CN115306086B - 基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件及使用方法，包括步骤：布置弹簧系统与刚性外壳；将直立锁缝支座的上部从上部弹性组件之间穿出，第一弹性组件压住直立锁缝支座底部平板；第二弹性组件和第三弹性组件夹紧直立锁缝支座底部；安装弹性底版；安装自攻螺丝。本发明的有益效果是：采用基于形状记忆合金的弹簧系统，使得风引起的屋面振动可以通过弹簧系统释放，从而降低屋面板的振动，增强了抗风揭能力、自复位能力和隔振的效果，提升了结构的使用寿命和可靠性；弹性组件可以根据直立锁缝支座尺寸进行调整，可以适用于各种尺寸的直立锁缝支座，泛用性强。

Description

基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件及使用方法

技术领域

本发明属于屋面系统技术领域，尤其涉及一种基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件及使用方法。

背景技术

直立锁缝金属屋面系统因其轻质、新型美观、适用于各类屋面形式的特点，以及在防水耐久、造价以及节能环保等方面具备较大的优势而在大跨空间结构中得到了广泛的应用。但是就单纯的直立锁缝金属屋面系统而言，其抗风能力相对有限；随着全球变暖，气候愈发恶劣，近些年来直立锁缝金属屋面应用事故频发，且多为屋面板揭起破坏，造成了巨大的经济损失。

目前直立锁边金属屋面板比较常用的连接形式有两种，分别为支座咬合连接和卷边锁缝连接，均是直接通过自攻螺钉连接在檩条上，当强风来袭，金属屋面板会在风荷载下产生较大的风致响应，从而出现强烈振动，此时只能通过自攻螺钉与檩条的连接来承受这种振动，在周期性的风荷载下，整个结构容易发生损坏，从而导致直立锁缝金属屋面系统抗风能力减弱；同时由于金属屋面板要承受周期性的太阳辐射、温度变化和其他环境影响，会在结构中形成巨大的温度变化，可能导致直立锁缝屋面系统的使用寿命进一步缩短。

所以，亟需采用适当的技术来提高直立锁缝金属屋面系统工程的抗风能力。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件及使用方法。

这种基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件，包括直立锁缝支座、刚性外壳和弹簧系统；弹簧系统设置于刚性外壳内，直立锁缝支座的底部连接弹簧系统，直立锁缝支座的顶部从刚性外壳上方伸出；

刚性外壳包括方形箱体、连接板、上部弹性组件和弹性底板；方形箱体两侧设有连接板，方形箱体上表面设有开口，开口内设有对称的一对上部弹性组件；直立锁缝支座的顶部从方形箱体上表面的开口伸出，且上部弹性组件从两侧挤压直立锁缝支座；方形箱体底面通过弹性底板封闭；上部弹性组件包括夹板和记忆合金伸缩杆；记忆合金伸缩杆一端连接方形箱体上表面开口的侧壁，另一端连接夹板，记忆合金伸缩杆上设有记忆合金弹簧；

弹簧系统包括第一弹性组件、第二弹性组件和第三弹性组件；直立锁缝支座的底部为一平板，第一弹性组件底部的压板压在直立锁缝支座的底部平板上方；直立锁缝支座底部平板的左右和前后端面分别与第二弹性组件和第三弹性组件相抵。

作为优选：弹性底板包括底板和小耳边，方形箱体的底部内侧设有与小耳边匹配的半圆形滑槽。

作为优选：第一弹性组件、第二弹性组件和第三弹性组件均由一端设有压板的记忆合金弹簧伸缩杆组成，且均通过压板与直立锁缝支座接触；第一弹性组件、第二弹性组件和第三弹性组件内的记忆合金弹簧伸缩杆均通过螺纹连接压板和方形箱体。

作为优选：方形箱体和夹板均通过螺纹连接记忆合金伸缩杆。

作为优选：对称的两侧夹板的相对面上均设有石墨纸。

作为优选：连接板上设有螺纹孔。

作为优选：上部弹性组件、第一弹性组件、第二弹性组件和第三弹性组件均处于压缩状态。

这种基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件的使用方法，包括以下步骤：

S1、将弹簧系统与刚性外壳依次连接布置，并进行调试；

S2、将上部弹性组件分开至最大收缩位置，从方形箱体下方将直立锁缝支座的上部从上部弹性组件之间穿出；调整上部弹性组件使夹板夹紧直立锁缝支座，且石墨纸与直立锁缝支座的表面完全接触；第一弹性组件压住直立锁缝支座底部平板；

S3、调整第二弹性组件和第三弹性组件，使直立锁缝支座底部平板的左右和前后分别受到第二弹性组件和第三弹性组件的挤压，直立锁缝支座底部被完全夹紧；

S4、安装弹性底板，将两侧的小耳边先后卡进半圆形滑槽中，完成底版的固定；

S5、通过自攻螺钉穿过连接板上的螺纹孔，将屋面直立锁缝抗风组件固定在檩条上。

作为优选，步骤S2中：第一弹性组件的压板从上方挤压直立锁缝支座底部平板，第一弹性组件受压收缩。

本发明的有益效果是：

1)本发明采用基于形状记忆合金的弹簧系统，使得风引起的屋面振动可以通过弹簧系统释放，从而降低屋面板的振动，增强了抗风揭能力。

2)本发明采用形状记忆合金材料，利用形状记忆合金材料的超弹性效应和高阻尼特性，同时结合本发明结构的特点，有效抑制了直立锁缝金属屋面对风引起的振动的响应，极大地提升了直立锁缝金属屋面的自复位能力和隔振的效果，提升了结构的使用寿命和可靠性；同时，记忆合金弹性伸缩杆同时可以起到连接装置和复位装置的双重效果，降低了结构的维护成本。

3)弹簧式的伸缩组件的结构，可以根据直立锁缝支座尺寸的不同调整大小，可以适用于各种尺寸的直立锁缝支座，泛用性强；底板采用可拆卸的弹性底板，安装方便，也易于后期维护、更换。

4)本发明的弹簧和弹性伸缩杆使用的材料具有良好的耐腐蚀性和塑性、较高的强度和抗疲劳性能，提高了结构的耐久性和参数的稳定性，不易受到环境的影响，进一步提升了使用寿命。

附图说明

图1为基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件的安装示意图；

图2为屋面直立锁缝抗风组件的安装后剖面图；

图3为屋面直立锁缝抗风组件中刚性外壳的结构示意图；

图4为屋面直立锁缝抗风组件中刚性外壳的底部结构示意图；

图5为屋面直立锁缝抗风组件中刚性外壳的剖视图；

图6为屋面直立锁缝抗风组件中弹性底板的结构示意图；

图7为屋面直立锁缝抗风组件中上方弹性组件的结构示意图；

图8为屋面直立锁缝抗风组件中夹板的结构示意图；

图9为图7中A处的结构示意图。

图10为屋面直立锁缝抗风组件中弹簧系统的结构示意图；

图11为弹簧系统连接直立锁缝支座后的结构示意图；

图12为对不同连接形式的锁边金属屋面系统进行适应性处理以安装本发明的示意图(其中图12a为现有技术中底部为双边支座的支座咬合连接的屋面安装示意图；图12b为现有技术中底部为单边支座的卷边锁缝连接的屋面安装示意图；图12c为图12b中卷边锁缝支座的安装示意图；图12d为将单边的卷边锁缝支座改为双边支座的示意图)。

附图标记说明：直立锁缝支座1、刚性外壳2、方形箱体21、连接板22、上部弹性组件23、夹板231、记忆合金弹簧232、记忆合金伸缩杆233、石墨纸24、弹性底板25、底板251、小耳边252、半圆形滑槽26、弹簧系统3、第一弹性组件31、第二弹性组件32、第三弹性组件33。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例一

作为一种实施例，如图1至图11所示：这种基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件，包括直立锁缝支座1、刚性外壳2和弹簧系统3。

如图1、图2所示，弹簧系统3设置于刚性外壳2内，直立锁缝支座1的底部通过弹簧系统3固定，直立锁缝支座1的顶部从刚性外壳2上方伸出，并由上部弹性组件23从两侧夹住；

如图3至图6所示，刚性外壳2包括方形箱体21、连接板22、上部弹性组件23和弹性底板25；方形箱体21两侧设有连接板22，连接板22上预设有螺纹孔。方形箱体21上表面设有开口，开口内设有对称的一对上部弹性组件23；方形箱体21底面通过弹性底板25封闭；弹性底板25包括底板251和小耳边252，方形箱体21的底部内侧设有与小耳边252匹配的半圆形滑槽26。

上部弹性组件23在初始状态下两个侧边相互接触，其最大伸缩距离大于直立锁缝支座1的上部最大厚度尺寸，在安装时可以根据直立锁缝支座1的尺寸进行收缩。

如图7至图9所示，上部弹性组件23包括夹板231和记忆合金伸缩杆233；形状记忆合金是一种重要的智能材料，具有抗疲劳性好、阻尼能力强、具有形状记忆能力和超弹性效应，可恢复变形大及性能可靠、耐久等优点，可以大大提升装置的使用寿命，避免经常更换。

记忆合金伸缩杆233一端连接方形箱体21上表面开口的侧壁，另一端连接夹板231，对称的两侧夹板231的相对面上设有石墨纸24，从而弥补由于加工造成的支座和夹具接触面不平行和不光滑，改善上部弹性组件23对直立锁缝支座1的夹持的稳定性，保证两者的完全接触。记忆合金伸缩杆233上套有记忆合金弹簧232，记忆合金伸缩杆233和记忆合金弹簧232的结合使上部弹性组件23具有极强的形状记忆能力与弹性，在受到振动时，上部弹性组件23通过记忆合金伸缩杆233和记忆合金弹簧232弹性伸缩，可以起到有效的减震作用；方形箱体21和夹板231均通过螺纹连接记忆合金伸缩杆233。

如图10、图11所示，弹簧系统3包括第一弹性组件31、第二弹性组件32和第三弹性组件33；第一弹性组件31、第二弹性组件32和第三弹性组件33的结构与上部弹性组件23类似，由一端设有压板的记忆合金弹簧伸缩杆组成，并通过压板与直立锁缝支座1接触；直立锁缝支座1的底部为一平板，第一弹性组件31底部的压板压在直立锁缝支座1的底部平板上方；直立锁缝支座1底部平板的左右和前后端面分别与第二弹性组件32和第三弹性组件33相抵，针对直立锁缝支座1下部的结构特点，对直立锁缝支座1进行夹紧固定，确保了对于直立锁缝支座1的夹持紧固性。

所述弹簧系统的最大伸缩距离均大于试件的最大尺寸。第一弹性组件31、第二弹性组件32和第三弹性组件33内的记忆合金弹簧伸缩杆均通过螺纹连接压板和方形箱体21。

实施例二

作为另一种实施例，本实施例结合实施例一中提出的基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件，提出了这种基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件的使用方法，包括以下步骤：

S1、将弹簧系统3与刚性外壳2依次连接布置，并进行调试；

S2、将上部弹性组件23分开至最大收缩位置，从方形箱体21下方将直立锁缝支座1的上部从上部弹性组件23之间穿出；调整上部弹性组件23使夹板231夹紧直立锁缝支座1，且石墨纸24与直立锁缝支座1的表面完全接触；第一弹性组件31的压板从上方挤压直立锁缝支座1底部平板，此时第一弹性组件31受压收缩。

S3、调整第二弹性组件32和第三弹性组件33，使直立锁缝支座1底部平板的左右和前后分别受到第二弹性组件32和第三弹性组件33的挤压，锁缝支座1底部被完全夹紧；

S4、安装弹性底板25，将两侧的小耳边252先后卡进半圆形滑槽26中，因其材料为弹性，故可一定程度上弯曲，当小耳边到达半圆形滑槽位置时，可完全卡住；完成底版251的固定；

S5、通过自攻螺钉穿过连接板22上的螺纹孔，将屋面直立锁缝抗风组件固定在檩条上。

此外，以上步骤只说明了针对如图12a所示，直立锁缝支座1的底部为双边支座，即直立锁缝支座1底部的平板向两侧延伸的情况，对这种直立锁缝支座1安装基于形状记忆合金的金属屋面直立锁缝抗风组件的方法。

而对于图12b所示的卷边锁缝连接形式，现有技术中常将自攻螺钉固定在支座的单边，另一边则为与支座底部勾在一起的卷边，如图12c所示；由于此时的支座底部为单边，因此无法直接安装本发明的基于形状记忆合金的金属屋面直立锁缝抗风组件；对此，本实施例提出可将图12c中的常见的下部单边支座更改为图12d中所示的双边支座，便可以按支座咬合的情况进行本发明提出的基于形状记忆合金的屋面锁缝抗风组件的安装实施。

Claims (9)

1.一种基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件，其特征在于，包括：直立锁缝支座（1）、刚性外壳（2）和弹簧系统（3）；弹簧系统（3）设置于刚性外壳（2）内，直立锁缝支座（1）的底部连接弹簧系统（3）；

刚性外壳（2）包括方形箱体（21）、连接板（22）、上部弹性组件（23）和弹性底板（25）；方形箱体（21）两侧设有连接板（22），方形箱体（21）上表面设有开口，开口内设有对称的一对上部弹性组件（23）；直立锁缝支座（1）的顶部从方形箱体（21）上表面的开口伸出，且上部弹性组件（23）从两侧挤压直立锁缝支座（1）；方形箱体（21）底面通过弹性底板（25）封闭；上部弹性组件（23）包括夹板（231）和记忆合金伸缩杆（233）；记忆合金伸缩杆（233）一端连接方形箱体（21）上表面开口的侧壁，另一端连接夹板（231），记忆合金伸缩杆（233）上设有记忆合金弹簧（232）；

弹簧系统（3）包括第一弹性组件（31）、第二弹性组件（32）和第三弹性组件（33）；直立锁缝支座（1）的底部为一平板，第一弹性组件（31）底部的压板压在直立锁缝支座（1）的底部平板上方；直立锁缝支座（1）底部平板的左右和前后端面分别与第二弹性组件（32）和第三弹性组件（33）相抵。

2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件，其特征在于：弹性底板（25）包括底板（251）和小耳边（252），方形箱体（21）的底部内侧设有与小耳边（252）匹配的半圆形滑槽（26）。

3.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件，其特征在于：第一弹性组件（31）、第二弹性组件（32）和第三弹性组件（33）均由一端设有压板的记忆合金弹簧伸缩杆组成，通过压板与直立锁缝支座（1）接触；第一弹性组件（31）、第二弹性组件（32）和第三弹性组件（33）内的记忆合金弹簧伸缩杆均通过螺纹连接压板和方形箱体（21）。

4.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件，其特征在于：方形箱体（21）和夹板（231）均通过螺纹连接记忆合金伸缩杆（233）。

5.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件，其特征在于：对称的两侧夹板（231）的相对面上设有石墨纸（24）。

6.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件，其特征在于：连接板（22）上设有螺纹孔。

7.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件，其特征在于：上部弹性组件（23）、第一弹性组件（31）、第二弹性组件（32）和第三弹性组件（33）均处于压缩状态。

8.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将弹簧系统（3）与刚性外壳（2）依次连接布置，并进行调试；

S2、将上部弹性组件（23）分开至最大收缩位置，从方形箱体（21）下方将直立锁缝支座（1）的上部从上部弹性组件（23）之间穿出；调整上部弹性组件（23）使夹板（231）夹紧直立锁缝支座（1），且石墨纸（24）与直立锁缝支座（1）的表面完全接触；第一弹性组件（31）压住直立锁缝支座（1）底部平板；

S3、调整第二弹性组件（32）和第三弹性组件（33），使直立锁缝支座（1）底部平板的左右和前后分别受到第二弹性组件（32）和第三弹性组件（33）的挤压，直立锁缝支座（1）底部被完全夹紧；

S4、安装弹性底板（25），将两侧的小耳边（252）先后卡进半圆形滑槽（26）中，完成底板（251）的固定；

S5、通过自攻螺钉穿过连接板（22）上的螺纹孔，将屋面直立锁缝抗风组件固定在檩条上。

9.根据权利要求8所述的基于形状记忆合金的屋面直立锁缝抗风组件的使用方法，其特征在于，步骤S2中：第一弹性组件（31）的压板从上方挤压直立锁缝支座（1）底部平板，第一弹性组件（31）受压收缩。