CN102392497A - 多向形状记忆合金、软钢和铅组合鼓状阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多向形状记忆合金、软钢和铅组合鼓状阻尼器，包括涉及一种建筑结构和机械工程技术领域的减震控制装置，它包括鼓状形状记忆合金外筒、圆形软钢内筒、上端板、下端板、内置铅阻尼器、协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝。外置鼓状形状记忆合金筒，圆形软钢内筒及内置铅阻尼器，采用“米”字型布置的协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝。它恢复变形大、阻尼能力强以及耐久性、抗腐蚀性、抗疲劳性能好、工作温度范围大和维护费用低等优点，具有水平、竖直和扭转的自动复位功能，能够对水平和竖直方向的风振和地震进行耗能减震，在遇到地震和风振时，能够对建筑结构起到很好的保护作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑结构震动控制装置，特别是涉及一种建筑结构震动控制的建筑用多向形状记忆合金、软钢和铅组合鼓状阻尼器。
背景技术
金属屈服阻尼器(metallic yielding damper)是用软钢或其它软金属材料做成的各种形式的阻尼耗能器。金属屈服后具有良好的滞回性能，利用某些金属具有的弹塑性滞回变形耗能，包括软钢阻尼器、铅阻尼器和形状记忆合金(shape memory alloys，简称SMA)阻尼器等。它对结构进行振动控制的机理是将结构振动的部分能量通过金属的屈服滞回耗能耗散掉，从而达到减小结构反应的目的。
软钢阻尼器是充分利用软钢进入塑性阶段后具有良好的滞回特性。1972年，Kelly和Skinner等美国学者首先开始研究利用软钢的这种性能来控制结构的动力反应，并提出软钢阻尼器的几种形式，包括扭转梁、弯曲梁、U形条耗能器等。随后，其它学者又相继提出许多形式各异的软钢阻尼器，其中比较典型的如X形、三角形板软钢阻尼器、E型钢阻尼器、C型钢阻尼器。经过国内外许多学者的理论分析和实验研究，证实软钢阻尼器具有稳定的滞回特性，良好的低周疲劳性能，长期的可靠性和不受环境、温度影响等特点，是一种很有前途的耗能器。
铅阻尼器是充分利用铅具有密度大、熔点低、塑性高、强度低、耐腐强、润滑能力强等特点，同时由于具有较高的延性和柔性，所以在变形过程中可以吸收大量的能量，并具有较强的变形跟踪能力，而且通过动态回复和再结晶过程，其组织和性能还可恢复至变形前的状态，因此铅阻尼器具有使用寿命不受限制、提供的阻尼可靠、对位移变化敏感、构造简单、工作中不需要维护等优点。但是它具有恢复性差及铅污染等缺点。
SMA是应用较为广泛的智能材料之一，在高于奥氏体相变结束温度时加卸载，可以提供饱满的滞回曲线并且卸载后没有残余变形，这就是相变伪弹性。美国California的Robert等于1994年研制出一种SMA中心引线型阻尼器。由于智能材料在材料性质上有着普通材料所无法比拟的优点，将其应用到结构振动控制领域会获得优异的控制效果，这也是近年来土木工程中的研究热点。SMA还具有良好的抗疲劳和耐腐蚀性能，加之金属的耐久性和免维护性，所以是土木工程结构振动控制的理想材料。
全金属阻尼器具有可恢复变形大、阻尼能力强以及耐久性、抗腐蚀性、抗疲劳性能好、工作温度范围大和维护费用低等优点。
工程结构在地震、风或机械振动等作用下的反应是随机的，无论是从理论分析还是震害现象看，地震地面运动和结构反应都是多维的。中国专利号200810137193.X公开了一种名称为“形状记忆合金阻尼器”的发明专利；中国专利号03111064.9公开了一种名称为“锥形形状记忆合金阻尼器”的发明专利，中国专利号200610200568.3公开了一种名称为“混合型形状记忆合金阻尼器”的发明专利；中国专利号200710010925.4公开了一种名称为“自复位超弹性形状记忆合金阻尼器”的发明专利；中国专利号200910011071.0公开了一种名称为“抗扭转自复位铅芯形状记忆合金阻尼器”的发明专利；它们都是单一方向的，或是仅仅能够控制水平方向，并且本身不易实现工程结构的地震、风或机械振动等的控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多向形状记忆合金、软钢和铅组合鼓状阻尼器，主要为了实现对结构的任意水平方向和竖向地震、风或机械振动的耗能控制，又兼有水平、竖直和扭转的自动复位功能，既节省材料，又能充分发挥材料的作用。它包括鼓状形状记忆合金外筒、圆形软钢内筒、上端板、下端板、内置铅阻尼器、协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝、内筒锁紧螺母、调节螺母和外筒锁紧螺母，其中内外采用双重筒，形状记忆合金外筒采用鼓状筒，软钢内筒采用圆形筒，内外筒同轴；软钢内筒内设置铅阻尼器；采用8组超弹性形状记忆合金丝呈米字型拇指，一端与鼓状形状记忆合金外筒连接，另一端与圆形软钢内筒连接。圆形软钢内筒中部设置八个螺孔，螺孔均匀分布，将八组协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝分别穿入，分别用内筒锁紧螺母将协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝固定；在圆形软钢内筒中置入铅阻尼器；鼓状形状记忆合金外筒在中部设计8个螺孔，将协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝分别从鼓状形状记忆合金外筒穿出，采用调节螺母和外筒锁紧螺母将其固定。铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒为同心布置，协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝固定在内外筒上，协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝被调节螺母预拉伸应变至其超弹性平台的中点。将上端板、下端板分别与圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒焊接。鼓状形状记忆合金外筒和软钢内筒由超弹性形状记忆合金丝连接，8组协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝布置成米字型。上端板、下端板分别固定在不同结构或结构不同构件处，当上端板、下端板受到水平相对运动时，铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒均产生水平变形，铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒都开始提供的阻尼力并消耗大量能量；由于铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒的形状差异，使各自的上部变形和中部变形不一致，这样，协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝部分伸长和部分缩短地交替变化。铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒和协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝能够共同作用，提供稳定的阻尼力并消耗大量的能量，从而抑制结构或构件水平任意方向的振动。
当上端板、下端板受到竖直方向相对运动时，鼓状形状记忆合金外筒不仅产生竖直方向的变形，也会产生水平方向的变形，这样，鼓状形状记忆合金外筒开始耗能。与鼓状形状记忆合金外筒的水平变形相比，圆形软钢内筒和内置铅阻尼器的水平变形相对较小，此时，协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝开始被拉伸或压缩交替变化，这样圆形软钢内筒和内置铅阻尼器也会相应产生水平变形。铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒和协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝也能够共同作用，提供稳定的阻尼力并消耗大量的能量，从而抑制结构或构件竖直方向的振动。
当上端板、下端板受到水平方向相对扭转运动时，铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒均发生扭转运动，而协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝开始被拉伸或压缩交替变化。这样，铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒也会相应的发生一定的水平变形。铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒和协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝也能够共同作用，提供稳定的阻尼力并消耗大量的能量，从而抑制结构或构件水平方向相对扭转的振动。
当上端板、下端板受到竖直方向相对扭转运动时，铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒的一侧受拉、一侧受压交替变化，由于铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒是同心布置，但存在半径差异，因此变形也存在差异，协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝也会随之一侧受拉、一侧受压交替变化地交替变化。铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒和协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝也能够共同作用，提供稳定的阻尼力并消耗大量的能量，从而抑制结构或构件竖直方向相对扭转的振动。
无论是上端板、下端板的相对水平运动、竖向运动，还是上端板、下端板的水平方向相对扭转运动、竖直方向相对扭转运动，铅阻尼器、圆形软钢内筒和鼓状形状记忆合金外筒和协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝都是协同受力的，形状记忆合金具有超强的恢复变形能力，使该阻尼器无论在任何方向的振动都能提供稳定的阻尼力及自动复位功能。
本发明的优点是能够充分利用形状记忆合金、软钢和铅的耗能能力，可恢复变形大、阻尼能力强以及耐久性、抗腐蚀性、抗疲劳性能好、工作温度范围大和维护费用低等；不仅能够对任意水平方向的风振和地震进行耗能减震，又能对竖直方向的风振和地震进行耗能减震，同时又具有水平、竖直和扭转的自动复位功能。在遇到地震和风振时，利用多向形状记忆合金、软钢和铅组合鼓状阻尼器能够减少建筑结构的地震反应，对建筑结构起到很好的保护作用。
附图说明
图1为本发明多向形状记忆合金、软钢和铅组合鼓状阻尼器平面示意图。
图2为图1的Ⅰ-Ⅰ剖面图示意图。
图中：1为鼓状形状记忆合金外筒、2为圆形软钢内筒、3为上端板、4为下端板、5为内置铅阻尼器、6为协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝、7为内筒锁紧螺母、8为调节螺母、9为外筒锁紧螺母、10为上端板螺孔、11为下端板螺孔。
具体实施方式
下面结合技术方案和参照附图对本发明进行详细说明。
本发明提出的多向多频率调谐质量阻尼器如图1、图2所示。
整个装置主要由一个鼓状形状记忆合金外筒1、一个圆形软钢内筒2、一个上端板3、一个下端板4、一个内置铅阻尼器5、8组协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝6、内筒锁紧螺母7、调节螺母8和外筒锁紧螺母9等组成。
圆形软钢内筒2中部设置八个螺孔，螺孔均匀分布，将八组协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝6分别穿入，分别用内筒锁紧螺母7将协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝6固定；在圆形软钢内筒2中置入铅阻尼器5；鼓状形状记忆合金外筒1在中部设计8个螺孔，将协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝6分别从鼓状形状记忆合金外筒1穿出，采用调节螺母8和外筒锁紧螺母9将其固定。铅阻尼器5、圆形软钢内筒2和鼓状形状记忆合金外筒1为同心布置，协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝6固定在内外筒上，协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝6被调节螺母预拉伸应变至其超弹性平台的中点。将上端板3、下端板4分别与圆形软钢内筒2和鼓状形状记忆合金外筒1焊接。
Claims (2)
1.一种多向形状记忆合金、软钢和铅组合鼓状阻尼器，它包括鼓状形状记忆合金外筒、圆形软钢内筒、上端板、下端板、内置铅阻尼器、协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝、内筒锁紧螺母、调节螺母和外筒锁紧螺母，其特征在于：内外采用双重筒，形状记忆合金外筒（1）采用鼓状筒，软钢内筒（2）采用圆形筒，内外筒同轴；软钢内筒（2）内设置铅阻尼器；采用8组超弹性形状记忆合金丝（6）呈米字型拇指，一端与鼓状形状记忆合金外筒（1）连接，另一端与圆形软钢内筒（2）连接，圆形软钢内筒（2）中部设置八个螺孔，螺孔均匀分布，将八组协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝（6）分别穿入，分别用内筒锁紧螺母（7）将协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝（6）固定；在圆形软钢内筒（2）中置入铅阻尼器（5）；鼓状形状记忆合金外筒（1）在中部设计8个螺孔，将协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝（6）分别从鼓状形状记忆合金外筒（1）穿出，采用调节螺母（8）和外筒锁紧螺母（9）将其固定，铅阻尼器（5）、圆形软钢内筒（2）和鼓状形状记忆合金外筒（1）为同心布置，协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝（6）固定在内外筒上，协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝（6）被调节螺母预拉伸应变至其超弹性平台的中点, 将上端板（3）、下端板（4）分别与圆形软钢内筒（2）和鼓状形状记忆合金外筒（1）焊接。
2.根据权利要求1所述的多向形状记忆合金、软钢和铅组合鼓状阻尼器，其特征在于：鼓状形状记忆合金外筒（1）和软钢内筒由超弹性形状记忆合金丝（6）连接，8组协调内外筒的超弹性形状记忆合金丝（6）布置成米字型。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120328 |