CN111764527A - 一种记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器 - Google Patents

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Abstract

一种记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器，属于防灾减震技术领域。记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器主要由上下半圆形外套管、楔形内芯、端板及记忆合金环构成。上下半圆形外套管和左右楔形内芯均为强度较高的钢材。左右楔形内芯分别与左右端板焊接。上下半圆形外套管内侧均有与楔形内芯形状吻合的凹槽，楔形内芯放置在上下半圆形外套管的凹槽里。记忆合金环将上下半圆形外套管环套在一起。本发明用可满足结构在地震作用下的变形和承载力要求。该阻尼器构造简单，工作机理明确，耗能性能与自复位性能能力强。本发明是为了解决普通耗能阻尼器在大震或中震作用下出现过量的残余变形而加大震后维护和重建成本以及耗能能力不足的问题。

Description

一种记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器
技术领域
本发明涉及土木工程抗震技术领域，是一种应用于建筑工程建设领域中的耗能减震构件，记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器具有良好的耗能能力和自复位能力。
背景技术
地震之所以会对结构造成巨大的损伤破坏，其原因主要是由于目前已有的结构还不具有完全抵抗复杂地震的能力。结构可能会遭受比设防烈度更强的地震作用，从而对其造成严重的损伤破坏，其中有些结构在震后虽然保持了结构整体的完整性使结构没有发生倒塌，但是由于结构在地震过程中产生了较大的塑性变形，致使结构在震后留有较大的残余变形。结构震后残余变形的存在会严重减小结构抵抗余震的能力，并且增加震后结构加固维修的费用甚至需要将结构推倒重建，从而造成了巨大的经济损失，同时也会影响人们的正常生活，所以震后结构的残余变形也是结构抗震性能设计需要考虑的一个重要性能指标。震后结构能够通过自复位或者快速加固修复技术使结构恢复正常使用功能越来越受到工程界专家学者的重视。目前，工程结构抗震需要达到新的性能目标：实现强震后工程结构、城市乃至整个社会能够快速修复使其恢复正常使用功能。2003年美国学者Brunean等第一次提出了结构可恢复功能抗震设计的概念，2009年美日学者在NEES/E-Defense美日地震工程第2阶段合作研究计划会议上提出将“可恢复功能城市”作为地震工程合作的大方向。实现可恢复功能城市的基本要求是设计和建造具有可恢复性功能的抗震结构，提高结构的抗震能力，保证桥梁震后具有可恢复性是目前结构工程学者设计和建造结构的目标任务。
自复位结构由于能够减少或者消除结构的残余变形，因此可以实现以上目标。另外，结构的耗能能力有助于减少结构的最大变形，因此自复位结构应与一定的耗能装置结合使用，这样才能同时降低最大变形和残余变形。选取最合适的阻尼器形式有利于将结构的地震反应降到最低。
发明内容
发明的目的是为了解决普通耗能阻尼器在大震或中震作用下出现过量的残余变形而加大震后维护和重建成本以及耗能能力不足的问题，为此提出一种新型记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器。
本发明为解决上述技术问题采取的方案如下。
一种记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器，其特征在于，主要由滑移摩擦耗能系统和记忆合金环自复位系统两部分来实现良好的耗能能力和自复位功能，包括楔形内芯(1)、半圆形外套管(2)、记忆合金环(3)、端板(4)；两个半圆形外套管(2)上下对合在一起形成整体的轴向水平的外套管，所述的半圆形外套管指的是外表面为截面为半圆形，外套管的内部核心具有与楔形内芯相匹配的凹槽；楔形内芯位于所述的凹槽内；所述的楔形内芯整体为板状结构，板面竖直且与外套管轴同面，板面为左右两个楔形面对接形成的中间上下凸起的尖状、尖状左右两边的上下两侧均线性向中间靠拢，使得端部上下两侧间距相对较小；外套管内部沿轴向配有两个楔形内芯，第一个楔形内芯的右端与第二个楔形内芯的左端之间具有相通间距空隙；所述的间距空隙为垂直轴向的截面与第一个楔形内芯的右端截面或/和第二个楔形内芯的左端截面相同；第一个楔形内芯的左端与第二个楔形内芯的右端分别各自与外套管外侧端部的一个端板固定连接在一起，优选焊接在一起；外套管凹槽与楔形内芯之间涂抹润滑油控制摩擦系数；
外套管外侧径向四周采用记忆合金环(3)进行固定紧固，沿轴向设有多个记忆合金环(3)。
两个半圆形外套管(2)之间具有空隙。
所述的滑移摩擦耗能系统其特征在于：上下半圆形外套管内侧有与楔形内芯形状相吻合的凹槽，楔形内芯放置在两个外套管内侧的凹槽里，外套管与内芯之间涂抹润滑油控制摩擦系数。左右楔形内芯分别焊接在左右两个端板上。上下外套管通过记忆合金环连接在一起，通过预拉记忆合金环为上下外套管提供预压力。当内芯受力发生移动时，通过外套管和内芯相互滑动产生的摩擦力来耗能。
所述的自复位系统其特征在于：将记忆合金环套在外套管上，通过预紧记忆合金环，为上下外套管提供预压力。记忆合金具有受拉可以恢复原状的特性，当内芯与外套管相互滑动时，上下外套管之间缝隙增大，套在外套管上的记忆合金环受拉直径变大，从而产生自恢复力。无论上下外套管受到的压力多大，都能通过楔面的正切值大于静摩擦系数来保证自复位功能的实现。
所述的半圆形外套管和楔形内芯由强度较高的钢材制成。
本发明的工作机理是：由于记忆合金环具有预拉力，当记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器受到轴向荷载小于内芯与外套管的静摩擦力时，内芯和外套管之间不发生相对滑动。当阻尼器受到的轴向荷载大于内芯与外套管的静摩擦力时，内芯与外套管开始发生相对滑动，此时摩擦部分开始耗能，上下外套管之间的缝隙增大。由于记忆合金环紧紧包裹在上下外套管表面，所以记忆合金环始终处于受拉伸长状态，此时记忆合金环为阻尼器提供自恢复力，且记忆合金环所受的张力随着内芯与外套管之间相对位移的增大而增加，同时，摩擦力也随之增大。
本发明可通过楔形内芯的形状控制阻尼器的可变形能力，同时通过楔形内芯楔形的角度、记忆合金环为外套管提供的预压力和内芯与外套管之间的摩擦系数控制阻尼器的承载力。随着内芯与外套管之间的相对滑移增大，记忆合金环所受的张力越大，内芯与外套管之间的摩擦力越大，从而增大阻尼器的承载力和阻尼，对于多性能目标或多水准地震动，这种自适应性有利于优化结构的抗震性能。而且该阻尼器构造简单，工作机理明确，耗能性能与自复位性能能力强。本发明的目的是为了解决普通耗能阻尼器在大震或中震作用下出现过量的残余变形而加大震后维护和重建成本以及耗能能力不足的问题。
附图说明
图1为记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器的结构正剖面图。
图2为记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器的结构俯剖面图。
图3为记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器的结构横截面图：1-1横截面图2-2横截面图3-3横截面图，分别对应图1和图2中的1-1截面、2-2截面、3-3截面。
图4为记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器图。
附图标记说明：
(1)—楔形内芯 (2)—半圆形外套管 (3)—记忆合金环 (4)—端板
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。结合附图说明新型记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器的实施方式。
实施例1
具体结构见图1-4。
所述的滑移摩擦耗能部分：左侧楔形内芯与左端板焊接，右侧楔形内芯与右端板焊接，上下半圆形外套管内侧有与楔形内芯形状相吻合的凹槽，将内芯放入到两个外套管内侧的凹槽，外套管与内芯表面之间通过涂抹润滑油来控制摩擦系数。上下半圆形外套管通过记忆合金环连接在一起，通过记忆合金环受拉使内芯和外套管之间产生压力。当内芯与外套管发生相对位移时，通过内芯和外套管的上下接触表面相对滑动产生的摩擦来耗能，同时两个内芯之间会留相应的距离，避免受压时两楔形内芯相撞。
所述的自复位部分：自复位主要通过记忆合金环和楔形形状的完美结合来实现。当楔形内芯和半圆形外套管发生相对位移的时候，上下半圆形外套管之间的缝隙将会增大，记忆合金环始终处于受拉张开状态，且自恢复力随着内芯与外套管的相对位移增大而增大。无论记忆合金环所受张力多大，都能通过楔面的正切值大于静摩擦系数来保证自复位功能的实现。

Claims (4)

1.一种记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器，其特征在于，主要由滑移摩擦耗能系统和记忆合金环自复位系统两部分来实现良好的耗能能力和自复位功能，包括楔形内芯(1)、半圆形外套管(2)、记忆合金环(3)、端板(4)；两个半圆形外套管(2)上下对合在一起形成整体的轴向水平的外套管，所述的半圆形外套管指的是外表面为截面为半圆形，外套管的内部核心具有与楔形内芯相匹配的凹槽；楔形内芯位于所述的凹槽内；所述的楔形内芯整体为板状结构，板面竖直且与外套管轴同面，板面为左右两个楔形面对接形成的中间上下凸起的尖状、尖状左右两边的上下两侧均线性向中间靠拢，使得上下两侧间距相对较小；外套管内部沿轴向配有两个楔形内芯，第一个楔形内芯的右端与第二个楔形内芯的左端之间具有相通间距空隙；所述的间距空隙为垂直轴向的截面与第一个楔形内芯的右端截面或/和第二个楔形内芯的左端截面相同；第一个楔形内芯的左端与第二个楔形内芯的右端分别各自与外套管外侧端部的一个端板固定连接在一起，优选焊接在一起；外套管凹槽与楔形内芯之间涂抹润滑油控制摩擦系数；
外套管外侧径向四周采用记忆合金环(3)进行固定紧固，沿轴向设有多个记忆合金环(3)。
2.按照权利要求1所述的一种记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器，其特征在于，将记忆合金环套在外套管上，通过预紧记忆合金环，为上下外套管提供预压力；记忆合金具有受拉可以恢复原状的特性，当内芯与外套管相互滑动时，上下外套管之间缝隙增大，套在外套管上的记忆合金环受拉直径变大，从而产生自恢复力。
3.按照权利要求1所述的一种记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器，其特征在于，两个半圆形外套管(2)之间具有空隙。
4.按照权利要求1所述的一种记忆合金环滑移摩擦自复位耗能阻尼器，其特征在于，所述的半圆形外套管和楔形内芯由钢材制成。
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