CN101581346A - 内碰-摩擦-形变三级耗能抗扭转消能器 - Google Patents

Abstract

内碰－摩擦－形变三级耗能抗扭转消能器，属于土木工程及机械工程技术领域。主要由外钢筒、内钢筒、形状记忆合金间隔板、间隔钢板和钢法兰组成。其特征在于：沿着内、外钢筒的外、内周径向均匀布置的倒梯形间隔钢板和梯形形状记忆合金间隔板相互错落布置；上、下法兰设有钢制滑槽，可供外、内钢筒插入滑动；通过法兰上的螺孔将消能器固定于需要进行扭转控制的部位；当上、下法兰发生相对扭转运动时，间隔钢板与形状记忆合金间隔板将会发生内碰撞－相互摩擦－形状记忆合金板形变这三种方式耗能，以共同抑制结构或构件在平面内的扭转振动。本发明的效果和益处是该消能器具有抗扭转耗能能力强、维护费用低、可反复使用、自复位、构造简单等优点。

Description

内碰-摩擦-形变三级耗能抗扭转消能器

技术领域

本发明属于土木工程及机械工程技术领域，涉及到一种内碰-摩擦-形变三级耗能抗扭转消能器。

背景技术

每一次剧烈的地震都会给人类造成巨大的生命和财产损失。传统的抗震设计是通过增强建筑物本身的刚度来抵御地震作用，即依靠结构本身来储存和消耗地震能量，以满足结构抗震设防标准，这种抗震方式缺乏自我调节能力，在不确定的地震作用下，常常不能满足安全性的要求，消能减震技术为结构抗震提供了一条合理有效的途径。被动消能阻尼器的减振技术相对比较成熟，然而作为一种被动控制装置，耐久性是目前消能器中普遍存在的问题。常见的粘弹性阻尼器易老化，粘滞阻尼器的维护，摩擦阻尼器在长期使用时的可靠性，软钢阻尼器的塑性残余变形等。

大量的震害分析表明，许多工程结构(无论是对称结构，还是非对称结构)的破坏是由扭转振动产生的，而且往往震害较为严重，特别是复杂体型的高层建筑一旦破坏，将造成巨大的经济损失和人员伤亡。从国内外实际震害经验可以得出，地震时引起结构产生扭转振动的原因：一是由于地面质点间运动的差别，可使地面的每一部分不仅产生平动分量，而且也产生转动分量。这种转动分量迫使结构产生扭转振动；二是结构的质量中心和刚度中心不重合，地震时作用在质量中心的惯性力将对刚度中心产生扭转力矩，迫使结构产生平移扭转耦联的空间振动。在机械工程领域，不利的扭转振动更是非常常见。目前研制开发的消能器，通常仅具有轴向耗能减振能力，本身不易实现工程中的扭转振动控制。

形状记忆合金是一种新型功能材料，具有形状记忆效应、超弹性和耐疲劳特性。利用形状记忆合金的超弹性特性制作的被动消能器可以克服上述问题。这类消能器与其他阻尼器相比，具有耐久性和耐腐蚀性能好，使用周期长，变形大且可恢复等优点。但现有的形状记忆合金消能器主要利用奥氏体形状记忆合金的阻尼特性，耗能能力有限。

因此，开发一种有抗扭转振动能力、高阻尼特性、且具有自复位能力的消能器对土木工程结构抵御地震灾害及机械工程减小不利的扭转振动具有重要的现实意义。

发明内容

本发明提供了一种内碰-摩擦-形变三级耗能抗扭转消能器，其目的是解决现有被动阻尼器有残余变形、耐久性差、仅具有轴向减振能力以及耗能能力有限等问题。

本发明的技术方案如下：

内碰-摩擦-形变三级耗能抗扭转消能器，主要由外钢筒、内钢筒、形状记忆合金间隔板、间隔钢板和钢法兰组成。主要技术方案为：沿着与上法兰连接的内钢筒的外周径向均匀对称布置18组梯形间隔钢板，沿着与下法兰连接的外钢筒的内周径向均匀对称布置18组倒梯形形状记忆合金间隔板；间隔钢板与形状记忆合金间隔板相互错落布置；上、下法兰上均设有钢制滑槽，可供外、内钢筒插入滑动；通过法兰上的螺栓孔将消能器固定于需要进行扭转控制的部位。

当上、下法兰发生相对扭转运动时，间隔钢板与形状记忆合金间隔板将会发生内碰-摩擦-形变三级耗能，共同抑制结构或构件在平面内的扭转振动。该消能器的耗能能力与振幅成正比，当振幅较小时，每个间隔钢板各自的空间内与形状记忆合金间隔板发生非完全弹性碰撞，达到交换动量和耗散动能的目的；当振幅较大时，间隔钢板将进入旁边的间隔空间，此过程会与形状记忆合金板发生摩擦耗能；且由于形状记忆合金板在此过程中的变形较大，将会产生较强的回复力，从而达到减小结构振动的目的。

本发明的效果和益处体现在克服了其他阻尼器有残余变形、耐久性差以及耗能能力有限等缺点，突出优点是充分利用钢板与形状记忆合金板的相互内碰-摩擦-形变这三方面来共同耗能，大幅提高了消能器的耗能能力；该阻尼器可恢复变形大、具有较好的抗腐蚀、抗疲劳性，维护费用低、构造简单、安装方便。内碰-摩擦-形变三级耗能抗扭转消能器使得抗扭设计更为方便、实用，将会广泛的应用于土木工程及机械工程技术领域。

附图说明

图1是内碰-摩擦-形变三级耗能抗扭转消能器的侧立面图。

图2是内碰-摩擦-形变三级耗能抗扭转消能器俯视图。

图3是图1中内碰-摩擦-形变三级耗能抗扭转消能器的A-A剖面图。

图4是图2中内碰-摩擦-形变三级耗能抗扭转消能器的B-B剖面图。

图中：1.下法兰；2.下法兰螺栓孔；3.形状记忆合金间隔板；4.外钢筒；5.间隔钢板；6.下法兰滑槽；7.内钢筒；8.上法兰；9.上法兰螺栓孔；10.上法兰滑槽。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施步骤。

步骤1.对工程结构进行分析，计算出所要控制的扭转力大小，根据所要达到的性能要求，确定消能器的尺寸及参数。

步骤2.在内钢筒7的外周径向均匀对称布置18组间隔钢板5，在外钢筒4的内周径向均匀对称布置18组形状记忆合金间隔板3。

步骤3.在上法兰8上制作一个钢制滑槽10，滑槽半径与外钢筒4半径相同；在下法兰1上制作一个钢制滑槽6，滑槽半径与内钢筒7半径相同。

步骤4.将外钢筒4焊接到下法兰1上，然后插入上法兰的滑槽10；将内钢筒7焊接到上法兰8上，然后插入下法兰的滑槽6。

步骤5.通过上、下法兰预留的螺栓孔9和2，采用高强螺栓将消能器安装在需要进行扭转振动控制的部位。

Claims (1)

1.一种内碰-摩擦-形变三级耗能抗扭转消能器，由下法兰(1)、下法兰螺栓孔(2)、形状记忆合金间隔板(3)、外钢筒(4)、间隔钢板(5)、下法兰滑槽(6)、内钢筒(7)、上法兰(8)、上法兰螺栓孔(9)和上法兰滑槽(10)组成；其特征在于：沿着与上法兰(8)连接的内钢筒(7)的外周径向均匀对称布置18组梯形间隔钢板(5)，沿着与下法兰(1)连接的外钢筒(4)的内周径向均匀对称布置18组倒梯形形状记忆合金间隔板(3)；间隔钢板与形状记忆合金间隔板相互错落布置；上法兰设有钢制滑槽(10)，下法兰设有钢制滑槽(6)，可供外、内钢筒插入滑动；通过下法兰的螺栓孔(2)和上法兰螺栓孔(9)将消能器固定于需要进行扭转控制的部位。

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