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CN106869010B - 一种高阻尼橡胶圆柱体分段式外缠形状记忆合金丝的阻尼器 - Google Patents

一种高阻尼橡胶圆柱体分段式外缠形状记忆合金丝的阻尼器 Download PDF

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崔瑶
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王帅
邱文亮
黄才良
张哲�
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

一种高阻尼橡胶圆柱体分段式外缠形状记忆合金丝的阻尼器，属于工程结构减震控制领域。高阻尼橡胶与形状记忆合金丝均为高弹性、高阻尼材料，两者组合可满足不同强度地震的耗能需求。形状记忆合金丝的高弹性可显著提高纯橡胶体的轴向承载能力，两种高弹性材料组合使阻尼器具有较好的恢复力。形状记忆合金丝分段式缠绕在高阻尼橡胶圆柱体上，通过调整高阻尼橡胶圆柱体的截面积与长度，形状记忆合金丝的直径、缠绕段数量、缠绕段宽度及缠绕段间距来调整阻尼器的轴向刚度，满足不同位置的阻尼器的轴向刚度需求。安装简单，基本不需要其它连接件，可用于新建结构及旧结构的加固工程中，应用于工程结构的减震控制领域。

Description

一种高阻尼橡胶圆柱体分段式外缠形状记忆合金丝的阻尼器
技术领域
本发明属于工程结构减震控制领域，涉及到一种减震控制装置，特别是对工程结构在地震作用下的结构震动响应起到抑制作用的一种高阻尼橡胶圆柱体分段式外缠SMA丝的阻尼器。
背景技术
高阻尼橡胶材料是一种性能优良的耗能减震材料，利用其超弹性和高阻尼性能可以制作高阻尼橡胶阻尼器，用于结构振动控制，是工程中常用的一种耗能减震装置，如纯高阻尼橡胶减震器、叠层橡胶减震器等。但纯高阻尼橡胶减震器刚度小，受压后变形太大；而叠层橡胶减震器刚度太大，受压后变形太小，耗能效果不显著。因而，此类减震装置在工程应用中有诸多条件限制。形状记忆合金作为一种新型功能材料，具有形状记忆效应、超弹性、高阻尼以及良好的耐腐蚀、耐疲劳等特点，在工程结构减震耗能方面具有明显优势。因而，合理利用两种材料可以更好的实现工程结构的减震控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻尼器，这种阻尼器具有减隔震效果明显、性价比高、制作简单、易于安装与更换，推广度较高且适宜批量生产等特点，同时还可以依照设计者的想法在指定位置进行安装。
本发明的技术方案：
一种高阻尼橡胶圆柱体分段式外缠形状记忆合金丝的阻尼器，包括连接钢板1、连接螺栓2、胶结层3、高阻尼橡胶圆柱体4、形状记忆合金丝5和锚固装置6；
连接钢板1为圆柱体，预留螺栓孔7，一侧通过胶结层3与高阻尼橡胶圆柱体4固结，另一侧通过连接螺栓2或胶安装在相应位置上，如桥梁墩台或挡块；
所述的高阻尼橡胶圆柱体4侧面带有多个凹槽，其一端通过胶结层3与连接钢板1固结，另一端自由；
在高阻尼橡胶圆柱体4的凹槽内缠绕形状记忆合金丝5，每个凹槽内用一根形状记忆合金丝5，形状记忆合金丝5的两端用锚固装置6固定，高阻尼橡胶圆柱体4的长度L、直径D，形状记忆合金丝5的直径、缠绕段数量n、缠绕段宽度b及缠绕段间距c可以调整阻尼器的轴向刚度，满足不同位置的阻尼器的轴向刚度需求；
锚固装置6将形状记忆合金丝5两端固定，形状记忆合金丝5两端放入U型螺栓10内部，将挤压板9安装在U型螺栓上，通过螺母8提供挤压力，使形状记忆合金丝5两端锚固。
本发明的工作过程是：分段式缠绕形状记忆合金丝的高阻尼橡胶圆柱体与连接钢板连接。在轴向压力作用下，高阻尼橡胶圆柱体产生压缩变形。高阻尼橡胶圆柱体的侧向膨胀使所缠绕的形状记忆合金丝伸长，从而把高阻尼橡胶圆柱体的变形与形状记忆合金丝的变形联系起来。在往复的加载卸载过程中，两种材料反复伸缩，利用两种材料的高阻尼与超弹性性能实现耗能减震。另一方面，形状记忆合金的超弹性约束高阻尼橡胶圆柱体的侧向膨胀，减少其轴向变形，从而提高了高阻尼橡胶圆柱体的轴向刚度。
本发明具有耗能性能稳定、刚度可调、结构简单的特点。在本发明中应用高阻尼橡胶与形状记忆合金的组合，耗能效果显著；安装简单，不需要大量的连接件；本发明中高阻尼橡胶圆柱体上分段式外缠SMA丝，可以实现一部分的自复位效果；采用SMA丝外缠的方式，利用形状记忆合金丝的耐腐蚀、耐疲劳的特性，阻尼器可裸露在大气环境中使用，易于实时监测阻尼器的工作状态；通过调整高阻尼橡胶圆柱体的截面积与长度，形状记忆合金丝的直径、缠绕段数量、缠绕段宽度及缠绕段间距来调整阻尼器的竖向刚度，可以满足不同位置的阻尼器的轴向刚度需求。
本发明的有益效果：
1、解决了传统的纯橡胶减震装置承载力低、变形太大的问题，并且将高阻尼橡胶与形状记忆合金结合，耗能效果显著；
2、解决了叠层橡胶减震装置刚度太大、变形太小、耗能能力有限的问题；
3、通过调整高阻尼橡胶圆柱体的面积与长度，形状记忆合金丝的直径、缠绕段数量、缠绕段宽度及缠绕段间距可以调整阻尼器的轴向刚度，满足不同位置的阻尼器的轴向刚度需求；
4、利用形状记忆合金丝的耐腐蚀、耐疲劳的特性，改善了常用的橡胶减震器耐久性差的情况；
5、解决了传统阻尼器在应用中需要大量连接件和施工维修不便的难题。
附图说明
图1是本发明的外观示意图。
图2是本发明的顶部俯视示意图。
图3是图1的A-A向剖面示意图。
图4是连接钢板示意图。
图5是高阻尼橡胶圆柱体侧面示意图。
图6是形状记忆合金丝锚固装置示意图。
图7是工程中阻尼器安装示意图A。
图8是工程中阻尼器安装示意图B。
图中：1 连接钢板；2 连接螺栓；3 胶结层；4 高阻尼橡胶圆柱体；
5 形状记忆合金丝；6 锚固装置；7 螺栓孔；8 螺母；9 挤压板；10U 型螺栓；
11 梁；12 支座；13 钢挡块；14 加劲钢板；
15 高阻尼橡胶圆柱体分段式外缠形状记忆合金丝的阻尼器；16 垫石；
17 桥墩；18 梁；19 支座；20 混凝土下部结构；21 胶结层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式详细说明本发明：
一种高阻尼橡胶圆柱体分段式外缠形状记忆合金丝的阻尼器，如图1所示，它包括连接钢板1、连接螺栓2、胶结层3、高阻尼橡胶圆柱体4、形状记忆合金丝5、锚固装置6；
如图1-4所示，所述的连接钢板1为圆形，预留螺栓孔7，一侧通过胶结层3与高阻尼橡胶圆柱体4固结，另一侧通过连接螺栓2或胶安装在具有相对位移的其中一个结构上，如桥梁墩台或挡块；
如图1-3和图5所示，所述的高阻尼橡胶圆柱体4侧面带有一定间距的凹槽，一端通过胶结层3与连接钢板1固结，另一端自由；在高阻尼橡胶圆柱体4的凹槽内缠绕形状记忆合金丝5，每个凹槽内用一根形状记忆合金丝5，每根形状记忆合金丝5的两端用锚固装置6固定；
如图5所示，所述的高阻尼橡胶圆柱体4的长度L、直径D，形状记忆合金丝5的直径、缠绕段数量n、缠绕段宽度b及缠绕段间距c可以调整阻尼器的轴向刚度，满足不同位置的阻尼器的轴向刚度需求；
如图6所示，所述的锚固装置6将形状记忆合金丝5的两端固定。形状记忆合金丝5两端放入U型螺栓10内部，将挤压板9安装在U型螺栓上，通过预紧螺母8提供挤压力，使形状记忆合金丝5两端锚固；
本发明的工作过程是：
分段式缠绕形状记忆合金丝5的高阻尼橡胶圆柱体4与连接钢板1连接。在轴向压力作用下，高阻尼橡胶圆柱体4产生压缩变形。高阻尼橡胶圆柱体4的侧向膨胀使所缠绕的形状记忆合金丝5伸长。在往复的加载卸载过程中，利用高阻尼橡胶圆柱体4与形状记忆合金丝5的高阻尼与超弹性性能实现耗能减震。另一方面，形状记忆合金丝5的超弹性约束高阻尼橡胶圆柱体4的侧向膨胀，减少其轴向变形，从而提高了高阻尼橡胶圆柱体4的轴向刚度。
在实际的工程结构中，本阻尼器可以按照图7-8的方式进行连接。
安装方式一：如图7所示，高阻尼橡胶圆柱体分段式外缠形状记忆合金丝的阻尼器15可通过螺栓2连接安装在的钢挡块13上；安装方式二：如图8所示，高阻尼橡胶圆柱体分段式外缠形状记忆合金丝的阻尼器15通过胶结层21安装在混凝土下部结构20与梁18之间，在地震过程中阻尼器只受压不受拉，能够在反复的地震力下达到耗能减震的作用。

Claims (2)

1.一种高阻尼橡胶圆柱体分段式外缠形状记忆合金丝的阻尼器，其特征在于，该阻尼器包括连接钢板(1)、连接螺栓(2)、胶结层(3)、高阻尼橡胶圆柱体(4)、形状记忆合金丝(5)和锚固装置(6)；
连接钢板(1)为圆柱体，预留螺栓孔(7)，一侧通过胶结层(3)与高阻尼橡胶圆柱体(4)固结，另一侧通过连接螺栓(2)或胶安装在相应位置上；
高阻尼橡胶圆柱体(4)侧面带有多个凹槽，其一端通过胶结层(3)与连接钢板(1)固结，另一端自由；
在高阻尼橡胶圆柱体(4)的凹槽内缠绕形状记忆合金丝(5)，每个凹槽内用一根形状记忆合金丝(5)，形状记忆合金丝(5)的两端用锚固装置(6)固定，高阻尼橡胶圆柱体(4)的长度L、直径D，形状记忆合金丝(5)的直径、缠绕段数量n、缠绕段宽度b及缠绕段间距c调整阻尼器的轴向刚度，满足不同位置的阻尼器的轴向刚度需求。
2.根据权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，所述的锚固装置(6)将形状记忆合金丝(5)两端固定，形状记忆合金丝(5)两端放入U型螺栓(10)内部，将挤压板(9)安装在U型螺栓上，通过螺母(8)提供挤压力，使形状记忆合金丝(5)两端锚固。
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