[发明专利]多向自复位形状记忆合金铅阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及多向自复位形状记忆合金铅阻尼器，适用于工程结构耗能减振技术领域。

背景技术

强震及强风等外荷载对工程结构的安全性带来严重威胁，仅通过提高结构自身的刚度及强度，并不能很好的进行消能减震，从而对结构自身造成破坏。这需要使激励外荷载输入的能量依据某种机理将其转变为热能或其他能量形式能将其耗散掉，从而保护结构自身不会被破坏。通过在结构内外添加阻尼器的方法来实现结构振动控制表现出好的控制效果。

目前常用的耗能装置存在各自的不足，如粘弹性阻尼器易老化、粘滞阻尼器的维护困难。为解决不可恢复，耐久性不强，振动后需要维护等问题。形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)是一种对形状有记忆功能的新型智能材料。其自身具有的超弹性，其可恢复应变达到6％至8％，极限强度超过1000MPa，使用SMA材料制作的阻尼器和其他阻尼器相比具有抗老化、可靠性强、耐久性强等特点。选择此材料作为阻尼器可提高结构的振动被动控制能力。金属屈服阻尼器中，铅阻尼器具有耗能性能好，使用周期长等特点。工作原理为金属铅进入塑性屈服阶段后通过吸收外荷载输入的能量来达到耗能减振的作用。其中剪切型-阻尼器为利用铅受剪切屈服后产生塑性变形来耗能。而铅振动后发生的塑性变形不可自恢复。并且传统的铅阻尼器不适应于不同大小的拉伸及扭转阻尼力的调节。

目前已研制开发的阻尼器大多仅仅应用于单一方向的振动控制，而荷载响方向通常是随机的，研究多向控制的阻尼器具有工程实际意义。

发明内容

为了解决结构受强荷载作用可能会产生大变形导致结构破坏等问题，本发明提供了多向自复位形状记忆合金铅阻尼器，进行减振耗能。由于阻尼器在安装处的受力可能是扭转或是拉压，所以依据外荷载输入的多向性，本发明的特点为在阻尼器的径向和环向上皆可工作减振耗能。多向自复位形状记忆合金铅阻尼器，其模型为(如图1)，阻尼器从功能上分类主要由两部分装置组成。第一部分是利用铅剪切耗能装置，第二部分是对阻尼器内部各部分的自复位装置。本发明具有多向可调节阻尼力的功能，并且多向阻尼器相比传统单向阻尼，不仅是功能上的叠加，更拓展其适用范围。

多向自复位形状记忆合金铅阻尼器，包括连接杆1、第一内筒-左盖板2、SMA弹簧夹具3、外筒-固定螺栓4、SMA弹簧5；第三内筒6、外筒7、固定板8、预应力调节环板9、SMA丝10、拉杆11、右侧拉环12、左侧拉环13、连接筒14、外筒-左盖板15、内筒-固定螺栓16、预应力调节板17、左拉板18、第一铅块19、第二铅块20、第一内筒21、第二内筒22、右拉板23、第一内筒-右挡板24、SMA丝夹具25、外筒-右盖板26；

第一内筒21与第二内筒22间安装第一铅块19、第二内筒22和第三内筒6间安装第二铅块20，构成双层剪切型-铅阻尼器；

外筒7两端分别为外筒-左盖板15和外筒-右盖板26，左侧拉环13、连接杆1、连接筒14依次焊接，并固定于外筒-左盖板15的中心处；拉杆11右端焊接拉环12，拉杆11左端依次焊接第一内筒-右挡板24和第一内筒21，第一内筒21左端焊有第一内筒-左盖板2；第一内筒21的中间段，即第一内筒-左盖板2和第一内筒-右挡板24间外表面开槽；将第一铅块19的下半部分嵌入于第一内筒21外表面的槽中，第一铅块19的上半部分嵌入于第二内筒22内壁开的槽中；在第二内筒22外表面开槽，将第二铅块20的下半部分嵌入于第二内筒22外表面的槽中，将第二铅块20的上半部分嵌入于第三内筒6内壁开的槽中；

自复位装置由SMA弹簧5和SMA丝10组成，SMA弹簧5负责第二内筒22向左拉伸及扭转时自复位，SMA丝10负责拉杆11的扭转及拉压时自复位。四组SMA弹簧5安装于第三内筒6和外筒7间形成的中部空腔内，SMA弹簧5左端依次穿过固定板8、左拉板18和预应力调节板17，右端依次穿过固定板8和右拉板23，并通过SMA弹簧夹具3旋紧拉固；三排共9根SMA丝10以环向夹角45度依次穿过拉杆11和外筒7开设的孔中，并通过预应力调节环板9和SMA丝夹具25配合固定；SMA丝10横向安装于外筒7；通过调节SMA弹簧夹具3、SMA丝夹具25分别改变SMA弹簧5、SMA丝10的初始应力变形，进而调阻尼力。SMA材料由于其超弹性具有较强的自复位能力，且其本身具有的抗疲劳，较高的拉伸扭转强度等特性，在高消能后能够使阻尼器能够恢复初始状态。