CN109505364B - 带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能钢支撑 - Google Patents

带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能钢支撑 Download PDF

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Abstract

本发明涉及消能减震建筑技术领域，尤其涉及一种带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能支撑。本发明包括核心形状记忆合金阻尼器及十字形钢柱，其中，形状记忆合金阻尼器由两套内外套筒组成，内外套筒之间设置滑槽使得两者可按轨道相对滑动，两段内套筒之间及内套筒和外套筒之间均通过预张拉超弹性形状记忆合金筋连接，形状记忆合金阻尼器外端板与十字形钢柱连接。其特征在于，不论支撑处于受拉还是受压工作状态，该装置都能通过形状记忆合金阻尼器中内外套筒的相对滑动使得超弹性形状记忆合金筋处于受拉的工作状态，赋予支撑稳定、良好的自复位及耗能能力，有效提高建筑的抗震性能。

Description

带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能钢支撑
技术领域
本发明涉及消能减震建筑技术领域，尤其涉及一种带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能支撑。
背景技术
地震具有随机性、突发性和不确定性的特点，是一种极具破坏性的自然灾害。如何有效减小工程结构在地震等动力荷载作用下的响应及控制结构残余变形，从而提高结构抵御自然灾害的能力一直是土木工程领域中的研究热点。
耗能支撑可提高框架结构的侧向刚度和强度，在地震发生时可有效耗散地震能量，是一种被实际工程证明了的有效且经济的结构形式。然而传统支撑容易受压屈曲，且可能较早的退出工作导致耗能能力不足；而屈曲约束支撑、摩擦耗能支撑等新型的耗能支撑虽然能够防止支撑构件过早退出工作从而发挥较好的耗能能力，但强震后的永久变形不易修复，往往需要整根更换，造成浪费。
形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性等特点，其中超弹性效应是一种特殊的滞回耗能特性，其具有允许变形大且变形可恢复等优点，将这一材料与现有耗能减震装置相结合，可弥补部分传统装置性能上的不足，但形状记忆合金材料存在的拉压力学性能的不对称性也给其合理的应用带来了挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能钢支撑，以解决现有技术中钢框架支撑存在的消能减震效果差及残余变形不可恢复等技术问题。
本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能支撑包括形状记忆合金阻尼器及十字形钢柱，其中，形状记忆合金阻尼器由两套方钢管内套筒、方钢管外套筒及超弹性形状记忆合金筋组成，十字形钢柱一侧的端板与形状记忆合金阻尼器外套筒连接，另一端带螺栓孔的半圆形连接板与建筑结构相连接。
进一步的，所述的内套筒外壁上沿截面的一条对称轴对称设有凹槽状轨道，该凹槽状轨道在靠近支撑中间的一侧为凹槽状，在靠近支撑端部的一侧为矩形；所述的外套筒在内壁上与凹槽状轨道相对应的位置设有凸起状轨道，该凸起状轨道在靠近支撑中间的一侧为凸起状，在靠近支撑端部的一侧为矩形；内套筒与外套筒之间可通过滑槽连接并沿轨道相对滑动。
内套筒在靠近支撑端部一侧的外壁上沿截面的另一条对称轴对称设有带孔的连接板，且内套筒两端均设置四角带孔的阻尼器内端板；外套筒在靠近支撑中间的一侧沿截面的另一条对称轴对称设有带孔的连接板；两段内套筒之间通过在带孔的阻尼器内端板中穿入超弹性形状记忆合金筋Ⅰ并张拉锚固连接，而两套内套筒与外套筒则分别通过在内套筒带孔连接板和外套筒带孔连接板中穿入超弹性形状记忆合金筋Ⅱ，并张拉锚固实现连接。
当支撑不受力时，超弹性形状记忆合金筋上预加的拉力使得构件中的内套筒之间、内套筒与外套筒之间均紧密连接且不发生相对移动；当支撑受拉时，十字形钢柱及外套筒带动两段内套筒之间背向移动，此时连接两段内套筒的超弹性形状记忆合金筋Ⅰ受拉，而内套筒和外套筒之间未发生相对移动，因此连接两者的超弹性形状记忆合金筋Ⅱ不受力；当支撑受压时，内套筒之间紧密连接无缝隙，其内的超弹性形状记忆合金筋Ⅰ不受力，而十字形钢柱连接两段外套筒沿内套筒上的滑槽相对运动，内套筒及外套筒之间发生相对移动，连接两者的超弹性形状记忆合金筋Ⅱ受拉。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）十字形钢柱与形状记忆合金阻尼器组合成的钢支撑具有集耗能与自复位功能于一体的作用，在地震作用下能发挥良好的滞回性能，且震后不会产生残余变形，可极大减少震后修复的工作及成本。
（2）核心的形状记忆合金阻尼器在内套筒与内套筒、内套筒与外套筒的连接中使用两套超弹性形状记忆合筋，通过套筒之间的相对移动，形状记忆材料在支撑受拉或受压时都能保持受拉状态，能够保证支撑具有稳定、良好的自复位及耗能能力，有效提高建筑的抗震性能。
（3）本发明中，超弹性形状记忆合金通过预张拉锚固于内端板上，其直径可根据实际工程受力情况自由选择，不受限制，且连接简便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为形状记忆合金阻尼器组装立体示意图。
图3为支撑不受力时形状记忆合金阻尼器剖面滑槽相对位置图。
图4为支撑受拉时形状记忆合金阻尼器剖面滑槽相对位置图。
图5为支撑受压时形状记忆合金阻尼器剖面滑槽相对位置图。
图中：1、形状记忆合金阻尼器；2、十字形钢柱；3、方钢管内套筒；4、方钢管外套筒；5、凹槽状轨道；6、内套筒带孔连接板；7、阻尼器内端板；8、凸起状轨道；9、外套筒带孔连接板；10、超弹性形状记忆合金筋Ⅰ；11、超弹性形状记忆合金筋Ⅱ；12、十字形钢柱端板；13、带螺栓孔的半圆形连接板。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明的一种带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能支撑包括形状记忆合金阻尼器1及十字形钢柱2，十字形钢柱一侧的端板12与形状记忆合金阻尼器方钢管外套筒4连接，另一端带螺栓孔的半圆形连接板13与建筑结构相连接。
如图2所示，形状记忆合金阻尼器1由两套方钢管内套筒3、外套筒4及超弹性形状记忆合金筋10、11组成；内套筒3外壁上沿截面的一条对称轴对称设有凹槽状轨道5，该凹槽状轨道5在靠近支撑中间的一侧为凹槽状，在靠近支撑端部的一侧为矩形；所述的外套筒4在内壁上与凹槽状轨道5相对应的位置设有凸起状轨道8，该凸起状轨道8在靠近支撑中间的一侧为凸起状，在靠近支撑端部的一侧为矩形；内套筒3与外套筒4之间可通过滑槽连接并沿轨道相对滑动。
内套筒3在靠近支撑端部一侧的外壁上沿截面的另一条对称轴对称设有内套筒带孔连接板6，内套筒3两端均设置四角带孔的阻尼器内端板7；外套筒4在靠近支撑中间的一侧沿截面的另一条对称轴对称设有外套筒带孔连接板9；两段内套筒3之间通过在带孔的阻尼器内端板7中穿入超弹性形状记忆合金筋Ⅰ10并张拉锚固连接；在内套筒带孔连接板6和外套筒带孔连接板9中穿入超弹性形状记忆合金筋Ⅱ11并张拉锚固，将两套内套筒3与外套筒4分别连接。
如图2、3所示，当支撑不受力时，超弹性形状记忆合金筋上预加的拉力使得形状记忆合金阻尼器1中的内套筒3之间、内套筒3与外套筒4之间均紧密连接且不发生相对移动。
如图1、4所示，当支撑受拉时，十字形钢柱2及外套筒4带动两段内套筒3之间背向移动，此时连接两段内套筒3的超弹性形状记忆合金筋Ⅰ10受拉，而内套筒3和外套筒4之间未发生相对移动，因此连接两者的超弹性形状记忆合金筋Ⅱ11不受力。
如图1、5所示，当支撑受压时，内套筒3之间紧密连接无缝隙，其内的超弹性形状记忆合金筋Ⅰ10不受力，而十字形钢柱2连接两段外套筒4沿内套筒上3的滑槽相对运动，内套筒3及外套筒4之间发生相对移动，连接两者的超弹性形状记忆合金筋Ⅱ11受拉。
以上所述仅为本发明的优选实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的实质范围之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能支撑，包括形状记忆合金阻尼器(1)及十字形钢柱(2)，其特征在于形状记忆合金阻尼器(1)由两套方钢管内套筒(3)及方钢管外套筒(4)组成；每段方钢管内套筒(3)均在端头处套筒内壁上设带孔的阻尼器内端板(7)，两段方钢管内套筒的连接通过在其中穿入超弹性形状记忆合金筋Ⅰ(10)，并在带孔的阻尼器内端板(7)上张拉锚固来实现；每段方钢管内套筒在外侧端头处套筒外壁上对称设有两块内套筒带孔连接板(6)，每段方钢管外套筒在内侧端头处套筒内壁上对称设有两块外套筒带孔连接板(9)，每套方钢管内套筒(3)与方钢管外套筒(4)的连接通过在内套筒带孔连接板(6)及外套筒带孔连接板(9)中穿入超弹性形状记忆合金筋Ⅱ(11)并张拉锚固实现，超弹性形状记忆合金筋Ⅱ(11)一端锚固在内套筒带孔连接板(6)上，另一端锚固在外套筒带孔连接板(9)上 ；形状记忆合金阻尼器方钢管外套筒(4)与十字形钢柱端板(12)连接，十字形钢柱(2)通过其端部带螺栓孔的半圆形连接板(13)与建筑结构相连接。
2.根据权利要求1所述的带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能支撑，其特征在于，所述的方钢管内套筒(3)外壁上沿截面的一条对称轴对称设有凹槽状轨道(5)，该凹槽状轨道(5)在靠近支撑中间的一侧为凹槽状，在靠近支撑端部的一侧为矩形；在靠近支撑端部一侧的外壁上沿截面的另一条对称轴对称设有内套筒带孔连接板(6)，方钢管内套筒(3)两端均设置四角带孔的阻尼器内端板(7)。
3.根据权利要求1所述的带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能支撑，其特征在于，所述的方钢管外套筒(4)在内壁上与凹槽状轨道(5)相对应的位置设有凸起状轨道(8)，该凸起状轨道(8)在靠近支撑中间的一侧为凸起状，在靠近支撑端部的一侧为矩形；在靠近支撑中间的一侧沿截面的另一条对称轴对称设有外套筒带孔连接板(9)。
4.根据权利要求1所述的带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能支撑，其特征在于，所述的方钢管内套筒(3)与方钢管外套筒(4)之间可通过凹槽状轨道(5)及凸起状轨道(8)实现滑槽连接并沿轨道相对滑动。
5.根据权利要求1所述的带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能支撑，其特征在于，十字形钢柱(2)在与形状记忆合金阻尼器(1)连接的一侧设置十字形钢柱端板(12)，另一侧设置带螺栓孔的半圆形连接板(13)。
6.根据权利要求1所述的带形状记忆合金阻尼器的自复位耗能支撑，其特征在于，当支撑不受力时，超弹性形状记忆合金筋上预加的拉力使得形状记忆合金阻尼器1中的方钢管内套筒(3)之间、方钢管内套筒(3)与方钢管外套筒(4)之间均紧密连接且不发生相对移动；当支撑受拉时，两段十字形钢柱(2)及方钢管外套筒(4)带动方钢管内套筒(3)之间背向移动，此时连接两段方钢管内套筒(3)的超弹性形状记忆合金筋Ⅰ(10)受拉，而方钢管内套筒(3)和方钢管外套筒(4)之间未发生相对移动，连接两者的超弹性形状记忆合金筋Ⅱ(11)不受力；当支撑受压时，方钢管内套筒(3)之间紧密连接无缝隙，其内的超弹性形状记忆合金筋Ⅰ(10)不受力，而十字形钢柱(2)连接两段方钢管外套筒(4)沿方钢管内套筒(3)上的滑槽相对运动，方钢管内套筒(3)及方钢管外套筒(4)之间发生相对移动，连接两者的超弹性形状记忆合金筋Ⅱ(11)受拉。
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