CN115613723A - 一种并联sma丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，包括内筒、中筒、外筒、SMA拉索、挡板、阻尼杆和阻尼块，阻尼杆的内端设置有阻尼头，其外端设置有连接头；阻尼头包括固定块、阻尼块、左压板和右压板，固定块间隔固定在阻尼杆上，左压板、阻尼块和右压板由左至右依次套装在阻尼杆上；外筒的左侧设置有外固定槽，右两阻尼杆的靠外侧分别沿轴向均布有左尾板和右尾板，左尾板套装在滑孔内，并固定在外固定槽内，右尾板固定在中固定槽内，两侧的挡板上设置有圆孔，SMA拉索套装在圆孔内，该支撑结构由SMA拉索和高阻尼橡胶共同提供复位力，自复位能力较强，在受拉和受压状态下，SMA拉索和阻尼块均参与抵抗作用力，两者并联抵抗荷载。

Description

一种并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器

技术领域

本发明涉及自复位防屈曲支撑系统技术领域，具体涉及一种并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器。

背景技术

自复位防屈曲支撑一般是由支撑主体、预应力系统、耗能系统以及辅助装置等组成。目前常见的耗能装置主要有摩擦耗能、金属屈服和磁流变液等，复位装置有预应力SMA棒材和丝材、碟簧以及各种高性能纤维筋等。

目前各种自复位防屈曲支撑所表现出的不足有:支撑刚度不够、轴向伸长率太低、高性能纤维筋的锚固技术不成熟、耗能能力弱以及预应力过大等。根据已有的自复位防屈曲支撑在工程中的应用经验能够看出：①支撑的刚度不够则在大震或者罕遇地震时无法为结构提供足够的侧向刚度。②轴向伸长率低会导致支撑的变形量少从而以破坏而失效。③运用高性能纤维筋的自复位支撑锚固端的滑移会造成预应力损失进而影响复位能力，材料脆性，在超过加载设计值时有突然断裂的风险。④预应力过大会导致系统的伸长率降低，不利于支撑的耗能以及复位能力，基于此，研究一种并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器是必要的。

发明内容

为了克服目前常见的普通钢支撑以及钢芯防屈曲支撑存在的上述问题，本发明提出了基于SMA丝绳和粘弹性材料的自复位消能防屈曲支撑（SMA+粘弹性材料），该装置运用了高阻尼橡胶材料（耗能、复位）以及SMA拉索（耗能、复位），利用高阻尼橡胶和SMA拉索共同耗能，并可以增加伸长率以及复位能力；由于橡胶材料受压体积不变，支撑的轴向位移能够得到很好的控制。由于高阻尼橡胶的存在，建筑结构即使是风或小地震产生的小横向位移，它也能耗散能量，通过新型支撑的的提出，以期为框架结构的抗震提供更好的措施。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，包括内筒、中筒、外筒、SMA拉索、挡板、阻尼杆、阻尼块、左压板、右压板、左尾板和右尾板，所述内筒的内部设置有四层隔板，将其内筒内部空腔由左至右依次分割为左一腔、左二腔、中心腔、右二腔和右一腔；所述阻尼杆的内端设置有阻尼头，其外端设置有连接头；所述阻尼头包括固定块、阻尼块、左压板和右压板，所述固定块间隔固定在阻尼杆上，所述左压板、阻尼块和右压板由左至右依次套装在阻尼杆上，并处于两固定块之间；在所述左二腔和右二腔内分别套装有阻尼头，每个隔板的中部均设置有让固定块通过，并阻挡压板的中心孔；所述中筒的左侧和右侧分别设置有滑孔和中固定槽，所述外筒的左侧设置有外固定槽，所述中筒匹配套装在内筒的外侧，外筒间隔套装在中筒外，左、右两阻尼杆的靠外侧分别沿轴向均布有左尾板和右尾板，且左尾板比右尾板长，其中左尾板套装在滑孔内，并固定在外固定槽内，右尾板固定在中固定槽内，所述挡板套装在两阻尼杆上，并处于尾板与连接头之间，两侧的挡板上设置有圆孔，所述SMA拉索套装在圆孔内，并在SMA拉索的端部设置有限位块。

进一步的，所述阻尼块为高阻尼橡胶，阻尼块间隔套装在左二腔和右二腔。

进一步的，所述左压板和右压板匹配套装在左二腔和右二腔内，并能沿左二腔和右二腔滑动。

进一步的，所述左尾板和右尾板阵列分布在阻尼杆的外侧，两尾板对应设置有多个，且两尾板的端部分别匹配固定套装在外固定槽和中固定槽内。

进一步的，所述SMA拉索处于中筒与外筒之间的空腔内，且SMA拉索与左尾板和右尾板错位设置。

进一步的，所述内筒包括中心体、左连接体和右连接体，所述中心体内设置间隔设置有两层隔板，并在其两端设置有内螺纹，所述左连接体和右连接体内设置有一层隔板，并在其连接端设置有外螺纹，所述左连接体和有连接体对应螺纹连接在中心体的左右两侧。

进一步的，在外侧的固定块上设置有受压缓冲块，且两侧的受压缓冲块在中心腔内对应。

进一步的，在内筒的左一腔和右一腔内设置了与固定块对应的受拉缓冲块。

进一步的，所述中固定槽和外固定槽为T形槽结构。

进一步的，所述内筒、中筒和外筒均为碳钢制成的圆柱状结构。

上述技术方案的有益效果是：本发明为新形式的自复位支撑，其设置了内筒、中筒和外筒三层套装结构，将阻尼头设置在内筒中，具体的结构中阻尼头的中部为阻尼块，两侧为压缩阻尼块的压板，压板的外侧为固定块，即固定块能够跟随阻尼杆移动，并在受拉和受压状态下对应驱使两侧的压板，使处于两压板之间的阻尼块受压压缩，同时在两个荷载作用下，SMA拉索均处于受拉状态，进而利用高阻尼橡胶材料以及SMA拉索并联受力进行耗能，以抵抗受拉荷载。

本发明中结构，阻尼杆利用阻尼头与内筒连接，阻尼杆的左右侧分别固定有左尾板和右尾板，其中左尾板与外筒固定连接，右尾板与中筒固定连接，在初始状态下，左尾板和右尾板向外撑开，并借助于SMA拉索的张紧力保持该状态；在受拉状态下，阻尼杆接收到向外的拉力，并使其内端的压板两侧压缩阻尼块，同时顶靠在挡板处的尾板向外顶挡板，使两挡板间距扩大，进而使SMA拉索参与抵抗荷载；在受压状态下，阻尼杆向内压缩阻尼块，同时左尾板沿中筒的滑孔滑动，并带动外筒移动，为右尾板则带动中筒移动，并使中筒和外筒之间相对滑动，使SMA拉索拉长参与耗能，以抵抗受压荷载。

本发明支撑传力装置结构新颖，能够很好的做到在拉压工况下都使SMA受到拉应力，能够达到足够的可控的伸长量，由于高阻尼橡胶受压体积不变的性能，又因其所在的空间密闭，所以位移量可控，并且该支撑结构由SMA拉索和高阻尼橡胶共同提供复位力，自复位能力较强，在受拉和受压状态下，SMA拉索和阻尼块均参与抵抗作用力，两者并联抵抗荷载，由于橡胶材料受压体积不变，支撑的轴向位移能够得到很好的控制建筑结构即使是风或小地震产生的小横向位移，它也能耗散能量，为框架结构的抗震提供更好的减震阻尼装置。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的侧视图；

图4为图3中A-A向的剖视图；

图5为中筒的结构示意图；

图6为图5的主视图；

图7为图6的内部结构示意图；

图8为内筒的内部结构示意图；

图9为图8的主视图；

图10为图9的内部结构示意图；

图11为本发明的爆炸图；

图12为本发明的三种状态结构示意图；

图13为内筒的另一种结构示意图；

图14为受拉缓冲块和受压缓冲块的结构示意图；

图15为高阻尼橡胶的性能测试图；

图16为中缓冲体和边缓冲体的配合结构示意图。

附图标记：1为外筒，101为外固定槽，2为中筒，201为滑孔,202为中固定槽，3为内筒，31为中心体，32为左连接体，33为右连接体，34为第一半体，35第二半体，301为左一腔，302左二腔,303为中心腔，304为右二腔，305为右一腔，306为隔板，307为中心孔，4为阻尼杆，5为连接头，6为阻尼块，7为固定块，8为左压板，9为右压板，10为左尾板，11为右尾板，12为挡板，13为限位块，14为SMA拉索，15为受压缓冲块，16为受压缓冲块，17为中缓冲体，18为边缓冲体。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1，本实施例旨在提供一种并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，为了克服目前常见的普通钢支撑以及钢芯防屈曲支撑存在的抵抗荷载的能力差问题，本实施例提出了基于SMA丝绳和粘弹性材料的自复位消能防屈曲支撑（SMA+粘弹性材料）。

一种并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，包括内筒3、中筒2、外筒1、SMA拉索14、挡板12、阻尼杆4、压板和尾板，本实施例中阻尼结构打破了传统支撑的构造形式，利用两根阻尼杆压缩高阻尼橡胶，以中筒2、外筒1对SMA拉索的作用力来承受轴力，可实现对两组高阻尼橡胶的共同施力，有利于支撑的耗能，并利用高阻尼橡胶的恢复力和SMA拉索的恢复力共同作用使支撑复位。

在具体的结构中内筒3、中筒2和外筒1均为碳钢制成的圆柱状结构，起到支撑的作用，能够防止内核构件（阻尼头）在轴向压力的作用下发生屈曲（注意“屈曲”与“屈服”不同），能够帮助实现SMA拉索的受拉；本实施例中内筒3的内部设置有四层隔板306，将其内筒3内部空腔由左至右依次分割为左一腔301、左二腔302、中心腔303、右二腔304和右一腔305；阻尼杆4的内端设置有阻尼头，其外端设置有连接头5；阻尼头包括固定块7、阻尼块6、左压板8和右压板9，其中固定块7间隔固定在阻尼杆4上，左压板8、阻尼块6和右压板9由左至右依次套装在阻尼杆4上，并处于两固定块7之间；在工作时，固定块7跟随阻尼杆4一体运动，阻尼块6、左压板8和右压板9滑动套装在阻尼杆4给定的位置上，利用两侧的压板来对阻尼块进行压缩。

本实施例中在左二腔302和右二腔304内分别套装有阻尼头，即将组装好的阻尼头分别放入左二腔302和右二腔304内，每个隔板306的中部均设置有让固定块通过，并阻挡压板的中心孔307, 为了便于阻尼头的加装，本实施例中内筒包括中心体31、左连接体32和右连接体33，中心体31内设置间隔设置有两层隔板，并在其两端设置有内螺纹，左连接体和右连接体内设置有一层隔板，并在其连接端设置有外螺纹，左连接体和有连接体对应螺纹连接在中心体的左右两侧，在内筒分解状态下将阻尼头放入其中，然后在进行组装，在实施时此处的螺纹连接也可以为焊接、粘结、对接固定，本实施例不再一一陈述。

本实施例中内筒结构也可以包括第一半体34和第二半体35，第一半体和第二半体对扣在一起，并进行固定，具体的固定方式可以为焊接或者对接固定，将阻尼头加装在其中一个半体内，然后进行焊接固定。

在具体实施时，阻尼块为高阻尼橡胶，阻尼块间隔套装在左二腔302和右二腔304，此时阻尼块与左二腔302和右二腔304之间存在间隙，以便于阻尼块进行位移，高阻尼橡胶具有较好的耗能能力以及恢复力，受压作用之后消耗掉一定的地震能量并帮助支撑恢复到原来的状态，其受压体积不变，能够有效的控制支撑的总体位移，其滞回性能和构造如图15中展示。

中筒2的左侧和右侧分别设置有滑孔201和中固定槽202，外筒1的外侧设置有外固定槽101，中筒2匹配套装在内筒3的外侧，外筒1间隔套装在中筒2外，左、右两阻尼杆的靠外侧分别沿轴向均布有左尾板10和右尾板11，且左尾板10比右尾板11长，其中左尾板11套装在滑孔201内，并固定在外固定槽101内，右尾板11固定在中固定槽202内，实施时，左尾板11和右尾板10阵列分布在阻尼杆的外侧，两尾板对应设置有多个，具体可以为3个，且两尾板的端部分别匹配固定套装在外固定槽101和中固定槽202内，中固定槽202和外固定槽101为T形槽结构，尾板匹配嵌套在其中，本实施例中尾板结构在支撑的拉压过程中带动挡板对高阻尼橡胶进行压缩，主要起到传力的作用。

在结构上，中筒2的两侧开槽，一侧的中固定槽202深度100mm，用于与右尾板进行连接，另一侧滑孔201为开口结构，其深度为300mm，用于与左尾板10配合，外筒上的外固定槽深度为100mm，本实施例中左侧的阻尼杆上固定左尾板，左尾板穿过滑孔并与固定在外固定槽内，右侧的阻尼杆上固定有右尾板，右尾板直接固定在中固定槽内，具体的固定方式可以为焊接、粘结等结构。

挡板12套装在两阻尼杆上，并处于尾板与连接头之间，两侧的挡板上设置有圆孔，SMA拉索套装在圆孔内，并在SMA拉索14的端部设置有限位块13，通过限位块13对SMA拉索14进行限位，当两挡板间距增大后，挡板将荷载传递给限位块13，进而使SMA拉索14拉伸，本实施例中挡板14为圆形结构，其中部开孔，并套装在阻尼杆4上，SMA拉索14通过细直径SMA丝经过加工所得，SMA拉索通过锚具夹装在两端圆盘上，并进行预应力的加载，实施时，SMA拉索处于中筒与外筒之间的空腔内，且SMA拉索与左尾板和右尾板错位设置。

本实施例在工作时，在支撑受到轴向拉力时，两侧的阻尼杆受拉带动固定块对压板和阻尼块进行挤压，中筒跟随右侧阻尼杆作用于右端圆盘挡板，外筒跟随左侧阻尼杆作用于左端圆盘挡板，使SMA拉索受到拉应力。

支撑受到轴向压应力时，阻尼杆带动固定块对压板和阻尼块反向挤压，中筒可跟随右侧阻尼杆向内，并通过其上的滑孔作用于左端圆盘挡板，外筒跟随左侧阻尼杆，并向内作用于右端圆盘，从而拉伸SMA拉索；支撑在受到拉压时SMA拉索均受拉；运用了高阻尼橡胶材料（耗能、复位）以及SMA拉索（耗能、复位），利用高阻尼橡胶和SMA拉索共同耗能，并可以增加伸长率以及复位能力，由于橡胶材料受压体积不变，支撑的轴向位移能够得到很好的控制，由于高阻尼橡胶的存在，建筑结构即使是风或小地震产生的小横向位移，它也能耗散能量，通过新型支撑的提出，以期为框架结构的抗震提供更好的措施。

实施例2，本实施例进一步对内筒的内部结构进一步说明。

为了进一步增加阻尼器的抵抗荷载能力，本实施例在外侧的固定块上设置有受压缓冲块15，且该二级受压缓冲块15基本与固定块等大，在受到受压作用力后，阻尼杆4向中心腔内运动，左右两固定块相互靠近，并使两侧受压缓冲块对接，此时处于较大的受压状态，在此状态下，不仅阻尼块、SMA拉索参与抵抗荷载，二级缓冲块同一参与抵抗荷载，进一步提高了受压状态下的抵抗能力。

进一步的在内筒的左一腔和右一腔内设置了受拉缓冲块16，在受拉状态下，阻尼杆4带动固定块向左一腔和右一腔内移动，并在移动至一定位移后，固定块与受拉缓冲块16接触，此时不仅阻尼块、SMA拉索参与抵抗荷载，受拉缓冲块16同一参与抵抗荷载，进一步提高了受拉状态下的抵抗能力。

由此，本实施例设置了二级缓冲块结构，能够在受拉和受压至一定程度后投入二级缓冲块参与抵抗荷载，提高了阻尼器的抵抗强度，即在前期阶段由阻尼块和SMA拉索进行荷载抵抗，但是随着荷载的增大，根据荷载特性投入受拉缓冲块和受压缓冲块进行荷载抵抗。

实施例3，本实施例对中筒和外筒的结构进一步说明。

本实施例中在受压和受拉状态下，中筒2和外筒1均发生相对位移，为了进一步增加抵抗荷载的能力，本实施例如图16中展示，在中筒上固定有中缓冲体17，外筒上间隔设置有边缓冲体18，边缓冲体与中缓冲体的相对面为斜面结构，另外在中缓冲体和边缓冲体上开孔以避让SMA拉索，该孔比SMA拉索大。

在受拉或受压状态下，中筒和外筒之间相对滑动，并使一侧的边缓冲体向中缓冲体移动，使斜面接触在一起，利用斜面压迫产生的作用力抵抗荷载，本实施例中结构可根据需要布置在抵抗荷载的任意时机，可以与实施例2中结构共同配合形成二级缓冲，或者单独构成三级缓冲，在或者与阻尼块一同构成一级缓冲。

Claims (10)

1.一种并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，其特征在于，包括内筒、中筒、外筒、SMA拉索、挡板、阻尼杆、阻尼块、左压板、右压板、左尾板和右尾板，所述内筒的内部设置有四层隔板，将其内筒内部空腔由左至右依次分割为左一腔、左二腔、中心腔、右二腔和右一腔；所述阻尼杆的内端设置有阻尼头，其外端设置有连接头；所述阻尼头包括固定块、阻尼块、左压板和右压板，所述固定块间隔固定在阻尼杆上，所述左压板、阻尼块和右压板由左至右依次套装在阻尼杆上，并处于两固定块之间；在所述左二腔和右二腔内分别套装有阻尼头，每个隔板的中部均设置有让固定块通过，并阻挡压板的中心孔；所述中筒的左侧和右侧分别设置有滑孔和中固定槽，所述外筒的左侧设置有外固定槽，所述中筒匹配套装在内筒的外侧，外筒间隔套装在中筒外，左、右两阻尼杆的靠外侧分别沿轴向均布有左尾板和右尾板，且左尾板比右尾板长，其中左尾板套装在滑孔内，并固定在外固定槽内，右尾板固定在中固定槽内，所述挡板套装在两阻尼杆上，并处于尾板与连接头之间，两侧的挡板上设置有圆孔，所述SMA拉索套装在圆孔内，并在SMA拉索的端部设置有限位块。

2.根据权利要求1所述的并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，其特征在于：所述阻尼块为高阻尼橡胶，阻尼块间隔套装在左二腔和右二腔。

3.根据权利要求2所述的并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，其特征在于：所述左压板和右压板匹配套装在左二腔和右二腔内，并能沿左二腔和右二腔滑动。

4.根据权利要求1所述的并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，其特征在于：所述左尾板和右尾板阵列分布在阻尼杆的外侧，两尾板对应设置有多个，且两尾板的端部分别匹配固定套装在外固定槽和中固定槽内。

5.根据权利要求1所述的并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，其特征在于：所述SMA拉索处于中筒与外筒之间的空腔内，且SMA拉索与左尾板和右尾板错位设置。

6.根据权利要求1所述的并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，其特征在于：所述内筒包括中心体、左连接体和右连接体，所述中心体内设置间隔设置有两层隔板，并在其两端设置有内螺纹，所述左连接体和右连接体内设置有一层隔板，并在其连接端设置有外螺纹，所述左连接体和有连接体对应螺纹连接在中心体的左右两侧。

7.根据权利要求1所述的并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，其特征在于：在外侧的固定块上设置有受压缓冲块，且两侧的受压缓冲块在中心腔内对应。

8.根据权利要求1或7所述的并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，其特征在于：在内筒的左一腔和右一腔内设置了与固定块对应的受拉缓冲块。

9.根据权利要求1所述的并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，其特征在于：所述中固定槽和外固定槽为T形槽结构。

10.根据权利要求1所述的并联SMA丝绳的自复位粘弹性复合阻尼器，其特征在于：所述内筒、中筒和外筒均为碳钢制成的圆柱状结构。

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