[发明专利]超弹性形状记忆合金-摩擦串联复合阻尼器

说明书

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种消能减震装置，尤其是能自动调整耗能单元工作状态，具有良好耗能及一定复位功能的阻尼器。

背景技术

地震中建筑物的破坏与倒塌是造成地震灾害的主要原因。传统结构抗震是通过增强结构本身的强度、刚度和延性来抵御地震作用的，即由结构本身储存和消耗地震能量，这是不经济的，也达不到预期效果。消能减震技术是在结构的抗侧力构件中并联阻尼器，由阻尼器消耗大部分地震能量，从而保证主体结构的安全，因而是积极有效的抗震策略。

已应用在实际工程中的传统阻尼器存在着一些局限性：粘弹性阻尼器抗疲劳性差、易老化；粘滞阻尼器易渗漏；金属屈服阻尼器强震后需要更新与替换；摩擦阻尼器复位性差，这也是以上其他类阻尼器的弊端。近几十年，随着材料制造技术的发展，形状记忆合金开始走进土木工程领域。形状记忆合金是一类对形状有记忆功能的机敏材料，其在奥氏体相表现出的超弹性，可恢复应变可达8％～10％，强度高，抗腐蚀、抗疲劳性好。利用超弹性形状记忆合金为唯一耗能材料开发的阻尼器，可以克服传统阻尼器的弊端，但通常耗能能力有限，阻尼不足。将超弹性形状记忆合金与其它高耗能材料组合，利用各自优势开发阻尼器，是解决这一问题的有效途径。公开号为CN101196017的专利中公开了复合型形状记忆合金摩擦阻尼器的技术方案，即将超弹性形状记忆合金丝与摩擦阻尼器并联组合以提供良好的耗能和复位功能，该方案中超弹性形状记忆合金丝与摩擦阻尼器同时工作，不能根据地震强度以及结构在地震下的响应来调整耗能单元的工作状态，这样产生的问题是：超弹性形状记忆合金丝的性能是根据结构在强震下的性能要求确定的，故用量较多，小震时超弹性形状记忆合金丝的耗能能力未能充分发挥，而形状记忆合金材料价格昂贵，因此从实用角度看是不经济的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种超弹性形状记忆合金-摩擦串联复合阻尼器，该阻尼器能根据地震强度和工程结构的地震响应自动调整耗能单元工作状态，具有良好的耗能及一定的复位功能，并且构造简单、造价低廉。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：超弹性形状记忆合金-摩擦串联复合阻尼器，由一级主板、前副板、右动杆、超弹性形状记忆合金丝、限位套筒、左动杆、高强螺栓、二级主板、后副板、摩擦片、夹具和弹簧夹圈组成，其特征是：一级主板和二级主板分离布置在同一平面，其外侧对称布置着前副板和后副板；左动杆穿过前副板、限位套筒、一级主板、限位套筒和后副板；右动杆穿过前副板、一级主板和后副板；弹簧夹圈夹持在左动杆和右动杆上，靠近前副板和后副板的外表面；超弹性形状记忆合金丝缠绕在左动杆和右动杆上，对称布置在前副板和后副板的外侧，并由夹具固定在左动杆上；前副板和后副板分别与摩擦片采用环氧树脂粘结，高强螺栓将粘有摩擦片的前副板、二级主板和粘有摩擦片的后副板联接。

超弹性形状记忆合金-摩擦串联复合阻尼器包括两个串联组合的耗能单元，即形状记忆合金单元和摩擦单元。形状记忆合金单元由超弹性形状记忆合金丝联接左动杆和右动杆并与一级主板、前副板、后副板、限位套筒、夹具和弹簧夹圈组成；摩擦单元由高强螺栓联接粘有摩擦片的前副板、二级主板和粘有摩擦片的后副板组成。阻尼器设计时，要求摩擦单元的滑动摩擦力大于形状记忆合金单元的最大输出力，以实现阻尼器自动调节耗能单元工作状态的功能。为方便以下描述，定义如下概念：①阻尼器的静平衡位置是形状记忆合金单元的静平衡位置，即：前副板、一级主板和后副板的左长孔和右长孔分别对齐，左动杆和右动杆被超弹性形状记忆合金丝约束紧靠在前副板、一级主板和后副板上；②阻尼器的位移是一级主板和二级主板的相对位移；③阻尼器的最大弹性位移即超弹性形状记忆合金丝的最大变形量，其值等于一级主板(或前副板或后副板)的左长孔(或右长孔)长度减去左动杆(或右动杆)的直径。

阻尼器具体工作原理如下：

(1)拉力作用下，一级主板远离二级主板：一级主板带动右动杆运动，而左动杆被前副板和后副板阻挡，从而使超弹性形状记忆合金丝被拉伸；当阻尼器位移超过其最大弹性位移时，右动杆被前副板和后副板阻挡，左动杆与一级主板相撞，左动杆和右动杆与前副板、一级主板和后副板的接触力大于了摩擦单元的最大静摩擦力，则粘有摩擦片的前副板和粘有摩擦片的后副板受一级主板、左动杆和右动杆的带动与二级主板发生相对滑动从而产生摩擦力耗散能量。卸荷时，超弹性形状记忆合金丝的恢复力带动右动杆和一级主板回至静平衡位置。限位套筒随左动杆一起运动。