CN206477461U - 一种sma自复位耗能装置 - Google Patents

Abstract

一种SMA自复位耗能装置，包括外钢管(1)、内钢管(2)、超弹性SMA丝(3)、活动头(4)、活动头限位板(5)。内钢管置于外钢管内，且内钢管的中心轴与外钢管的中心轴重合。外钢管上开设有孔洞一(8)，内钢管开设有孔洞二(9)，孔洞二和孔洞一相对于内钢管的中心轴的位置相同，且孔洞一和孔洞二的尺寸相同。活动头安装在同一轴线方向的孔洞一和孔洞二中，活动头限位板在外钢管外侧扣压在活动头上。活动头中部安装有SMA丝限位板(6)，超弹性SMA丝绕卷在SMA丝限位板上。本实用新型装置具有很好的复位能力和一定的耗能能力，可以有效减小结构震后残余变形，提高结构抗震性能，并且装置构造简单，易于组装。

Description

一种SMA自复位耗能装置

技术领域

本实用新型属于土木建筑技术领域，涉及一种耗能减震装置，具体是一种具有很好自复位能力和一定耗能能力的阻尼器。

背景技术

形状记忆合金(Shape Memory Alloys，简称SMA)是一种兼具感知和驱动能力的新型功能材料，具有特殊的形状记忆效应和超弹性效应。由形状记忆合金制成的阻尼器与其他材料阻尼器相比，具有可恢复变形大、高阻尼特性以及耐久性、抗腐蚀性、抗疲劳性能好等优点。

在土木建筑技术领域，对阻尼器性能优良的评价主要体现在两个方面：一是结构或构件在地震作用下，地震的反应减小；二是结构或构件震后的残余变形减小。目前已存在各种类型的阻尼器，根据其功能主要分为两类：一类是复位型阻尼器，其滞回曲线狭长，耗能能力弱，但在卸载后装置仅存在可以忽略的残余变形，甚至可以完全恢复到初始状态；另一类是耗能型阻尼器，可以提供饱满的滞回曲线，耗散大量的能量，但卸载后会产生很大的残余变形。利用形状记忆合金的超弹性效应，将耗能特性与自复位性能结合起来，开发出性能优良、构造简单的SMA自复位耗能阻尼器，有效控制结构的残余变形，衰减结构的地震反应，具有很好的抗震应用潜力和前景。

发明内容

本实用新型为有效控制结构的残余变形，衰减结构的地震反应，提供了一种SMA自复位耗能装置，该装置兼具耗能及复位功能，且构造简单，易于组装。

本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种SMA自复位耗能装置，包括外钢管(1)、内钢管(2)、超弹性SMA丝(3)、活动头(4)、活动头限位板(5)，所述外钢管(1)和内钢管(2)均为中空的钢管，所述内钢管(2)设置于外钢管(1)内，且内钢管(2)的中心轴与外钢管(1)的中心轴重合；

所述外钢管(1)上开设有孔洞一(8)，所述孔洞一(8)沿中心轴方向分布有两个，且所述孔洞一(8)通过外钢管(1)的中心轴相互对称；所述内钢管(2)开设有孔洞二(9)，所述孔洞二(9)和孔洞一(8)相对于内钢管(2)的中心轴的位置相同，且所述孔洞一(8)和孔洞二(9)的尺寸相同；

所述活动头(4)垂直于中心轴设置，且所述活动头(4)安装在同一轴线方向的孔洞一(8)和孔洞二(9)中，所述活动头限位板(5)在外钢管(1)外侧扣压在活动头(4)上，所述活动头(4)中部安装有SMA丝限位板(6)，所述SMA丝限位板(6)相互对称，所述超弹性SMA丝(3)绕卷在相邻的SMA丝限位板(6)上，所述SMA丝(3)绕卷后进行锚固。

进一步的，所述外钢管(1)一端的端口内壁上安装有导向头一(7)，所述内钢管(2)远离导向头一(7)的端口外壁上安装有导向头二(10)。

进一步的，所述孔洞一(8)沿中心轴方向的长度大于活动头(4)沿中心轴方向的长度。

本实用新型的有益效果为：

与现有技术相比，本实用新型兼具耗能与自复位特性，用于土木建筑领域的被动控制。本实用新型装置通过巧妙设计，使得装置不管承受拉力还是压力，都能使SMA丝伸长，使其一直处于受拉状态，能充分利用SMA超弹性性能。本实用新型可以有效控制结构的残余变形，衰减结构的地震反应。本实用新型的多阶段工作原理切合现行结构的多阶段抗震设计方法，极大的提高装置的使用效率。理想状态下，本实用新型受力卸载后能完全恢复到初始状态。根据结构实际要求，可以对SMA丝施加预应力，得到需要的回复力，改变装置初始刚度，使得装置性能灵活多变，便于应用。并且本实用新型装置构造简单，加工方便，截面形式灵活多变，易于拼装连接，外观简洁干净，极大提高此类装置在土木建筑领域的适用性。

附图说明

图1是本实用新型SMA自复位耗能装置的纵剖面构造示意图；

图2是图1中外钢管的左视图；

图3是图2中Ⅰ-Ⅰ处的剖面图；

图4是图2中Ⅱ-Ⅱ处的剖面图；

图5是图1中内钢管的左视图；

图6是图5中Ⅲ-Ⅲ处的剖面图；

图7是图5中IV-IV处的剖面图；

图8是图1中活动头的主视图；

图9是图8中Ⅴ-Ⅴ处的剖面图；

图10是图9中Ⅵ-Ⅵ处的剖面图；

图11是图9中Ⅶ-Ⅶ处的剖面图。

附图标记说明

1-外钢管、2-内钢管、3-超弹性SMA丝、4-活动头、5-活动头限位板、6-SMA丝限位板、7-导向头一、8-孔洞一、9-孔洞二、10-导向头二。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种SMA自复位耗能装置，该装置沿中心轴上下对称。该装置包括外钢管1、内钢管2、超弹性SMA丝3、活动头4、活动头限位板5。外钢管1和内钢管2均为中空的方形钢管，内钢管2设置于外钢管1内，且内钢管2的中心轴与外钢管1的中心轴重合。如图2和图5所示，外钢管1一端的端口内壁上安装有导向头一7，相应的内钢管2的外壁上开有供导向头一7滑动的滑槽；内钢管2远离导向头一7的端口外壁上安装有导向头二10，相应的外钢管1的内壁上开设有供导向头二10滑动的滑槽。导向头一7和导向头二10的设置确保装置在工作期间外钢管1与内钢管2共轴，防止偏位，同时确保轴心受力。

如图3和图4所示，外钢管1有两个对称的面上均开设了孔洞一8，这两个对称的面沿中心轴方向均分布有两个孔洞一8，两个对称的面上的孔洞一8通过外钢管1中心轴相互对称。如图6和图7所示，内钢管2开设有孔洞二9，孔洞二9和孔洞一8相对于内钢管2的中心轴的位置相同，且孔洞一8和孔洞二9的尺寸相同。

活动头4垂直于中心轴设置，且活动头4安装在同一轴线方向的孔洞一8和孔洞二9中，活动头限位板5在外钢管1外侧扣压在活动头4上，防止活动头4脱落。如图8至图11所示，活动头4中部均安装有SMA丝限位板6，SMA丝限位板6相互对称，超弹性SMA丝3绕卷在相邻的两个SMA丝限位板6上。SMA丝限位板是为了防止超弹性SMA丝偏位。孔洞一8沿中心轴方向的长度大于活动头4沿中心轴方向的长度。

本实用新型不管装置处于受拉或是受压状态，都能实现两活动头4相互远离，即使超弹性SMA丝3一直处于受拉状态。本实用新型装置两端根据实际情况，可以与普通钢管连接或是做成连接头与节点连接。且本实用新型可以预先张拉超弹性SMA丝，得到需要的回复力。

下面阐述应用本实用新型的具体方法步骤：

根据目标要求，确定装置各组成部件的材性、尺寸及数量。整个安装过程由内及外进行。将SMA丝限位板6固定在活动头4中部，超弹性SMA丝3均匀缠绕在相邻的两个SMA丝限位板6上，缠绕完成后将超弹性SMA丝3锚固。根据实际需要的力，确定是否张拉超弹性SMA丝3进行缠绕。

内钢管2主要由两份凹形钢管部件拼接而成，两份凹形钢管部件均开设有对称的孔洞二9。将内钢管的两份凹形钢管部件进行对接，并将锚固好超弹性SMA丝的活动头4套入孔洞二9，两个活动头4在孔洞二9中相互对称，对接好后将内钢管2焊接成整体。外钢管1也是由两份凹形钢管部件拼接而成，两份凹形钢管部件均开设有对称的孔洞一8。将外钢管的两份凹形钢管部件进行对接，将活动头4套入孔洞一8中，两个活动头4在孔洞一8中相互对称，对接好后将外钢管1焊接成整体。运用活动头限位板5在外钢管1外侧扣压在活动头之上。孔洞一8沿中心轴方向的长度大于活动头4沿中心轴方向的长度，使得活动头4在受压或者受拉的情况都可以移动。根据实际需求，可将装置两端与普通钢管连接，或者将装置两端做成连接头与节点连接。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种SMA自复位耗能装置，其特征在于：包括外钢管(1)、内钢管(2)、超弹性SMA丝(3)、活动头(4)、活动头限位板(5)，所述外钢管(1)和内钢管(2)均为中空的钢管，所述内钢管(2)设置于外钢管(1)内，且内钢管(2)的中心轴与外钢管(1)的中心轴重合；

所述外钢管(1)上开设有孔洞一(8)，所述孔洞一(8)沿中心轴方向分布有两个，且所述孔洞一(8)通过外钢管(1)的中心轴相互对称；所述内钢管(2)开设有孔洞二(9)，所述孔洞二(9)和孔洞一(8)相对于内钢管(2)的中心轴的位置相同，且所述孔洞一(8)和孔洞二(9)的尺寸相同；

所述活动头(4)垂直于中心轴设置，且所述活动头(4)安装在同一轴线方向的孔洞一(8)和孔洞二(9)中，所述活动头限位板(5)在外钢管(1)外侧扣压在活动头(4)上，所述活动头(4)中部安装有SMA丝限位板(6)，所述SMA丝限位板(6)相互对称，所述超弹性SMA丝(3)绕卷在相邻的SMA丝限位板(6)上，所述SMA丝(3)绕卷后进行锚固。

2.如权利要求1所述的一种SMA自复位耗能装置，其特征在于：所述外钢管(1)一端的端口内壁上安装有导向头一(7)，所述内钢管(2)远离导向头一(7)的端口外壁上安装有导向头二(10)。

3.如权利要求1所述的一种SMA自复位耗能装置，其特征在于：所述孔洞一(8)沿中心轴方向的长度大于活动头(4)沿中心轴方向的长度。