CN115126323A - 一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器及其减震方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全装配式粘弹性‑形状记忆合金阻尼器及其减震方法，阻尼器，包括中间钢板、粘弹性材料层、约束钢板、预紧高强螺栓、传力滑杆单元、形状记忆合金绞线；约束钢板、粘弹性材料层、中间钢板由所述若干预紧高强螺栓施加预紧力和强力胶粘相结合的装配式连接方式进行灵活组装；预紧高强螺栓从限位保护滑槽中穿过，传力滑杆设置在中间钢板开设的限位保护滑槽和约束钢板开设的限位保护滑槽中，若干形状记忆合金绞线与传力滑杆装配连接，并对称分布于约束钢板两侧；本发明具有便于现场快速装配施工，以及产业化生产制作和推广的优点，同时兼具优异减震耗能效果和自复位能力，并大幅度拓宽了阻尼器的减震频域。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构减震技术领域，具体为一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器及其减震方法。
背景技术
消能减震是一种新型的抗震增强技术，因其施工方便、减震增强效果良好且对原结构影响小，而得到了国内外学者的高度关注和工程师的青睐。其中，粘弹性减震技术由于具有性能优越可靠、造价低廉等优势，成为最受欢迎的消能减震技术之一。
传统的粘弹性阻尼器一般采用整体高温高压硫化工艺制作而成，少许或无部件进行装配连接，而针对震损结构的不同损伤状态、不同建筑结构形式以及不同加设部位，阻尼器所需规格差异较大，所需硫化箱和模具的种类较多，导致粘弹性阻尼器的制造成本较高，也不便于现场进行快速装配施工，以及产业化生产制作和推广。若采用胶粘连接的方式进行粘弹性阻尼器组装，截面约束较弱，难以保证粘弹性材料界面的连接性能，易发生界面损伤破坏。建筑结构在地震作用下需有效控制残余变形，而粘弹性阻尼器复位能力较弱，难以很好满足工程需求。地震作用下，传统粘弹性阻尼器的粘弹性材料层若仅发生局部损伤，需将整个粘弹性材料层全部替换并重新进行整体高温高压硫化，这样会造成资源浪费的严重。同时，传统的粘弹性阻尼器减震效果的频率依赖性较强，仅在一定的频域内有较好的减震效果。
综合上述，实有必要开发一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，以解决现有粘弹性阻尼器的问题。
发明内容
针对现有粘弹性阻尼器存在的问题，本发明提供一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器及其减震方法，该阻尼器同时具备优异的减震耗能效果和自复位能力，并且可避免预压粘弹性材料层残余变形过大，防止连接界面过早损伤破坏。阻尼器通过预紧高强螺栓控制粘弹性材料层预紧压强，可实现控制减震器提供阻尼力大小，还可以产业化地快速装配生产，各部件可回收多次利用。同时大幅度拓宽了阻尼器的减震频域。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，包括中间钢板、粘弹性材料层、约束钢板和传力单元；
所述两块中间钢板沿阻尼力的方向间隔对称设置，两块约束钢板对称布置在两块中间钢板的两侧，所述中间钢板和约束钢板之间设置有粘弹性材料层并处于压缩状态，中间钢板的一端伸出两个约束钢板的端部，用于连接建筑结构；
所述中间钢板与约束钢板通过至少一个传力单元连接，传力单元包括两个传力滑杆，第一传力滑杆穿过两块约束钢板并位于中间钢板的端部，该端部为两个中间钢板相互靠近的一端，第二传力滑位于中间钢板的另一端，并穿过中间钢板和两个约束钢板，两个传力滑杆通过形状记忆合金绞线连接。
优选的，所述中间钢板的上下两侧均设置有第一限位保护滑槽，约束钢板对应第一限位保护滑槽的位置设置有多个螺栓孔，预紧高强螺栓穿过螺栓孔和第一限位保护滑槽将约束钢板压装在中间钢板的两侧。
优选的，所述约束钢板和中间钢板与粘弹性材料层的接触侧均设置有凹槽，粘弹性材料层的两侧嵌置在凹槽中。
优选的，所述粘弹性材料层与凹槽粘接固定。
优选的，所述约束钢板的中部设置有第三限位保护滑槽，第三限位保护滑槽沿阻尼器的变形方向设置，第一传力滑杆位于两个约束钢板的第三限位保护滑槽中，并且第一传力滑杆抵接在中间钢板的端部。
优选的，所述约束钢板和中间钢板的端部对应设置有限位保护滑槽，第二传力滑杆位于该限位保护滑槽中。
优选的，所述形状记忆合金绞线通过预紧锚具与传力滑杆的端部连接，预紧锚具用于调节形状记忆合金绞线的预拉力。
优选的，所述中间钢板的端部伸出约束钢板，该端部设置有用于连接建筑结构的连接孔。
一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器的减震方法，在小震和风振下，粘弹性材料层发生剪切变形耗能；
在中震和大震下，粘弹性材料层发生剪切变形，同时与形状记忆合金绞线发生拉伸变形进行共同耗能。
优选的，当调节阻尼器的阻尼力和自复位能力时，通过改变粘弹性材料层的厚度、粘弹性材料层预紧压强、形状记忆合金绞线的直径以及预拉力实现阻尼力和自复位能力的调节。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，由于粘弹性阻尼器的减震性能具有较强的频率依赖性，而频率对形状记忆合金减震性能的影响很小，将粘弹性材料层嵌入约束钢板和中间钢板之间，结合粘弹性阻尼器减震耗能效果优异与形状记忆合金复位能力强的优势，同时兼具优异减震耗能效果和自复位能力，并且可避免预压粘弹性材料层残余变形过大，防止连接界面过早损伤破坏，将两种结构进行巧妙的结合对建筑结构进行共同消能减震，大幅度拓宽了阻尼器的减震频域。
进一步，阻尼器通过预紧高强螺栓控制粘弹性材料层预紧压强，可实现控制减震器提供阻尼力大小，还可以产业化地快速装配生产，各部件可回收多次利用。
进一步，该阻尼器设置的限位保护滑槽，保证了在大位移幅值激励下发生的拉压弯剪扭的各类形变，阻尼器均不易破坏。
进一步，采用预紧高强螺栓预紧高强螺栓施加预紧力和强力胶粘相结合进行连接约束，确保了粘弹性层与钢板之间具有较好的连接能力，同时便于粘弹性材料层的安装定位。
附图说明
图1为本发明粘弹性-形状记忆合金阻尼器的结构示意图；
图2为本发明约束钢板的结构示意图；
图3为本发明中间钢板的结构示意图。
图中：1中间钢板，2第一限位保护滑槽，3第二限位保护滑槽，4连接孔，5预紧高强螺栓，6粘弹性材料层，7约束钢板，8第三限位保护滑槽，9传力滑杆，10形状记忆合金绞线，11预紧锚具，12第一凹槽，13螺栓孔，14第二凹槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参阅图1-3，一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，包括中间钢板1、粘弹性材料层6、约束钢板7、传力单元和形状记忆合金绞线10；
所述两块中间钢板1沿阻尼力的方向间隔对称设置，并且两块中间钢板位于同一平面，两块约束钢板7对称布置在两块中间钢板的两侧，所述中间钢板1和约束钢板7之间对应设置有粘弹性材料层6，两块约束钢板7将粘弹性材料层6压装在中间钢板1的两侧，中间钢板的一端伸出两个约束钢板的端部，用于连接建筑结构。
所述传力单元包括两个传力滑杆9，第一传力滑杆穿过两块约束钢板7并位于中间钢板1的端部，该端部为两个中间钢板相互靠近的一端，第二传力滑位于中间钢板1的另一端，并穿过中间钢板和两个约束钢板，两个传力滑杆通过形状记忆合金绞线10连接。
所述阻尼力的方向为阻尼器的受力变形方向，所述中间钢板的上下两侧均设置有第一限位保护滑槽2，约束钢板7对应第一限位保护滑槽2的位置设置有多个螺栓孔，预紧高强螺栓5穿过螺栓孔13和第一限位保护滑槽2将约束钢板7压装在中间钢板的两侧，同时对粘弹性材料层6形成挤压。
所述约束钢板和中间钢板与粘弹性材料层的接触侧分别设置有第一凹槽12和第一凹槽14，粘弹性材料层6的两侧嵌置在第一凹槽12和第一凹槽14中并通过强力胶粘接，第一凹槽12和第一凹槽14的深度为3mm～8mm，粘弹性材料层6的厚度为中间钢板1或约束钢板7厚度的1～3倍，通过若干预紧高强螺栓5施加预紧力和强力胶粘相结合的装配式连接方式将中间钢板、粘弹性材料层和约束钢板进行灵活组装固定，通过预紧高强螺栓5控制粘弹性材料层6预紧压强，控制阻尼器提供阻尼力大小。
本实施例中，所述两块中间钢板1的间距为80mm～200mm，所述中间钢板1外端开设有若干连接孔4，阻尼器通过连接孔与建筑结构装配连接。
所述第一限位保护滑槽2的宽度比预紧高强螺栓5直径大20mm～30mm，约束钢板的上下两侧均通过三个预紧高强螺栓5将粘弹性材料层6压装在中间钢板的两侧，并且多个预紧高强螺栓5呈直线排布，相邻两个预紧高强螺栓5间隔60mm～120mm，所述螺栓孔13的直径比预紧高强螺栓5的螺杆直径大1mm～3mm。
第一限位保护滑槽2的两端距离最近的预紧高强螺栓5的距离为80mm～150mm，两个第一限位保护滑槽2的上外侧距中间钢板1上外侧为20mm～30mm，第一限位保护滑槽2位于阻尼器中心端与中心钢板最近的边缘距离为20mm～30mm。
所述约束钢板的中部和端部均设置有第三限位保护滑槽8，第三限位保护滑槽8沿阻尼器的变形方向设置，也可以理解为第三限位保护滑槽8的长度方向与形状记忆合金绞线10的轴向平行，第一传力滑杆穿过两个约束钢板的第三限位保护滑槽，并且第一传力滑杆的两端位于两个约束钢板的外部。
所述中间钢板靠近其连接端的一侧设置有第二限位保护滑槽3，并且第二限位保护滑槽3与约束钢板端部的第三限位保护滑槽8的位置相同，第二传力滑杆穿过约束钢板端部的第三限位保护滑槽和第二限位保护滑槽3，并且第二传力滑杆的两端位于两个约束钢板的外部，第一传力滑杆和第二传力滑杆同一侧的两端均通过锚具与形状记忆合金绞线10的两端连接。
传力滑杆的端部设置有锚孔，形状记忆合金绞线10的端部穿过锚孔并通过预紧锚具11连接，通过预紧锚具11对形状记忆合金绞线10施加合适的预拉力，从而控制阻尼器的可恢复能力和减震耗能能力。
在本实施例中，约束钢板的两端均设置两组传力单元，共四组传力单元，每组传力单元包括两个传力滑杆，共8根传力滑杆，位于约束钢板同一端两组传力单元上下间隔平行设置。
所述传力滑杆为直径不同的光滑圆柱体组成，传力滑杆的中部的直径比第二限位保护滑槽3的宽度小2mm～8mm，传力滑杆的中部的直径比第三限位保护滑槽8的宽度大2mm～8mm，传力滑杆两端的直径比对应第三限位保护滑槽8的宽度小2mm～8mm，第二限位保护滑槽3和第三限位保护滑槽8长度为50mm～100mm，约束钢板中部的第三限位保护滑槽8的长度为100mm～200mm，约束钢板两端的第三限位保护滑槽8和中间钢管上的第二限位保护滑槽3的长度为50mm～100mm。
下面对本发明提供的一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器的减震方法进行详细说明，将该全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器采用对角斜撑或人字形支撑布置于建筑结构层间；
在小震和风振下，粘弹性材料层6发生剪切变形耗能；
在中震和大震下，粘弹性材料层6发生剪切变形，形状记忆合金绞线10发生拉伸变形进行共同耗能，可大幅度增强阻尼器的减震耗能效果和自复位能力，并且可避免预压粘弹性材料层6残余变形过大，防止连接界面过早损伤破坏。
根据所需阻尼力和自复位能力的要求，通过调节粘弹性材料层6的长度、厚度、预紧高强螺栓5对粘弹性材料层6预紧压强、传力单元的数量、形状记忆合金绞线10直径及其预拉力进行调节阻尼器的阻尼力和自复位能力。
本发明的一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，由于粘弹性阻尼器的减震性能具有较强的频率依赖性，而频率对形状记忆合金减震性能的影响很小，将粘弹性材料层嵌入约束钢板和中间钢板开设的对应凹槽中，同时采用预紧高强螺栓预紧高强螺栓施加预紧力和强力胶粘相结合进行连接约束，确保了粘弹性层与钢板之间具有较好的连接能力，同时便于粘弹性材料层的安装定位；结合粘弹性阻尼器减震耗能效果优异、造价低廉与形状记忆合金复位能力强的优势，同时兼具优异减震耗能效果和自复位能力，并且可避免预压粘弹性材料层残余变形过大，防止连接界面过早损伤破坏。经本发明巧妙结合对结构进行共同消能减震，大幅度拓宽了阻尼器的减震频域；其次，该阻尼器设置的限位保护滑槽，保证了在大位移幅值激励下发生的拉压弯剪扭的各类形变，阻尼器均不易破坏。
该阻尼器在不同建筑结构形式以及不同结构部位进行加设，根据在所需阻尼力和自复位能力的要求，阻尼力调节的通过粘弹性材料层的长度、厚度以及预紧高强螺栓控制粘弹性材料层预紧压强，形状记忆合金的数量、直径以及预拉力实现。该阻尼器可进行粘弹性减震核心耗能部件、钢板、形状记忆合金的灵活组装，便于现场进行快速装配施工，以及产业化生产制作和推广。各部件可回收多次利用，节约资源。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，其特征在于，包括中间钢板(1)、粘弹性材料层(6)、约束钢板(7)和传力单元；
所述两块中间钢板(1)沿阻尼力的方向间隔对称设置，两块约束钢板(7)对称布置在两块中间钢板的两侧，所述中间钢板(1)和约束钢板(7)之间设置有粘弹性材料层(6)并处于压缩状态，中间钢板的一端伸出两个约束钢板的端部，用于连接建筑结构；
所述中间钢板与约束钢板通过至少一个传力单元连接，传力单元包括两个传力滑杆(9)，第一传力滑杆穿过两块约束钢板(7)并位于中间钢板(1)的端部，该端部为两个中间钢板相互靠近的一端，第二传力滑位于中间钢板(1)的另一端，并穿过中间钢板和两个约束钢板，两个传力滑杆通过形状记忆合金绞线(10)连接。
2.根据权利要求1所述的一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述中间钢板的上下两侧均设置有第一限位保护滑槽(2)，约束钢板(7)对应第一限位保护滑槽(2)的位置设置有多个螺栓孔，预紧高强螺栓(5)穿过螺栓孔(13)和第一限位保护滑槽(2)将约束钢板(7)压装在中间钢板的两侧。
3.根据权利要求1所述的一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述约束钢板和中间钢板与粘弹性材料层的接触侧均设置有凹槽，粘弹性材料层(6)的两侧嵌置在凹槽中。
4.根据权利要求3所述的一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述粘弹性材料层(6)与凹槽粘接固定。
5.根据权利要求1所述的一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述约束钢板的中部设置有第三限位保护滑槽(8)，第三限位保护滑槽(8)沿阻尼器的变形方向设置，第一传力滑杆位于两个约束钢板的第三限位保护滑槽中，并且第一传力滑杆抵接在中间钢板的端部。
6.根据权利要求1所述的一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述约束钢板和中间钢板的端部对应设置有限位保护滑槽，第二传力滑杆位于该限位保护滑槽中。
7.根据权利要求1所述的一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述形状记忆合金绞线(10)通过预紧锚具(11)与传力滑杆的端部连接，预紧锚具(11)用于调节形状记忆合金绞线(10)的预拉力。
8.根据权利要求1所述的一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述中间钢板的端部伸出约束钢板，该端部设置有用于连接建筑结构的连接孔。
9.一种权利要求1-8任一项所述的一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器的减震方法，其特征在于，在小震和风振下，粘弹性材料层发生剪切变形耗能；
在中震和大震下，粘弹性材料层发生剪切变形，同时与形状记忆合金绞线发生拉伸变形进行共同耗能。
10.根据权利要求9所述的一种全装配式粘弹性-形状记忆合金阻尼器的减震方法，其特征在于，当调节阻尼器的阻尼力和自复位能力时，通过改变粘弹性材料层的厚度、粘弹性材料层预紧压强、形状记忆合金绞线的直径以及预拉力实现阻尼力和自复位能力的调节。
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