CN207211897U - 多层板耗能自复位式sma‑压电摩擦阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为多层板耗能自复位式SMA‑压电摩擦阻尼器，属于工程结构减震控制领域。所述的多层板式压电‑SMA复合摩擦阻尼器主要包括滑动轴、连接板、摩擦板、滑动板SMA丝、力传感器、压电陶瓷驱动器及连接固定螺栓、弹簧支座A、辅助弹簧、弹簧支座B。其主要特征在于：具有多层摩擦板，将SMA阻尼器和压电摩擦阻尼器结合，摩擦耗能效果显著，解决了传统摩擦阻尼器耗能效果低的缺陷。且通过压电陶瓷驱动器改变滑动摩擦力，可以满足不同耗能的要求。构造简单，加工方便，耗能能力强，不需要大量的连接件，并有自复位效果。可通过人字形支撑，连接到建筑结构中，可以更有效地应用于结构的耗能减震控制中。

Description

多层板耗能自复位式SMA-压电摩擦阻尼器

技术领域

本实用新型属于土木工程结构减震控制领域，涉及到一种多层板耗能自复位式SMA-压电摩擦阻尼器，特别是对建筑结构在地震作用下的结构振动反应起到抑制作用。

背景技术

结构耗能减震技术是在建筑结构的某些部位设置耗能装置，通过耗能装置产生摩擦、弯曲、变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减小主体结构地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控制的目的。常用的耗能减震装置可以分为四种：粘弹性阻尼器、金属阻尼器、液体粘滞阻尼器和摩擦阻尼器。其中摩擦阻尼器构造简单、安装方便、耗能性好，且性能不受温度影响，是建筑结构中常用的一种耗能减震装置。但传统的摩擦阻尼器结构单一，无自复位能力，只能提供恒定的摩擦力，耗能效果不佳，而且当阻尼器的起滑摩擦力较大时，还会出现抱死现象，不能起到耗能减震的功能。压电陶瓷材料由于其独特的压电效应已广泛应用于结构振动控制领域，利用压电智能材料进行变摩擦阻尼器的开发与研制，已成为研究的一个热点。形状记忆合金(SMA)材料作为一种新型材料，具有耐久性、耐腐蚀性和自复位等优点，但单独的SMA阻尼器耗能减震能力有限。

发明内容

针对上述阻尼器中的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种多层板耗能自复位式SMA-压电摩擦阻尼器，其结合压电摩擦阻尼器和SMA阻尼器，具有耗能能力强、减震效果好、构造简单、自复位和方便工程应用等特点。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案：一种多层板耗能自复位式SMA-压电摩擦阻尼器，由滑动轴1、连接板2、滑动板3、摩擦板4、压电陶瓷驱动器5、SMA丝7、力传感器8、预紧螺栓9、滑动板与摩擦板之间的摩擦材料10、弹簧支座A15、辅助弹簧16、弹簧支座B17组成一个整体，根据减震性能的要求，通过调节压电陶瓷驱动器5来实时地改变滑动摩擦力。压电陶瓷驱动器5与力传感器8之间通过导线26相连，导线与外电源相连。电源线连接压电陶瓷驱动器5，通过电源线传来的不同电压信号，

控制压电陶瓷驱动器5的伸缩，压电陶瓷驱动器5的横向伸缩挤压摩擦板4，转换成横向压力。

所述阻尼器有多层滑动板3和摩擦板4，设有两组滑动板，每层滑动板上都有细长滑槽13，三组摩擦板，每层摩擦板上都有螺栓孔14，通过预紧螺栓9将滑动板和摩擦板紧固在一起，且滑动板和摩擦板端部有突出的圆孔11，用于连接SMA丝7。所述滑动板与摩擦板之间的摩擦材料10涂在摩擦板上。

所述的SMA丝7共有8组，每组SMA丝7的一端与有拉紧环的螺栓12连接，另一端与滑动板或摩擦板端部的圆孔11连接，通过螺栓12的拉紧环调节SMA丝7的预拉力，当滑动轴1带动连接板2上的滑动板3滑动时，SMA丝7与摩擦板4同时进行耗能。

所述压电陶瓷驱动器5通过预紧螺栓9固定在阻尼器的上部，通过调节压电陶瓷驱动器5的电压来改变预压力，进而改变滑动板3和摩擦板4的初始摩擦力。

所述力传感器8通过预紧螺栓9固定在阻尼器的下部，通过调节力传感器8来精确的控制螺栓预紧力和滑动摩擦力。

所述的辅助弹簧16通过连接板2内侧的弹簧支座A15和摩擦板4端部的弹簧支座B17将连接板与摩擦板连接，用于安装时板的定位和辅助形状记忆合金丝的自复位。

本实用新型的工作过程：滑动轴1与连接板2连接，带动连接板2上的滑动板3，与摩擦板4进行摩擦耗能。通过调节压电陶瓷驱动器5的电压，控制电陶瓷驱动器5的伸缩，压电陶瓷驱动器5的横向伸缩挤压摩擦板，转换成横向的压力，横向压力使滑动板3和摩擦板4产生横向的挤压，通过不同的压力来控制滑动摩擦力的大小。本发明阻尼器的SMA丝7分为八组，每组的SMA丝7施加相同的预拉力，随着滑动板3的滑动带动形状记忆合金丝7的伸缩，利用其超弹性能实现耗能。每组形状记忆合金丝7一端与有拉紧环的螺栓12连接，另一端与滑动板3或摩擦板4端部的圆孔11连接，通过螺栓12的拉紧环调节SMA丝7的预拉力。辅助弹簧16通过连接板2内侧的弹簧支座A15和摩擦板4端部的弹簧支座B17将连接板与摩擦板连接，用于安装时板的定位和辅助形状记忆合金丝的自复位。

本实用新型具有电致变形、响应时间快、驱动力大的特点。在本实用新型中应用多层摩擦板来实现摩擦耗能，并且与SMA组合，耗能效果显著；安装简单，不需要大量的连接件；本实用新型中滑动板和摩擦板都连接有SMA丝，可以实现部分自复位效果；通过压电陶瓷驱动器调节摩擦板的接触正压力，能够满足不同强度地震的耗能要求；本实用新型中预紧力螺栓底部安装有力传感器，可以通过精确调节预紧力螺栓来消除螺栓应力松弛的不利影响。

本实用新型中，当振动发生时，首先SMA丝利用自身的相变伪弹性性能进行被动耗能，当振动更强时，SMA丝与压电陶瓷驱动器开始工作，此时，二者同时耗能，具有较强的减振能力。且SMA丝在耗能的同时也可起到复位功能。当断电时，压电陶瓷驱动器不能正常工作，而SMA丝可以继续被动耗能来达到减振的目的。

相比于现有技术，本实用新型提供的多层板式压电-SMA复合摩擦阻尼器具有这样的有益效果：

1、改变传统单层板式摩擦阻尼器为多层板式摩擦阻尼器，摩擦耗能效果显著。

2、将SMA阻尼器与压电摩擦阻尼器复合使用，通过辅助弹簧和SMA材料的性能使阻尼器具有自复位效果。

3、电陶瓷驱动器和力传感器通过预紧螺栓固定在阻尼器的上部和下部，以精确控制预紧力与滑动摩擦力。

4、解决了传统摩擦阻尼器在实际应用中构造复杂和施工不方便的问题。

附图说明

图1是本发明的实体外观示意图。

图2是阻尼器的顶部俯视示意图。

图3是阻尼器的底部仰视示意图。

图4是阻尼器的右侧面示意图。

图5是阻尼器中辅助弹簧的示意图；

图6是阻尼器的A-A剖面结构示意图。

图7是阻尼器中滑动板的主视图。

图8是阻尼器中滑动板的底部仰视示意图。

图9是阻尼器中摩擦板的主视图。

图10是阻尼器中摩擦板的底部仰视示意图。

图11是工程中阻尼器的人字型连接。

图中：1滑动轴；2连接板；3滑动板；4摩擦板；5压电陶瓷驱动器；6阻尼器安装连接螺栓孔；7SMA丝；8力传感器；9预紧螺栓；10滑动板与摩擦板之间的摩擦材料；11钢板端部圆孔；12有拉紧环的螺栓；13滑动板上的细长滑槽；14摩擦板上的螺栓孔；15弹簧支座A；16辅助弹簧；17弹簧支座B；18凸起圆台A；19凸起圆台B；20框架梁；21阻尼器；22框架柱；23节点板；24刚性杆件；25高强度螺栓；26导线；27电源接入端口。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图做更详细的说明：

如图1-4所示，本实用新型是一种多层板耗能自复位式SMA-压电摩擦阻尼器，包括由滑动轴1、连接板2、滑动板3、摩擦板4、压电陶瓷驱动器5、SMA丝7、力传感器8、预紧螺栓9、滑动板与摩擦板之间的摩擦材料10。每组SMA丝7一端与有拉紧环的螺栓12连接，另一端与滑动板3或摩擦板4端部的圆孔11连接，随着滑动板3的滑动带动SMA丝7的伸缩，利用其超弹性能实现耗能。通过螺栓12的拉紧环调节SMA丝7的预拉力，来实现阻尼器的自复位功能。本阻尼器通过控制滑动板3与摩擦板4压力的大小，来实时调整滑动摩擦力的大小。所述的压电陶瓷驱动器5及力的传感器8，通过预紧螺栓9固定在最外层摩擦板上。

如图5-10所示，所述阻尼器有多层滑动板3和摩擦板4，设有两组滑动板，三组摩擦板，通过预紧螺栓9将滑动板和摩擦板紧固在一起，且滑动板和摩擦板端部有突出的圆孔11，用于连接SMA丝7。所述的辅助弹簧16通过连接板2内侧的弹簧支座A15和摩擦板4端部的弹簧支座B17将连接板与摩擦板连接，用于安装时板的定位和辅助形状记忆合金丝的自复位。所述的滑动轴1焊接在连接板2上，连接板2上设有连接螺栓孔。所述的滑动板3上，设有两个细长滑槽13。所述的摩擦板4上，设有四个连接螺栓孔14。

具体地，当振动发生时，首先SMA丝7利用自身的相变伪弹性性能进行被动耗能，当振动更强时，SMA丝7与压电陶瓷驱动器5开始工作，此时，二者同时耗能，具有较强的减振能力。且SMA丝7在耗能的同时也可起到复位功能。通过力传感器8来改变预压力，进而改变滑动板3与摩擦板4的初始摩擦力。调节外部电压可以改变压电陶瓷驱动器5的出力，从而实时调整阻尼器的控制力以实现半主动控制。当断电时，压电陶瓷驱动器5不能正常工作，而阻尼器中的SMA丝7可以继续被动耗能来达到减振的目的。

本实用新型的工作过程是：

滑动轴1与连接板2连接，带动连接板2上的滑动板3，与摩擦板4进行摩擦耗能。通过调节压电陶瓷驱动器5的电压，控制电陶瓷驱动器5的伸缩，压电陶瓷驱动器5的横向伸缩挤压摩擦板，转换成横向的压力，横向压力使滑动板3和摩擦板4产生横向的挤压，通过不同的压力来控制滑动摩擦力的大小。每组SMA丝7一端与有拉紧环的螺栓12连接，另一端与滑动板3或摩擦板4端部的圆孔11连 接，随着滑动板3的滑动带动SMA丝7的伸缩，利用其超弹性能实现耗能。通过螺栓12的拉紧环调节形状记忆合金丝7的预拉力，来实现阻尼器的自复位功能。辅助弹簧16通过连接板2内侧的弹簧支座A15和摩擦板4端部的弹簧支座B17将连接板与摩擦板连接，用于安装时板的定位和辅助形状记忆合金丝的自复位。本阻尼器通过控制滑动板3与摩擦板4压力的大小，来实时调整滑动摩擦力的大小。

在实际工程结构中，本阻尼器可以按照图11的方式进行连接。在图11中，阻尼器大和钢支撑一起布置在结构中，刚性杆通过大强度螺栓与预埋在框架中的节点板连接。当结构在地震作用下发生侧移振动时,人字形支撑则直接产生与结构位移反向的水平阻尼力，并通过人字支撑将力传至该层下角部。

Claims (6)

1.多层板耗能自复位式SMA-压电摩擦阻尼器，包括滑动轴(1)、连接板(2)、滑动板(3)、摩擦板(4)、压电陶瓷驱动器(5)、SMA丝(7)、力传感器(8)、预紧螺栓(9)、滑动板与摩擦板之间的摩擦材料(10)、弹簧支座A(15)、辅助弹簧(16)、弹簧支座B(17)，其特征在于：压电陶瓷驱动器(5)与力传感器(8)之间通过导线(26)相连，导线通过电源接入端口(27)与外电源相连。

2.根据权利要求1所述的多层板耗能自复位式SMA-压电摩擦阻尼器，其特征在于：所述阻尼器有多层滑动板(3)和摩擦板(4)，设有两组滑动板，每层滑动板上都有细长滑槽(13)，三组摩擦板，每层摩擦板上都有螺栓孔(14)，通过预紧螺栓(9)将滑动板和摩擦板紧固在一起，且滑动板和摩擦板端部有突出的圆孔(11)，用于连接SMA丝(7)，所述滑动板与摩擦板之间的摩擦材料(10)涂在摩擦板上。

3.根据权利要求1或2所述的多层板耗能自复位式SMA-压电摩擦阻尼器，其特征在于：所述的SMA丝(7)共有8组，每组SMA丝(7)的一端与有拉紧环的螺栓(12)连接，另一端与滑动板或摩擦板端部的圆孔(11)连接，通过螺栓(12)的拉紧环调节SMA丝(7)的预拉力，当滑动轴(1)带动连接板(2)上的滑动板(3)，SMA丝(7)与摩擦板(4)同时进行耗能。

4.根据权利要求1或2所述的多层板耗能自复位式SMA-压电摩擦阻尼器，其特征在于：所述压电陶瓷驱动器(5)通过预紧螺栓(9)固定在阻尼器的上部，通过调节压电陶瓷驱动器(5)的电压来改变预压力，进而改变滑动板(3)和摩擦板(4)的初始摩擦力。

5.根据权利要求1或2所述的多层板耗能自复位式SMA-压电摩擦阻尼器， 其特征在于：所述力传感器(8)通过预紧螺栓(9)固定在阻尼器的下部，通过调节力传感器(8)来精确的控制预紧力和滑动摩擦力。

6.根据权利要求1或2所述的多层板耗能自复位式SMA-压电摩擦阻尼器，其特征在于：所述的辅助弹簧(16)通过连接板(2)内侧的弹簧支座A(15)和摩擦板(4)端部的弹簧支座B(17)将连接板与摩擦板连接，用于安装时板的定位和辅助形状记忆合金丝的自复位。