开孔中。
如图1，超弹性形状记忆合金丝9分为两种实施方式，一种方式为，超弹性形状记忆合金丝9上端与上副板3上部的水平钢板通过夹具连接，下端与下副板4下部的水平钢板通过夹具连接。
另一种实施方式为，超弹性形状记忆合金丝9上端与固定在下副板4上端的窄板11通过夹具连接，下端与上副板4下端的水平钢板通过夹具连接，所述超弹性形状记忆合金丝为镍钛合金丝。
当上下主板发生相向运动时，超弹性形状记忆合金丝受力分为两种，一种受拉，另一种无拉力，上、下副板间的橡胶板因受剪耗能；当上下主板发生背离运动时，超弹性形状记忆合金丝受力同样分为两种，一种受拉，另一种无拉力，上下副板间的橡胶板因受剪耗能。因此，当上下主板发生往返运动时，两种形状记忆合金交替受拉，发挥自复位能力，橡胶板始终因受剪变形而耗散掉大量地震能量。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，其特征在于：包括一对上下对称分布的上主板(2)和下主板(1)，在上主板(2)上固定连接有上副板(3)，在下主板(1)上固定连接有下副板(4)，上副板(3)和下副板(4)相互插接，在上副板(3)和下副板(4)之间垫有两块橡胶板(10)，在上副板(3)内侧设有超弹性形状记忆合金丝(9)；在上主板(2)的下方左右两侧分别连接有一对圆筒，在下主板(1)上方左右两侧分别连接有一对套于一对圆筒中的活塞，活塞在圆筒内做往返运动。
2.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，其特征在于：所述上副板(3)为框型架结构，由两侧平行分布的竖向钢板(16)、上部一定间距的两块水平钢板(15)和底框(17)连接构成，且底框(17)竖直部分的截面小于两侧竖向钢板(16)的截面，两侧竖向钢板(16)的上部分别设有活动孔(14)，活动孔(14)中心位置与上部两块水平钢板(15)的间隙具有同一水平高度。
3.根据权利要求2所述的一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，其特征在于：所述两块水平钢板(15)的间距和活动孔(14)的宽度相同，底框(17)的宽度小于两块水平钢板(15)的间距。
4.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，其特征在于：所述下副板(4)为框型架结构，由两侧平行分布的侧板(18)和两块具有一定间距的下部水平钢板(20)构成，在侧板(18)上端部设有开孔(19)。
5.根据权利要求4所述的一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，其特征在于：在两侧板(18)的开孔(19)之间贯穿有一窄板(11)；窄板(11)两端带有榫头，两端部的榫头通过螺栓连接在下副板(4)的开孔中。
6.根据权利要求4所述的一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，其特征在于：上副板(3)下端的底框(17)插入下副板(4)两块下部水平钢板(20)之间，上副板(3)下端的底框(17)上表面与下副板(4)下部水平钢板(20)上表面具有同一水平高度。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，其特征在于：超弹性形状记忆合金丝(9)连接在上副板(3)两块水平钢板(15)和下副板(4)下部水平钢板(20)之间。
8.根据权利要求7所述的一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，其特征在于：所述超弹性形状记忆合金丝(9)上端与上副板(3)上部的水平钢板(15)通过夹具连接，下端与下副板(4)的下部水平钢板(20)通过夹具连接。
9.根据权利要求7所述的一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，其特征在于：所述超弹性形状记忆合金丝(9)上端与固定在下副板(4)上端的窄板(11)通过夹具连接，下端与上副板(4)下端的下部水平钢板(20)通过夹具连接。
10.根据权利要求7所述的一种形状记忆合金自复位橡胶阻尼器，其特征在于：所述超弹性形状记忆合金丝(9)为镍钛合金丝。
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