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形狀記憶合金彈簧中的阻尼器制作方法

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形狀記憶合金彈簧中的阻尼器制作方法

發布日期:2019-06-06 作者: 點擊:

      本實用新型涉及古建築木結構及現代木結構減震控制、防災減災領域,具體來說就是一種形狀記憶合金彈簧阻尼器,符合傳統木結構古建築及現代木結構抗震減災需求。


形狀記憶合金彈簧


背景技術:

      中國古建築木結構曆史悠久,遍布全國各地,蘊含着寶貴的傳統營造技藝和建築文化。現存的古建築有北京故宮、山西應縣木塔、承德避暑山莊、薊縣獨樂寺等。現代木結構在建造過程中,主要依賴古建築木結構的經驗,其梁柱連接方式并未發生根本性的改變。木結構梁柱連接方式主要為榫卯連接,即梁端做成榫頭形式,柱端做成卯口形式。榫卯連接具有剛柔并濟的作用,為典型的半剛性連接。在諸如地震、風荷載作用下,榫卯節點發生擠壓變形,榫頭松動甚至拔出,其受彎、剪、扭等基本承載能力減弱。這種榫卯節點構造方式造成了木構架抗側剛度不足,在地震、橫風等動力荷載作用下,整體結構容易産生較強的動力響應和較大的層間側移,從而導緻結構遭受嚴重破壞甚至倒塌。因此,對榫卯節點進行加固以降低木構架的整體動力響應和限制層間側移是木結構修繕加固的重點。


      現行常見的木結構榫卯節點加固方式有很多,比如L型鐵箍加固、U型扁鋼加固、節點處附加支撐加固、纖維複合增強材料加固等。但是,這些常用的加固方式在大幅度提高了節點剛度的同時,也大幅度地提高了結構整體剛度,而且上述加固方式不具備耗能能力或者僅能提供較小的耗能能力。因此,地震作用下結構的動力響應大幅度提高,使結構潛伏着巨大的安全隐患。此外,震後木構架存在着較大的殘餘變形,難以自動恢複到初始狀态,仍需要二次糾偏加固。


      随着科技的發展,阻尼器越來越廣泛地應用在結構的加固中。目前,開發應用較多的是基于粘彈性材料、粘滞流體、軟鋼等材料的阻尼器,但該類材料制作的阻尼器仍然存在着許多缺點,如粘彈性材料的易老化,粘滞阻尼器的再維護成本高,軟鋼阻尼器的塑性殘餘變形大等。此外,采用摩擦阻尼器進行加固也是一種常見的類型,其具有良好可靠的耗能能力,且耗能性能受荷載大小、加載頻率和加載循環次數的影響較小,但摩擦阻尼器摩擦耗能後存在較大的殘餘變形,不能自複位。因此,有必要開發一種新型的阻尼器,該阻尼器既要具有良好的耗能能力,又要具有變形後自動恢複到初始狀态的能力,如此便可以消除地震後更換阻尼器及二次加固帶來的巨額成本,并具有良好的工程應用前景。


      形狀記憶合金正是開發上述目标阻尼器的理想材料,形狀記憶合金是一種具有多種特殊力學性能的新型功能材料,具有顯著的形狀記憶效應、相變超彈性和高阻尼特性。較其他材料相比,形狀記憶合金的抗疲勞性能很好,變形可恢複應變很大(6%~8%)。因此,基于形狀記憶合金制成的阻尼器,較其他類型的阻尼器相比,具有變形可自動回複的特點,又具有較高的阻尼耗能能力,是減輕建築結構在地震作用下損傷,減小地震後修複結構本身或修複、更換阻尼器費用的有效方案。




技術實現要素:


為解決現有技術中存在的上述缺陷,本實用新型的目的在于提供一種形狀記憶合金彈簧阻尼器,其目的是克服以上背景技術存在的缺陷與不足,采用節點加固的方法,限制層間側移,顯著提高結構在地震作用下的耗能及自複位能力,從而解決因地震、風振或者機械振動産生的動力響應而導緻的建築物傾斜、倒塌等問題,并避免建築物震後的二次糾偏加固。


本實用新型是通過下述技術方案來實現的。


形狀記憶合金彈簧阻尼器,包括木柱和連接木柱的木梁,在木柱和木梁相連的轉角上連接有剛性系杆,剛性系杆一端通過木柱卡箍機構鉸接在木柱内側,另一端通過可滑動支座連接在木梁底部的彈簧基座上,形狀記憶合金彈簧套在彈簧基座的滑動圓軸上,剛性系杆帶動可滑動支座的往複運動,使得形狀記憶合金彈簧發生拉伸或壓縮,承受木柱和木梁之間的内力。


進一步,所述木柱卡箍機構包括木柱卡箍,木柱卡箍固定在木柱周壁上,在木柱内側的木柱卡箍上設有豎向連接鋼闆,鉸支座通過焊接固定在豎向連接鋼闆上,剛性系杆下端連接在鉸支座上。


進一步,所述彈簧基座連接在木梁卡箍上,木梁卡箍固定在木梁周壁上,彈簧基座為框型闆結構,其底部框闆與木梁底面緊貼,可滑動支座連接在彈簧基座上。


進一步,在所述彈簧基座上設有一對平行分布的滑動圓軸,兩個滑動圓軸上分别套有一對相互通過圓軸連接的可滑動圓環構成的可滑動支座,在可滑動圓環的兩端分别連接有形狀記憶合金彈簧;剛性系杆上端與可滑動圓環的圓軸鉸接。


進一步,連接在可滑動圓環兩端的形狀記憶合金彈簧共有四段,均勻布置在滑動圓軸上,其一端與彈簧基座端部的鋼闆連接,另一端與滑動圓環連接。


進一步,所述剛性系杆兩端分别設有雙連接環,剛性系杆一端的雙連接環夾持鉸支座上的鉸環,另一端連接在可滑動支座上的兩個可滑動圓環之間的圓軸上。


進一步,所述木柱卡箍和木梁卡箍均由一個框型闆連接一個矩形闆構成,連接端通過螺栓連接或卡槽形式連接。


本實用新型的效果和優點:本實用新型通過加固後的節點剛度增大,由形狀記憶合金彈簧直接承受内力;能夠耗散大量地震能量,阻尼器發揮耗能作用。利用形狀記憶合金彈簧的自複位,變形後無殘餘特點,加固後的木結構榫卯節點,其抗剪承載能力、抗彎承載能力明顯提高,震後可恢複,無殘餘變形,節點加固後的抗震性能提高使得整個結構抗震性能得到優化。


本實用新型具有良好的耐久性,抗腐蝕性能和抗疲勞性能。采用卡箍将阻尼器與木結構連接,不使用木釘或木螺絲,對原有結構不産生任何損壞,達到了修舊如舊及保持結構原狀的修繕加固原則。


本文網址:http://www.eivja.com.cn/news/479.html

關鍵詞:形狀合金彈簧,記憶合金,記憶合金彈簧

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