CN113482189B - 一种基于形状记忆合金的相邻建筑连接阻尼器 - Google Patents

一种基于形状记忆合金的相邻建筑连接阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于形状记忆合金的相邻建筑连接阻尼器，包括沿两建筑的间距方向平行设置的第一元件、第二元件和两组均施加有预应力的形状记忆合金；两元件的一端通分别过滑块及配套的导轨与其中一个建筑滑动连接，两元件的另一端与另一个建筑固定连接，且与两元件的一端连接的滑块及配套的导轨位于不同的建筑上；两组形状记忆合金沿两建筑的间距方向依次设置且通过三块均具有自由端的安装板设置于两元件之间；两组形状记忆合金的相邻端与固定于其中一个元件一侧的安装板固定连接，另一端分别与固定于另一个元件一侧的安装板固定连接。本发明结构简单，便于安装，并且具有可靠的振动控制性能，能够提高连接建筑系统的安全性、舒适型、稳定性。

Description

一种基于形状记忆合金的相邻建筑连接阻尼器
技术领域
本发明属于土木结构振动控制装置技术领域，特别涉及一种基于形状记忆合金的相邻建筑连接阻尼器。
背景技术
由于土地资源有限、人口众多，在城市建设中往往会出现毗邻的高层建筑。通常，高层建筑具有较低的固有阻尼，并且它们中的大多数都是单独建设的，没有组件将相邻的两个建筑物进行连接。在历史地震中，相邻建筑物的相互冲击问题会造成严重的结构破坏。另一方面，少数相邻的建筑通过结构构件相互连接，例如马来西亚双子塔。这种新型系统被称为“连接建筑系统”(linked building system，LBS)，已成为土木工程研究的重要课题。除了实用的功能(如作为紧急情况下的逃生路线)和美学功能，结构连接装置还可以用于结构振动控制目的。连接控制方法(connected control method，CCM)允许两种动态特性不同的结构在地震作用下相互产生控制力，以抑制连接建筑系统的整体响应，大量研究证明了连接控制方法是一种有效的振动抑制措施。配置连接阻尼器的连接建筑系统能够避免冲击问题并减轻风或地震引起的结构动力响应。
传统的抗振装置(如金属屈服型阻尼器)，在耐久性和维护方面具有明显的局限性。在强震发生后，传统阻尼器会产生不可恢复的塑性变形。因此大多数通过非弹性变形耗散结构振动能量的传统阻尼器在强震发生后都需要更换。形状记忆合金(shape memoryalloys，SMA)具有超弹性的力学特性，同时由于其高效的温度释放能力而具有高阻尼性能，因此在振动控制领域中是首选的阻尼材料。另一方面，形状记忆合金具有良好的耐久性，其抗腐蚀性好，使用年限长。现有的阻尼器设计中，基于形状记忆合金的阻尼器设计方案通常是基于单一的结构，鲜有基于相邻建筑的连接阻尼器设计方案。
发明内容
为了利用形状记忆合金的高阻尼性能对地震作用下相邻建筑的动力响应进行抑制，同时避免冲击问题的产生，本发明的目的在于提供一种基于形状记忆合金的相邻建筑连接阻尼器，无论相邻建筑物的相对运动方向是远离或靠近，均能使一部分形状记忆合金处于拉伸的状态，以充分发挥形状记忆合金的阻尼作用，提高连接建筑系统的安全性、舒适型和稳定性，且该阻尼器不需要复杂的机械元件和加工工艺，易于安装维护。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提出的一种基于形状记忆合金的相邻建筑连接阻尼器，设置于相邻的两建筑之间，其特征在于，包括沿两建筑的间距方向平行设置的第一元件、第二元件和两组均施加有预应力的形状记忆合金；所述第一元件和第二元件的一端通分别过滑块及配套的导轨与其中一个建筑滑动连接，所述第一元件和第二元件的另一端与另一个建筑固定连接，且与所述第一元件和第二元件的一端连接的滑块及配套的导轨位于不同的建筑上；两组形状记忆合金沿两建筑的间距方向依次设置且通过三块均具有自由端的安装板设置于所述第一元件和第二元件之间；两组形状记忆合金的相邻端与固定于其中一个元件一侧的安装板固定连接，两组形状记忆合金的另一端分别与固定于另一个元件一侧的安装板固定连接。
进一步地，设两个相邻建筑具有的楼层数分别为n1和n2层，且n1≥n2；设相邻两建筑之间共有m个所述连接阻尼器，两个相邻建筑的每个楼层设有1个或0个所述连接阻尼器；当相邻建筑系统受到水平方向的地震加速度
Figure BDA0003110793280000021
时，则设有m个所述连接阻尼器的相邻建筑系统的动力学方程描述如下：
Figure BDA0003110793280000022
其中：x1，x2分别是两个相邻建筑的位移向量；符号
Figure BDA0003110793280000023
和符号
Figure BDA0003110793280000024
分别表示变量对于时间的一阶导数和二阶导数；E是(n1+n2)维度的常数向量，其元素均为1，
Figure BDA0003110793280000025
表示地震激励向量；M1，M2分别是两个相邻建筑的质量矩阵；C1，C2分别是两个相邻建筑的阻尼矩阵；K1，K2分别是两个相邻建筑的刚度矩阵；FSMA是所有连接阻尼器带来的阻尼力向量，该阻尼力向量的维度为n2，记阻尼力向量FSMA中的各元素为FSMA，i，i＝1，2，…，n2，当两个相邻建筑的第i层未安装所述连接阻尼器时，FSMA，i＝0，当两个相邻建筑的第i层安装有所述连接阻尼器时，FSMA，i的计算公式如下：
Figure BDA0003110793280000026
式中，Ai，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的横截面积；σi，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的应力，J是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中形状记忆合金丝的总条数；σi，j＜0代表形状记忆合金丝处于松弛状态，此时不产生阻尼力；σi，j≥0代表形状记忆合金丝处于拉伸状态，此时产生阻尼力；形状记忆合金丝的应力σi，j通过下式计算：
Figure BDA0003110793280000031
其中，ρi，j、εl，i，j、ξi，j、Ci，j、T0，ij、Ti，j、ki，j、Vi，j和Lp，i，j分别是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的密度、最大残余应变、马氏体体积分数、比热容、初始温度、变形时的温度、传热系数、体积和潜热系数；符号
Figure BDA0003110793280000032
表示变量对于时间的一阶导数；潜热系数Lp，i，j通过下式计算：
Figure BDA0003110793280000033
其中，L0，i，j和εi，j分别是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的初始潜热系数和应变；e是自然对数的底数；a1和a2是通过实验标定测得的形状记忆合金的材料参数。
相较于现有技术，本发明的具体特点及有益效果体现如下：
1、本发明利用形状记忆合金的高阻尼特性制成阻尼器，在耐久性和维护方面具有优势。
2、本发明连接阻尼器的构件不需要复杂的机械元件和加工工艺，简易方便，安装快捷。
3、地震作用下，相邻的高层建筑结构由于不同动力特性的差异，并且没有足够的间距，容易遭受相互碰撞破坏，这是导致结构损伤甚至倒塌的关键原因之一。本发明可以避免相邻高层建筑在地震作用下的相互冲击碰撞问题，减少地震灾害造成的损失。
4、本发明可以有效降低相邻建筑在风荷载或者地震荷载下的动力响应，提高建筑物的安全性和舒适性。
5、本发明的连接阻尼器通过两个元件及设置于不同建筑上的滑块和导轨，使得相邻建筑无论是相互靠近还是远离，总有一组形状记忆合金被拉伸，进而发挥阻尼作用。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于形状记忆合金的相邻建筑连接阻尼器的结构示意图。
图2为图1所示连接阻尼器的俯视图。
图3为图1所示连接阻尼器安装于两个相邻的三层框架建筑之间的结构示意图。
图4为试验实施例的连接阻尼器尺寸图(单位：mm)。
图5为试验实施例的相邻框架建筑在Taft地震波荷载试验下的加速度时程曲线。
图6为试验实施例的相邻框架建筑在Kobe地震波荷载试验下的加速度时程曲线。
图中附图标记：
1-第一元件；11、12-第一元件内侧的两块安装板；2-第二元件；21-第二元件内侧的安装板；31、32—滑块；41、42—导轨；51、52—形状记忆合金。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例，对发明的一种基于形状记忆合金的相邻建筑连接阻尼器做进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
如图1～3所示，本发明实施例的一种基于形状记忆合金的相邻建筑连接阻尼器，设置于相邻的两建筑之间(可以是相邻两建筑的底层、中层、高层或者顶部，根据具体的工况进行设定)，且相邻两建筑的净间距不超过该两相邻建筑中高度较低的建筑楼高的1/2，记相邻的两建筑分别为建筑A和建筑B。本相邻建筑连接阻尼器包括沿两建筑的间距方向平行设置的第一元件1、第二元件2和两组均施加有预应力的形状记忆合金51、52；第一元件1和第二元件2的一端通分别过滑块31、32及配套的导轨41、42与其中一个建筑的顶部滑动连接，第一元件1和第二元件2的另一端与另一个建筑的顶部固定连接，且与第一元件1和第二元件2的一端连接的滑块31、32及配套的导轨41、42位于不同的建筑顶部；两组形状记忆合金51、52沿两建筑的间距方向依次设置且通过三块均具有自由端的安装板(11、12、21)设置于第一元件1和第二元件2之间；两组形状记忆合金的相邻端与固定于其中一个元件一侧的安装板固定连接，两组形状记忆合金的另一端分别与固定于另一个元件一侧的安装板固定连接。
本发明实施例中各组成部件的具体实现方式及功能说明如下：
本实施例的连接阻尼器中，第一元件1，第二元件2，滑块31、32和导轨41、42均采用钢(除了钢材外，其余满足下述挠度要求的材料也可作为第一元件1、第二元件2、滑块31、32和导轨41、42的材料)制成，第一元件1和第二元件2可以是一体成型或者是组装的构件。本实施例中，第一元件1的一端固定于建筑A上，另一端通过滑块3和配套的导轨4连接于建筑B上，第一元件1的一端可随滑块31在导轨41上自由滑动；第二元件2一端固定于建筑B上，另一端通过另一个滑块32和配套的导轨42连接于建筑A上。一组形状记忆合金51以一定的预应力固定安装于位于第一元件1内侧的一块安装板11和位于第二元件2内侧的一块安装板21之间，另一组形状记忆合金52以一定的预应力固定安装于位于第一元件内侧的另一块安装板12和位于第二元件2内侧的一块安装板21之间；各安装板的一端与相应的元件内侧相固定(如焊接固定，或者通过连接件固定)，各安装板的另一端为自由端，各形状记忆合金的一端与相应的安装板之间通过螺栓固定，具体地，将形状记忆合金的端部缠绕在螺栓上，螺栓在安装板上拧紧。两组形状记忆合金上均施加有预应力，使得每组形状记忆合金产生约0.5％的预应变，确保形状记忆合金处于拉紧的状态，可以在相邻建筑产生相对位移时提高阻尼器的耗能。假设建筑A保持静止，当建筑B向建筑A靠近时，一组形状记忆合金51处于松弛状态，另一组形状记忆合金52处于拉伸状态；当建筑B远离建筑A时，一组形状记忆合金51处于拉伸状态，另一组形状记忆合金52处于松弛状态。因此，当建筑A和建筑B发生相对移动时，其中一组形状记忆合金51或52被拉伸发挥阻尼作用，另一组形状记忆合金52或51处于松弛状态。
本实施例中各部件的尺寸选取原则如下：第一元件1和第二元件2的长度应一致并大于相邻两建筑之间的净间距；第一元件1和第二元件2在垂直水平面的方向应具有较大的截面刚度，以防止元件因自身重力产生较大的挠度，具体地，挠度应小于等于相邻建筑净间距的0.25％。两组形状记忆合金的长度相同，每组形状记忆合金51或52含有至少一条形状记忆合金丝，且各条形状记忆合金丝之间相互平行排列。此外，还需结合相邻两建筑的动力特性和设计地震级别来确定每组形状记忆合金的长度、横截面尺寸和条数，具体地，每组形状记忆合金参数的选取使得在设计地震荷载下其应变值约为8％。
下面对使用本连接阻尼器的相邻建筑系统的动力学方程描述：
设两个相邻建筑具有的楼层数分别为n1和n2层，且n1≥n2，设相邻建筑系统的自由度为N，N＝n1+n2；设相邻两建筑之间共有m个分别安装在该相邻两建筑不同楼层间的连接阻尼器(每个楼层设有1个或0个连接阻尼器)；当相邻建筑系统受到水平方向的地震加速度
Figure BDA0003110793280000051
对，则设有所述连接阻尼器的相邻建筑系统的动力学方程描述如下：
Figure BDA0003110793280000052
其中：
x1，x2分别是两个相邻建筑的位移向量；符号
Figure BDA0003110793280000053
和符号
Figure BDA0003110793280000054
分别表示变量对于时间的一阶导数和二阶导数；
M1，M2分别是两个相邻建筑的质量矩阵，计算公式为：
Figure BDA0003110793280000055
Figure BDA0003110793280000056
式中，m1，i和m1，s分别是两个相邻建筑中较高建筑第i层和第s层的质量，m2，i是两个相邻建筑中较低建筑第i层的质量，1≤i≤s≤n2≤n1；
C1，C2分别是两个相邻建筑的阻尼矩阵，计算公式为：
Figure BDA0003110793280000061
Figure BDA0003110793280000062
其中，较高建筑的阻尼矩阵C1中c1，l表示该建筑第l层的阻尼；较低建筑的阻尼矩阵C2中c2，p表示该建筑第p层的阻尼，1≤l≤n1，1≤p≤n2；
K1，K2分别是两个相邻建筑的刚度矩阵，计算公式为：
Figure BDA0003110793280000063
Figure BDA0003110793280000064
其中，较高建筑的刚度矩阵K1中k1，q表示该建筑第q层的刚度；较低建筑的刚度矩阵K2中k2，t表示该建筑第t层的刚度，1≤q≤n1，1≤t≤n2；
FSMA是所有连接阻尼器带来的阻尼力向量，设该阻尼力向量的维度为n2，记阻尼力向量FSMA中的各元素为FSMA，i，i＝1，2，…，n2，当两个相邻建筑的第i层安装有连接阻尼器时，阻尼力向量FSMA的第i个元素FSMA，i为该层阻尼器产生的阻尼力，当两个相邻建筑的第i层未安装连接阻尼器时，FSMA的第i个元素FSMA，i为0。当两个相邻建筑的第i层安装有连接阻尼器，则FSMA的第i个元素的计算公式写作：
Figure BDA0003110793280000065
其中，Ai，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的横截面积。σi，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的应力，J是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中形状记忆合金丝的总条数；连接阻尼器的阻尼力来自于其内的形状记忆合金，当形状记忆合金处于松弛状态时(此时σi，j＜0)不产生阻尼力，当形状记忆合金处于拉伸状态时(此时σi，j≥0)产生阻尼力；形状记忆合金丝的应力σi，j通过下式计算：
Figure BDA0003110793280000071
其中，ρi，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的密度；εl，i，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的最大残余应变；ξi，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的马氏体体积分数；Ci，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的比热容；T0，ij是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的初始温度；Ti，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝变形时的温度，Ti，j与ξi，j通过四阶龙格库塔法同时进行求解；ki，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的传热系数；Vi，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的体积；符号
Figure BDA0003110793280000072
表示变量对于时间的一阶导数；Lp，i，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的潜热系数，通过下式计算：
Figure BDA0003110793280000073
其中，L0，i，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的初始潜热系数(准静态加载下的潜热系数)；εi，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的应变；e是自然对数的底数；a1和a2是形状记忆合金的材料参数，需要通过实验标定(标定方法参见论文《Strain rate dependent formulation of thelatent heat evolution of superelastic shape memory alloy wires incorporatedin multistory frame structures》，作者Andreas Kaup、Hao Ding、Jinting Wang、OkyayAltay，期刊Journal of Intelligent Material Systems and Structures，年份2020年)。
为验证本发明连接阻尼器的控制效果，基于真实的物理模型试验对其控制效果进行验证。如图4所示，试验实施例的阻尼器模型中，第一元件1和第二元件2的长度均为1223mm，滑块31、32的尺寸为56mm×36mm，导轨41、42的长度为300mm，滑块31、32的初始位置位于导轨41、42的正中间，第一元件1的安装板11和安装板12之间的净距为190mm，第二元件2的安装板21的初始位置位于第一元件1的安装板11和安装板12的正中间(安装板2l与安装板11、安装板12之间的净距均为90mm)，两组形状记忆合金51和52的初始长度均为100mm，且形状记忆合金51或52的条数均为2。形状记忆合金51和52的其他材料参数：直径0.2mm，主要元素构成镍-55.90％-钛-43.95％，马氏体、奥氏体起始温度247.7K、263.2K，马氏体、奥氏体结束温度231.4K、285.2K，马氏体、奥氏体的杨氏模量14100N/mm2，29000N/mm2。采用两个相邻三层刚架模型作为受控结构(即相邻的建筑A和建筑B)，两个刚架的总质量均为55.39kg，层质量均为14.27kg，层间刚度均为0.7m，设有导轨41的刚架的前三阶自振频率分别为2.51Hz，7.60Hz，11.85Hz，设有导轨42的刚架的前三阶自振频率分别为2.17Hz，7.11Hz，11.16Hz。试验实施例中将连接阻尼器安装于刚架Ⅰ和刚架Ⅱ的第二层(如图3所示)，分别采用Taft和Kobe地震波作为激励进行振动台试验。图5、图6分别展示了刚架Ⅰ和刚架Ⅱ在Taft地震波、Kobe地震波荷载试验下的加速度时程曲线，可以看出连接阻尼器对相邻建筑的动力响应具有很好的抑制作用，安装阻尼器后的刚架Ⅰ和刚架Ⅱ的各层加速度响应都有明显的降低。试验结果验证了连接阻尼器的有效性和实用性。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于形状记忆合金的相邻建筑连接阻尼器，设置于相邻的两建筑之间，其特征在于，包括沿两建筑的间距方向平行设置的第一元件、第二元件和两组均施加有预应力的形状记忆合金；所述第一元件和第二元件的一端通分别过滑块及配套的导轨与其中一个建筑滑动连接，所述第一元件和第二元件的另一端与另一个建筑固定连接，且与所述第一元件和第二元件的一端连接的滑块及配套的导轨位于不同的建筑上；两组形状记忆合金沿两建筑的间距方向依次设置且通过三块均具有自由端的安装板设置于所述第一元件和第二元件之间；两组形状记忆合金的相邻端与固定于其中一个元件一侧的安装板固定连接，两组形状记忆合金的另一端分别与固定于另一个元件一侧的安装板固定连接。
2.根据权利要求1所述的相邻建筑连接阻尼器，其特征在于，
设两个相邻建筑具有的楼层数分别为n1和n2层，且n1≥n2；设相邻两建筑之间共有m个所述连接阻尼器，两个相邻建筑的每个楼层设有1个或0个所述连接阻尼器；当相邻建筑系统受到水平方向的地震加速度
Figure FDA0003110793270000011
时，则设有m个所述连接阻尼器的相邻建筑系统的动力学方程描述如下：
Figure FDA0003110793270000012
其中：x1，x2分别是两个相邻建筑的位移向量；符号
Figure FDA0003110793270000013
和符号
Figure FDA0003110793270000014
分别表示变量对于时间的一阶导数和二阶导数；E是(n1+n2)维度的常数向量，其元素均为1，
Figure FDA0003110793270000015
表示地震激励向量；M1，M2分别是两个相邻建筑的质量矩阵；C1，C2分别是两个相邻建筑的阻尼矩阵；K1，K2分别是两个相邻建筑的刚度矩阵；FSMA是所有连接阻尼器带来的阻尼力向量，该阻尼力向量的维度为n2，记阻尼力向量FSMA中的各元素为FSMA，i，i＝1，2，…，n2，当两个相邻建筑的第i层未安装所述连接阻尼器时，FSMA，i＝0，当两个相邻建筑的第i层安装有所述连接阻尼器时，FSMA，i的计算公式如下：
Figure FDA0003110793270000016
式中，Ai，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的横截面积；σi，j是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的应力，J是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中形状记忆合金丝的总条数；σi，j＜0代表形状记忆合金丝处于松弛状态，此时不产生阻尼力；σi，j≥0代表形状记忆合金丝处于拉伸状态，此时产生阻尼力；形状记忆合金丝的应力σi，j通过下式计算：
Figure FDA0003110793270000021
其中，ρi，j、εl，i，j、ξi，j、Ci，j、T0，ij、Ti，j、ki，j、Vi，j和Lp，i，j分别是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的密度、最大残余应变、马氏体体积分数、比热容、初始温度、变形时的温度、传热系数、体积和潜热系数；符号
Figure FDA0003110793270000022
表示变量对于时间的一阶导数；潜热系数Lp，i，j通过下式计算：
Figure FDA0003110793270000023
其中，L0，i，j和εi，j分别是两个相邻建筑的第i层安装的连接阻尼器中第j条形状记忆合金丝的初始潜热系数和应变；e是自然对数的底数；a1和a2是通过实验标定测得的形状记忆合金的材料参数。
3.根据权利要求1或2所述的相邻建筑连接阻尼器，其特征在于，相邻两建筑的净间距不超过该两相邻建筑中高度较低的建筑楼高的1/2。
4.根据权利要求1或2所述的相邻建筑连接阻尼器，其特征在于，每组所述形状记忆合金上施加的预应力，使得相应组所述形状记忆合金产生约0.5％的预应变，确保形状记忆合金处于拉紧的状态。
5.根据权利要求1或2所述的相邻建筑连接阻尼器，其特征在于，当其中一个建筑向另一个建筑靠近时，一组形状记忆合金处于松弛状态，另一组形状记忆合金处于拉伸状态。
6.根据权利要求1或2所述的相邻建筑连接阻尼器，其特征在于，所述第一元件和第二元件的长度相等并大于相邻两建筑之间的净间距。
7.根据权利要求1或2所述的相邻建筑连接阻尼器，其特征在于，所述第一元件和第二元件在垂直水平面方向的截面刚度满足：各元件因自重产生的挠度不超过相邻建筑净间距的0.25％。
8.根据权利要求1或2所述的相邻建筑连接阻尼器，其特征在于，两组所述形状记忆合金的长度相同，每组形状记忆合金含有至少一条形状记忆合金丝，且各条形状记忆合金丝之间相互平行排列。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101851963A (zh) * 2010-06-23 2010-10-06 湖南大学 压电-sma复合变摩擦智能阻尼器
WO2013166891A1 (zh) * 2012-05-11 2013-11-14 青岛科而泰环境控制技术有限公司 一种摩擦式阻尼器
CN106013497A (zh) * 2016-07-22 2016-10-12 大连理工大学 多向自复位形状记忆合金铅阻尼器
CN110318480A (zh) * 2019-07-31 2019-10-11 哈尔滨工业大学 一种放大位移型拉压可恢复阻尼器
CN112502307A (zh) * 2020-11-20 2021-03-16 广州大学 一种自恢复型消能支撑及其消能方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101851963A (zh) * 2010-06-23 2010-10-06 湖南大学 压电-sma复合变摩擦智能阻尼器
WO2013166891A1 (zh) * 2012-05-11 2013-11-14 青岛科而泰环境控制技术有限公司 一种摩擦式阻尼器
CN106013497A (zh) * 2016-07-22 2016-10-12 大连理工大学 多向自复位形状记忆合金铅阻尼器
CN110318480A (zh) * 2019-07-31 2019-10-11 哈尔滨工业大学 一种放大位移型拉压可恢复阻尼器
CN112502307A (zh) * 2020-11-20 2021-03-16 广州大学 一种自恢复型消能支撑及其消能方法

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