CN215716204U - Sma自复位蜂窝结构阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了SMA自复位蜂窝结构阻尼器，包括上钢板、蜂窝结构和下钢板，所述蜂窝结构的上端与上钢板连接，所述蜂窝结构的下端与下钢板连接，所述蜂窝结构采用SMA板材制成，所述上钢板与下钢板相互平行。本实用新型赋予该阻尼器的自复位能力，超弹性SMA可以提供强震下较好的自复位能力；赋予该阻尼器的适应大变形的特点，可以在宏观应变较大时仍然保持变形自恢复的能力，同时满足桥梁结构对大位移和大内力的需求；可抵御极罕遇地震动，在极罕遇地震下，蜂窝结构可有效限制支座的最大位移，通过几何非线性与材料非线性两种方式消耗地震能，提高桥梁抗震能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及建筑工程结构消能减震的技术领域，尤其涉及SMA自复位蜂窝结构阻尼器。
背景技术
近年来，抗震思想从“基于性能的抗震设计”向“震后可恢复”方向演变。基于超弹性形状记忆合金(SMA：ShapeMmemory Alloy)的装置以出色的自复位性能，成为实现震后可恢复的主要手段之一。但是，目前SMA限位装置的变形能力远远不能满足桥梁结构在强震下的位移需求。在强震或近场地震动作用下，这些SMA限位装置很有可能被破坏。相应地，桥梁将失去自复位能力。
超弹SMA被广泛应用于生物医学、机械制造、航空航天和土木工程等领域。目前，常用的形状记忆合金有铁基、铜基和镍钛合金等。其中以镍钛合金的超弹性能最为稳定。以极限应变大、自恢复、材料滞回耗能、抗疲劳性能好和抗腐蚀性能高等优点，镍钛SMA成为构建可恢复结构体系的一种理想材料，被广泛应用于作动器、阻尼器、支撑、限位器、混凝土中的钢筋和减震装置等。
桥梁结构的SMA构件需满足大内力的需求。目前，超弹SMA的常见形式为丝材，直径介于0.1～5mm之间，难以达到桥梁所需要的内力水平，且端部难以锚固。为解决这个问题，有学者提出了U形SMA肋和多个SMA圆环组成的阻尼器，为大尺寸超弹SMA构件的应用进行了非常有意义的探索。有学者将大尺寸SMA棒应用于桥墩塑性铰区，提高了桥墩的延性。为既能保持SMA丝抗弯性能好的优点，又能满足工程的较大内力需求，部分学者将很多SMA丝简单绑在一起做成SMA束。近年来，学者们进一步开发了SMA索，由若干股小直径的SMA丝构成。SMA索既有SMA丝的所有优点，又可以提供与大直径SMA棒一样大的轴向刚度，是SMA材料应用于工程抗震领域极有竞争力的构件形式。
如何满足桥梁结构大位移的需求，是SMA构件推广应用的一大难题。为增大SMA隔震支座的最大允许位移，Ozbulut(奥兹布鲁特)等提出了弯曲缠绕的SMA索，Alam(阿拉姆)等提出了交叉布置和双交叉布置的SMA索。此外，还提出了大行程限位耗能装置，以长SMA棒来满足大位移需求。这些SMA构件一定程度上增大了对桥梁大位移的适应能力。但是，在强震或速度脉冲型近场地震波作用下，它们对桥梁结构的仍然不足，尚需要进一步开发具有大位移和大内力能力的新型SMA构件或装置。
蜂窝结构由一个个六边形小室构成，是覆盖二维平面的最佳拓扑结构，具有轻质、高强、吸波、吸能和变形能力大等优点，被应用于航天器的外壳、吸能板和阻尼器等。将聚合物填充于内凹蜂窝结构中，Murray(莫里)等提高了蜂窝结构的刚度与阻尼比。基于香蕉皮的梯度孔结构，Galehdari(伽赫达里)等提出了一种梯度蜂窝结构，用于直升飞机的座位设计，在坠落时可以较好的保护乘客。有学者提出了蜂窝钢阻尼器，以蜂窝形状满足几何变形需求，用钢材耗能。研究表明蜂窝钢阻尼器具有较好的延性和耗能能力，可以有效减小结构的残余变形，提高结构的抗震能力。利用梁单元的屈曲特性，Zhakatayev(扎卡塔耶夫)等研究了负刚度的蜂窝结构，具有很好的隔振和吸能效果。以上蜂窝结构的缺点是不能自复位。Michailidis(米凯利迪斯)等通过钎焊方法制作了薄壁镍钛SMA蜂窝结构，深入研究了其在平面内的受压变形行为和失稳问题。通过宏观几何变形，薄壁镍钛SMA蜂窝结构的宏观应变远远高于镍钛材料本身。例如在局部应变为6％时，宏观应变可达41.7％，表明蜂窝结构具有显著的应变扩大优势，并且可以在宏观应变较大时仍然保持变形自恢复的能力(极限应变小于6％)。这些优势可充分满足桥梁结构大位移的需求。但是，薄壁镍钛SMA蜂窝结构所能承受的内力过小。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了SMA自复位蜂窝结构阻尼器。
本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：SMA自复位蜂窝结构阻尼器，包括上钢板、蜂窝结构和下钢板，所述蜂窝结构的上端与上钢板连接，所述蜂窝结构的下端与下钢板连接，所述蜂窝结构采用SMA板材制成，所述上钢板与下钢板相互平行。
更优的选择，所述蜂窝结构包括多列SMA单体，相邻的两列所述SMA单体呈横向错位连接。
更优的选择，所述SMA单体的壁厚与边长之间的比例包括0.05或0.1或0.15或0.2或0.25或0.3。
更优的选择，所述SMA单体包括多块SMA片，多块所述SMA片之间首尾连接形成多边形结构。
更优的选择，所述蜂窝结构为设有多个圆形通孔的SMA板，多个所述圆形通孔呈纵向线性排列，多列所述圆形通孔呈横向错位布置。
更优的选择，所述蜂窝结构通过激光切割而成。
更优的选择，所述上钢板通过螺栓与蜂窝结构连接。
更优的选择，所述下钢板通过螺栓与蜂窝结构连接。
本实用新型相对现有技术具有以下优点及有益效果：
1、本实用新型通过上钢板、蜂窝结构和下钢板，赋予装置自复位能力，超弹性SMA可以提供强震下较好的自复位能力；赋予装置适应大变形的特点，可以在宏观应变较大时仍然保持变形自恢复的能力，同时满足桥梁结构对大位移和大内力的需求；可抵御极罕遇地震动，在极罕遇地震下，蜂窝结构可有效限制支座的最大位移，通过几何非线性与材料非线性两种方式消耗地震能，提高桥梁抗震能力。
附图说明
图1是本实用新型SMA自复位蜂窝结构阻尼器(SMA单体拼接)的示意图；
图2是本实用新型SMA自复位蜂窝结构阻尼器的单体受力示意图；
图3是本实用新型SMA自复位蜂窝结构阻尼器(圆形通孔)的示意图；
附图中各部件的标记：1、上钢板；2、蜂窝结构；21、SMA单体；3、下钢板；4、SMA板；41、圆形通孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的发明目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。
实施例1
为同时满足桥梁结构对大位移和大内力的需求，提出SMA自复位蜂窝结构阻尼器，SMA自复位蜂窝结构阻尼器具有较好的延性和耗能能力，可以有效减小结构的残余变形，提高桥梁结构的震后可恢复性。蜂窝结构2具有显著的应变扩大优势，并且可以在宏观应变较大时仍然保持变形自恢复的能力(极限应变小于6％)。这些优势可充分满足桥梁结构大位移的需求。
如图1所示，SMA自复位蜂窝结构阻尼器，包括上钢板1、蜂窝结构2和下钢板3，蜂窝结构2的上端通过螺栓与上钢板1连接，蜂窝结构2的下端通过螺栓与下钢板3连接，蜂窝结构2采用SMA板材通过激光切割而成，上钢板1与下钢板3相互平行。蜂窝结构2包括多个SMA单体21，多个SMA单体21相互拼接形成蜂窝结构2。SMA单体21为多边形结构，该多边形结构包括多块SMA片，多块SMA片之间通过首尾连接形成多边形结构，该多边形结构为六边形结构，六边形的边长为100mm，六边形的壁厚与边长之间的比值包括0.05、0.1、0.15、0.2、0.25和0.3。
上钢板1起到承托作用，下钢板3起到支撑作用，蜂窝结构2起到自我复位作用，可以消耗地震能。
如图2所示，本实施例中的阻尼器主要基于Abaqus(阿巴库斯)软件进行分析，对SMA单体21结构进行轴向拉压和水平剪切分析，其中εx为正向应力，εy为切向应力，H为SMA单体21的高度，l为六边形的边长。
实施例2
本实施例中除以下技术特征外，其他技术特征与实施例1相同：
本实施例中的SMA单体21采用五边形结构代替六边形结构，由五块SMA片通过首尾连接形成。
实施例3
本实施例中除以下技术特征外，其他技术特征与实施例1相同：
本实施例中的SMA单体21采用四边形代替六边形，由四块SMA片通过首尾连接形成。
实施例4
本实施例中除以下技术特征外，其他技术特征与实施1相同：
如图3所示，本实施例中的蜂窝结构2采用设有多个圆形通孔41的SMA板4代替多列SMA单体21，多个圆形通孔41呈纵向线性排列，多列圆形通孔41呈横向错位设置。
上述具体实施方式为本实用新型的优选实施例，并不能对本实用新型进行限定，其他的任何未背离本实用新型的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.SMA自复位蜂窝结构阻尼器，其特征在于，包括上钢板、蜂窝结构和下钢板，所述蜂窝结构的上端与上钢板连接，所述蜂窝结构的下端与下钢板连接，所述蜂窝结构采用SMA板材制成，所述上钢板与下钢板相互平行。
2.根据权利要求1所述SMA自复位蜂窝结构阻尼器，其特征在于，所述蜂窝结构包括多列SMA单体，相邻的两列所述SMA单体呈横向错位连接。
3.根据权利要求2所述SMA自复位蜂窝结构阻尼器，其特征在于，所述SMA单体的壁厚与边长之间的比例包括0.05或0.1或0.15或0.2或0.25或0.3。
4.根据权利要求2所述SMA自复位蜂窝结构阻尼器，其特征在于，所述SMA单体包括多块SMA片，多块所述SMA片之间首尾连接形成多边形结构。
5.根据权利要求1所述SMA自复位蜂窝结构阻尼器，其特征在于，所述蜂窝结构为设有多个圆形通孔的SMA板，多个所述圆形通孔呈纵向线性排列，多列所述圆形通孔呈横向错位布置。
6.根据权利要求1所述SMA自复位蜂窝结构阻尼器，其特征在于，所述蜂窝结构通过激光切割而成。
7.根据权利要求1所述SMA自复位蜂窝结构阻尼器，其特征在于，所述上钢板通过螺栓与蜂窝结构连接。
8.根据权利要求1所述SMA自复位蜂窝结构阻尼器，其特征在于，所述下钢板通过螺栓与蜂窝结构连接。
Priority Applications (1)
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| CN202121651880.0U CN215716204U (zh) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | Sma自复位蜂窝结构阻尼器 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115198908A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-10-18 | 中国海洋大学 | 一种蜂窝式阻尼器及其复合型蜂窝结构 |
| CN115370213A (zh) * | 2022-10-07 | 2022-11-22 | 北京工业大学 | 一种隅撑式粘弹形状记忆合金波纹板放大复合阻尼器 |
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| CN115198908A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-10-18 | 中国海洋大学 | 一种蜂窝式阻尼器及其复合型蜂窝结构 |
| CN115198908B (zh) * | 2022-07-15 | 2024-05-07 | 中国海洋大学 | 一种蜂窝式阻尼器及其复合型蜂窝结构 |
| CN115370213A (zh) * | 2022-10-07 | 2022-11-22 | 北京工业大学 | 一种隅撑式粘弹形状记忆合金波纹板放大复合阻尼器 |
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