CN112696076B - 一种sma自复位隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SMA自复位隔震支座，包括上连接板、下连接板，叠层橡胶、连接件、狗骨形SMA棒和带连接块的钢链以及吊环螺母，上连接板和下连接板上有螺栓孔，叠层橡胶置于上连接板和下连接板中间位置，与上连接板和下连接板采用螺栓连接，连接件通过螺栓和下连接板相连接，置下连接板，狗骨形SMA棒通过螺纹与下连接板上的连接件相连，另一端与带连接块的钢链相连，钢链另一端与上连接板的吊环螺母相连，支座的两侧布置有SMA棒和钢链，但不限于两侧布置，每一侧有两根SMA棒和钢链组合体，整体上SMA棒和钢链组合体上呈现X交叉型分布。本发明可以改善结构的隔震效果，减少震后的损失。

Description

一种SMA自复位隔震支座

技术领域

本发明属于土木工程防震减灾领域，是一种应用于结构和桥梁工程领域中的隔震构件，基于SMA棒具有良好的耗能能力和自复位性能。

背景技术

地震是人类从古至今面临的难题，它的到来不仅伴随着巨大财产损失，还给人们带来严重生命危险。随着地震工程的发展，对于建筑的保护，人们已经从传统的硬抗发展到现在的减震隔震技术。其中，减震体系由于隔震层刚度的减小，增大结构的自振周期，从小减小上部结构的位移和加速度响应，对于结构主体和附属结构都能起到很好的保护作用。在大震下，传统结构只能依靠自身塑性变形来耗散能力；隔震支座使得上部结构保持弹性状态，发生“刚体平动”。

地震后，依靠构件承载能力和塑性变形能力来耗能的传统结构会产生较大的残余变形，而较大残余变形的存在会严重损害结构整体抵抗余震的能力，并使建筑失去使用功能。对于建筑的震后可恢复性，也就是韧性，近年来成为一个热点话题。传统的橡胶支座虽然能耗散部分地震能力且提供一些自复位能力，但橡胶易老化而影响耐久性，且其在大震下可能因过大水平变形而难以复位。

为了解决这种问题，国内外学者研发了一些SMA自复位支座。形状记忆合金(SMA)是一种具有形状记忆效应和超弹性的新型智能材料。普通金属的弹性应变约0.2％，而SMA允许发生更大的应变，通常超弹性极限应变可以达到6％-8％，可恢复极限应变可达到10％，是普通金属的50倍；SMA产生大应变卸载后几乎没有残余变形，并形成饱满的滞回曲线。SMA相变完成后，继续加载会出现应力硬化现象，弹模极大増加，利用这种性能提高结构在大变形下的复位能力。如果将SMA棒作为阻尼器，合理布置到叠层橡胶支座上形成SMA橡胶支座，可以发挥两种材料各自的特性，延长结构周期、吸收输入能量，避免支座出现滑移或产生过大残余位移，从而大大降低震后损失。现有的SMA自复位支座多采用SMA丝和SMA绞线。SMA丝在转折点处的转角使其与支座转向装置发生摩擦和挤压，容易造成SMA丝材的损伤；SMA绞线则存在制作工艺复杂的情况。使用带螺纹的SMA棒与隔震支座连接，不仅制作工艺更简便，其性能也比SMA丝更稳定。除此之外，本发明小震时仅橡胶支座进入工作，保证了小震时刚度足够小，避免普通SMA隔震支座小震下刚度较大，对构件保护作用不佳的情况；大震下，SMA棒进入工作，增加隔震层刚度，避免隔震层出现过大的水平变形。

发明内容

针对现有隔震支座存在较大残余变形，自复位能力差，小震下对加速度敏感和速度敏感型的构件保护效果不佳或大震下隔震层水平变形过大的问题，本发明提出一种SMA自复位隔震支座，用以增强结构抵御地震的能力，减少震后的损失。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自复位隔震支座，包括：上连接板、下连接板、叠层橡胶、连接块、吊环螺母、狗骨形SMA棒和带连接块的钢链，所述的上连接板和下连接板上有螺栓孔，上连接板中的螺栓孔用于与上部结构进行连接，下连接板的螺栓孔与结构下部基础或下部结构相连接，所述的叠层橡胶置于上连接板和下连接板中间位置，与上连接板和下连接板采用螺栓连接，所述的连接件通过螺栓与下连接板相连接，置于下连接板，所述吊环螺母位于上联板，狗骨形SMA棒与连接件通过螺纹连接，SMA棒与带连接块的钢链也是通过螺纹连接，钢链则通过吊环螺母与上联板相连。

优选的，所述的狗骨形SMA棒置于上下连接板的两侧，但不限于两侧其中每一边有两根SMA棒和钢链组合。其中，外SMA棒的左端连接在下连接板的连接块上，右端连接在钢链的连接块上，钢链右端则连接在上连接板的吊环螺母上；内SMA棒的右端连接在下连接板的连接件上，左端连接在钢链的连接块上，钢链左端则连接在上连接板的吊环螺母。整体上看，两根SMA棒和钢链的组合件呈现X交叉型分布。

本发明提供的SMA叠层橡胶支座，在正常状态下，能够充分发挥传统叠层橡胶支座良好的弹性和足够的竖向刚度。在中小震下，水平方向的变形不大，仅松弛状态的钢链被拉紧，狗骨形SMA棒不进入工作，自复位能力由叠层橡胶提供，保证了足够小的刚度，有效对上部结构进行保护；在大震作用下，首先，叠层橡胶支座能够明显减少地震能量的输入，狗骨形SMA棒随着被拉紧的钢链被拉长，叠层橡胶支座、钢链和SMA棒组合件协同工作，提供良好的耗能能力和自复位能力，有效减轻地震对上部主体结构的损害，且SMA棒进入工作后，隔震层刚度变大，限制了大震下的水平位移，避免与相邻建筑物发生碰撞。值得注意，钢链需要具有一定强度，保证在以上整个过程中不被拉断。

本发明的有益效果：1.狗骨形SMA棒能够在为建筑结构减轻地震作用的同时，为隔震支座提供额外的恢复力，使结构可以在较大地震作用下回到初始位置。2.中小震下，仅有松弛状态的钢链被拉紧，狗骨形SMA棒不进入工作状态，相对于直接使用SMA棒X交叉布置，本发明更经济，且能保证小震下隔震层刚度较小，减小上部结构地震响应；大震下，比传统橡胶隔震层刚度大，有效限制水平位移。3.与SMA丝以及SMA绞线橡胶支座相比，本发明的力学性能稳定且易于加工，即便出现损坏，因为连接方式为机械连接，元件更换也十分便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明结构示意图。

图2是SMA自复位隔震支座主视图。

图3是SMA自复位隔震支座左视图。

图4是SMA自复位隔震支座俯视图。

图5是狗骨形SMA棒示意图。

图6是带连接块的钢链示意图。

图中：1、上连接板；2、下连接板；3、螺栓孔；4、叠层橡胶；5、连接件；6、带连接块的钢链；7、狗骨形SMA棒；8、吊环螺母。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1，本发明所述的SMA自复位隔震支座，包括上连接板1、下连接板2、叠层橡胶4、连接件5、带连接块的钢链6、狗骨形SMA棒7和吊环螺母8，所述的上连接板1和下连接板2上有螺栓孔3，上连接板1中的螺栓孔3与上部结构进行连接，下连接板2的螺栓孔3与结构下部基础或下部结构相连接，所述的叠层橡胶4置于上连接板1和下连接板2中间位置，与上连接板1和下连接板2采用螺栓连接，所述的连接件5通过螺栓与下连接板2相连接，置下连接板2，带连接块的钢链6通过吊环螺母8与上连接板1连接，狗骨形SMA棒7与连接件5和带连接块的钢链6都通过螺纹连接。

该叠层橡胶支座兼具普通橡胶支座的性能和SMA的超弹性性能，能够有效解决普通橡胶支座残余变形过大的问题，保证结构震后回复到原位。该支座在正常荷载时，能够充分发挥叠层橡胶支座良好的弹性和足够的竖向刚度。在中小震下，仅松弛状态的钢链被拉紧，狗骨形SMA棒不进入工作，自复位能力由橡胶叠合钢板提供，使隔震层刚度较小，有效保护上部结构；在大震作用下，支座位移进一步增大，钢链和狗骨形SMA棒被拉伸，狗骨形SMA棒屈服进入滞回耗能状态，耗散大量能量。狗骨形SMA棒在可恢复应变范围内均可提供足够的恢复力来控制叠层橡胶支座最大水平位移，震后狗骨形SMA棒超弹性可以使支座复位。SMA棒进入工作后，隔震层刚度增大，有效限制了隔震层水平位移。

优选的，狗骨形SMA棒和带连接块的钢链通过机械连接方式和其他部件相连，故可以在隔震支座经历较大地震作用屈服后进行更换，保证了该隔震支座的长期使用。

上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种改变，包括材料及连接方式等变化，但所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种SMA自复位隔震支座，其特征在于，包括：包括上连接板（1）、下连接板（2）、叠层橡胶（4）、连接件（5）、带连接块的钢链（6）和吊环螺母（8）和狗骨形SMA棒（7）；上连接板（1）中的螺栓孔（3）与上部结构进行连接，下连接板（2）的螺栓孔（3）与结构下部基础或下部结构相连接，所述的叠层橡胶（4）置于上连接板（1）和下连接板（2）中间位置；叠层橡胶（4）与上连接板（1）和下连接板（2）采用螺栓连接，所述的连接件（5）通过螺栓与下连接板（2）相连接，并置于下连接板（2）；所述吊环螺母（8）通过螺栓与上连接板（1）相连接，并置于上连接板（1）；

狗骨形SMA棒（7）和带连接块的钢链（6）置于上下连接板的两侧，每一侧有两根狗骨形SMA棒（7）和带连接块的钢链（6）连接的组合件，整体上SMA棒和钢链组合体上呈现X交叉型分布；一根狗骨形SMA棒（7）的左端连接在下连接板（2）的连接件上，右端通过螺纹连接在带连接块的钢链（6）上，带连接块的钢链（6）的另一端连接在上连接板（1）的吊环螺母（8）上；另一根狗骨形SMA棒（7）的右端连接在下连接板（2）的连接件（5）上，左端连接在带连接块的钢链（6）；带连接块的钢链（6）另一端连接在上连接板（1）的吊环螺母（8）；狗骨形SMA棒（7）与连接件（5）通过螺纹机械连接。

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