CN217105636U - 一种复合型耗能阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种复合型耗能阻尼器，包括外筒体、SMA丝和作动杆，作动杆的头部置于外筒体的空腔内，作动杆的尾部一部分置于外筒体外；作动杆的尾部套装有SMA弹簧；作动杆头部对称设置有U型固定钢，U型固定钢的前后各设置一块拉板，前后拉板通过横向SMA丝连接，横向SMA丝自前向后依次穿过前拉板、U型固定钢、后拉板；作动杆头部置于四块前、后拉板以及两个U型固定钢围成的空间内；纵向SMA丝内侧端固定在作动杆头部，外侧端固定在外筒体，纵向SMA丝与横向SMA丝形成的平面相垂直。本实用新型同时具有拉压组和抗扭组，既拥有高强的拉压耗能能力，同时具有受扭作用时同样能耗能的特性，在提供高强的耗能能力的同时，还可自复位，减少残余位移问题。

Description

一种复合型耗能阻尼器

技术领域

本实用新型涉及阻尼器，尤其涉及一种复合型耗能阻尼器。

背景技术

对于土木工程结构而言,依靠自身的阻尼耗能特性来抵抗外部振动并不可靠，而工程结构在受到外界干扰和激励如强风、地震时又会产生较大的响应，为保证结构安全性，同时随着各种新型阻尼耗能技术的不断更迭，结构通过添加内部构件或外部构件的方式来实现结构控制振动的方式都体现出了较好的控制效果。但是现有技术中的阻尼器存在只可在受拉受压情况下发挥耗能功效，在受扭时无法实现减振作用的缺点。而大型机械设备或结构在实际受力时还会受到扭转作用，如在地震过程中由于地震波中的转动分量作用，许多建筑和桥梁皆发生倾覆类的扭转破坏，因此未考虑阻尼器在结构受扭时的耗能特性是不全面的。

实用新型内容

有鉴于此，有必要针对的问题，提供一种复合型耗能阻尼器，该阻尼器同时具有拉压组和抗扭组，在提供高强的耗能能力的同时，还可自复位，减少残余位移问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种复合型耗能阻尼器，包括：外筒体、SMA丝和作动杆，所述SMA丝包括横向SMA丝和纵向SMA丝；所述作动杆的头部置于外筒体的空腔内，所述作动杆的尾部一部分置于外筒体的空腔内，另一部分置于外筒体外；作动杆的尾部位于外筒体空腔内的部分套装有SMA弹簧；作动杆头部两侧对称设置有U型固定钢，U型固定钢两端的端部与外筒体连接，U型固定钢的前后各设置一块拉板，前、后拉板通过上下设置的两组横向SMA丝连接，所述横向SMA丝自前向后依次穿过前拉板、U型固定钢、后拉板，前、后拉板的外侧端与外筒体内壁不接触；所述作动杆头部置于四块前、后拉板以及两个U型固定钢围成的空间内；所述纵向SMA丝对称设置在作动杆头部的两侧，所述纵向SMA丝的内侧端固定在作动杆头部上，其外侧端固定在外筒体，所述纵向SMA丝与四组横向SMA丝形成的平面相垂直。

进一步的，所述U型固定钢两端的端部通过锚头与外筒体连接。

进一步的，所述作动杆为同心异径结构，所述作动杆包括头部和尾部，所述作动杆头部直径大于尾部直径，作动杆头部与尾部之间的缩径段为圆台结构。

进一步的，所述作动杆的头部与尾部的直径比为2-3：1。

进一步的，所述作动杆由外至内依次设置有约束钢材层、粘弹性阻尼材料层和SMA棒材内芯，所述粘弹性阻尼材料层胶接于约束钢材层和SMA棒材内芯之间。

进一步的，所述SMA棒材内芯采用大直径SMA棒材。

进一步的，所述纵向SMA丝的内侧端通过螺丝钩固定于约束钢材层上，其外侧端与外筒体通过锚头固定。

进一步的，所述横向SMA丝通过固定螺钉与拉板连接。

本实用新型所具有的优点和有益效果是：

本实用新型一种复合型耗能阻尼器，同时具有拉压组和抗扭组，既拥有高强的拉压耗能能力，同时具有受扭作用时同样能耗能的特性，在提供高强的耗能能力的同时，还可自复位，减少残余位移问题。本实用新型阻尼器构造简单，其制作和安装过程都较为简单，具有很强的适用性和便于维护的优点，同时其能有效提高结构的抗振性能。由于其具有受拉受压耗能、高耗能、自复位、小位移敏感的特点，可广泛应用于结构减振领域，是一种适用于工程应用的被动耗能阻尼器。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详述：

图1是本实用新型阻尼器的立体结构示意图；

图2为本实用新型阻尼器的90度剖面示意图；

图3为本实用新型阻尼器的180度剖面示意图；

图4为作动杆10头部放大图；

图5为内部结构解析图；

图6为作动杆向前推动时阻尼器内部状态示意图。

图中：外筒体1，固定螺钉2，锚头3，横向SMA丝41、纵向SMA丝42、前拉板5、固定钢板材6、螺丝钩7、SMA弹簧8、后拉板9、作动杆10、外层约束钢材层11、粘弹性阻尼材料层12、SMA棒材内芯13、前封口板14、后封口板15、稳定杆16。

具体实施方式

由于现有技术中的阻尼器只可在受拉受压情况下发挥耗能功效，在受扭时无法实现减振，因此本实用新型提供一种复合型耗能阻尼器，该阻尼器由两部分组成，一部分为拉压组，另一部分为受扭组。受扭组由纵向SMA丝42、SMA棒材内芯13、粘弹性阻尼材料层12及SMA弹簧8构成；拉压组由横向SMA丝41、纵向SMA丝42、粘弹性阻尼材料层12、SMA棒材内芯13及SMA弹簧8组成。

本实用新型同时利用耗能型阻尼器虽不能在卸载后恢复初始状态但可提供饱满滞回曲线耗散大量能量的特点，及复位型阻尼器滞回曲线狭长卸载后能恢复初始状态的性能，使阻尼器的超弹性恢复力及其较强的自复位能力在本实用新型阻尼器上充分发挥功效，极大地改善阻尼器的控制效果。同时，本实用新型不仅考虑了在受拉受压情况下的耗能，也考虑了在设备或构筑物受扭时的消能减振，使其同时具有受拉压、受扭作用时高耗能自复位的特性。

为了进一步说明本实用新型，以下结合实施例对本实用新型一种复合型耗能阻尼器进行详细描述：

需要说明，在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“内”、“外”方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1、3所示，本实用新型一种复合型耗能阻尼器，包括：外筒体1、SMA丝和作动杆10，所述SMA丝包括横向SMA丝41和纵向SMA丝42；横向SMA丝41为主要的受拉组。纵向SMA丝42是主要的受扭组部件。所述外筒体1是两端封闭的空心圆柱体，外筒体的两端分别通过前封口板14和后封口板15封口。所述前封口板14外壁中心处连接有稳定杆16。

如图2所示，所述作动杆10包括头部和尾部，所述头部和尾部均为圆柱体结构。所述作动杆10的头部置于外筒体1的空腔内，所述作动杆10的尾部一部分置于外筒体1的空腔内，另一部分穿过外筒体1的后封口板15置于外筒体1外；作动杆10的尾部位于外筒体1空腔内的部分套装有SMA弹簧8，SMA弹簧8在提供高强的自复位能力的同时又能消耗一部分的能量。所述外筒体1和作动杆10的截面为同心圆。所述作动杆10为同心异径结构，所述作动杆10头部直径大于尾部直径，所述作动杆10的头部与尾部的直径比为2-3：1，作动杆10头部与尾部之间的缩径段为圆台结构。缩径段采用圆台结构可减少变径截面处的集中力，减小作动杆破坏的可能。

如图1、4所示，作动杆10头部两侧对称设置有U型固定钢6，U型固定钢6的底端与作动杆10头部外壁相接触，U型固定钢6两端的端部与外筒体1连接，U型固定钢6的前面设置一块前拉板5，U型固定钢6的后面设置一块后拉板9，前拉板5和后拉板9通过上下设置的两组横向SMA丝41连接，所述横向SMA丝41自前向后依次穿过前拉板5 、U型固定钢6、后拉板9，前、后拉板的外侧端与外筒体内壁不接触；作动杆10头部和缩径段位于四块前、后拉板以及两个U型固定钢6围成的空间内，当作动杆10静止不动时，前拉板5内侧端与作动杆10头部的前端面相接触，后拉板9内侧端与作动杆10的缩径段相接触。横向SMA丝41与外筒体1的中心线平行。所述纵向SMA丝42对称设置在作动杆10头部的两侧，所述纵向SMA丝42的内侧端固定在作动杆10头部上，其外侧端固定在外筒体1上，所述纵向SMA丝42与四组横向SMA丝41形成的平面相垂直。所述纵向SMA丝42为若干组，等距设置在作动杆10头部，纵向SMA丝42的中心点连线与横向SMA丝41平行。本实施例中所述纵向SMA丝42为四组。

如图1所示，所述U型固定钢6两端的端部通过锚头3与外筒体1连接。

进一步的，如图3所示，所述作动杆10由外至内依次为约束钢材层11、粘弹性阻尼材料层12和SMA棒材内芯13，所述粘弹性阻尼材料层12胶接于约束钢材层11和SMA棒材内芯13之间。约束钢材层11可使竖向设置的SMA丝41固定在其上且保证作动杆其他部分的承载力及刚度同时为作动杆提供防屈曲支撑。而粘弹性阻尼材料层12与约束钢材层11、SMA棒材内芯13胶接而成的结构可通过粘弹性阻尼材料在往复剪切运动时达到隔震耗能的效果。

进一步的，SMA棒材内芯13采用大直径SMA棒材。大直径SMA棒材内芯既能提供强大的承载力和耗能能力又拥有自复位超弹性的特性。

如图5所示，所述纵向SMA丝42的内侧端通过螺丝钩7固定于约束钢材层11上，所述纵向SMA丝42的外侧端与外筒体1通过锚头3固定。所述横向SMA丝41通过固定螺钉2分别与前、后拉板连接。

本实用新型的工作原理如下：

如图6所示，本实用新型在振动发生时，作动杆向左或向右运动时，带动前拉板5向左运动或者带动后拉板向右运动，横向SMA丝41和纵向SMA丝42始终受拉耗能，同时SMA棒材内芯13及粘弹性阻尼材料12也参与耗能，粘弹性阻尼材料12隔震耗能。当本实用新型受外部荷载时，SMA弹簧8随即也会发生变形耗能；同时当本实用新型受到扭转外力时，纵向SMA丝42将极大的发挥其作用，随着作动杆10的转动而受拉产生较大变形，发挥材料自身的耗能性及超弹性。当构件受扭纵向SMA丝42为主要耗能部件的同时，SMA棒材内芯13及SMA弹簧8也将充分发挥自身材料特性，和纵向SMA丝42协同作用，一起耗能减振，这将填补其他阻尼器在受扭耗能方面的不足。本实用新型不但可以实现受拉、受压耗能，同时也可实现扭转耗能，将提高阻尼器的耗能功效。

本实用新型阻尼器可安装在大型机械设备或建筑物产生相对位移的部位上，当结构振动时，本实用新型的作动杆产生相对位移，受拉组受扭组同时作用，可耗散部分能量，消能减震，减小振动反应，使构筑物及机械设备变形减少、降低残余位移，当振动停止后，由于SMA弹簧8、横向SMA丝41、纵向SMA丝42、SMA棒材内芯13均具有良好的自恢复能力，使阻尼器在振动过后能迅速恢复原状，达到自复位功能，实现阻尼器整体高耗能自复位的特性。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种复合型耗能阻尼器，其特征在于，包括：外筒体（1）、 SMA丝和作动杆（10），所述SMA丝包括横向SMA丝（41）和纵向SMA丝（42）；所述作动杆（10）的头部置于外筒体（1）的空腔内，所述作动杆（10）的尾部一部分置于外筒体（1）的空腔内，另一部分置于外筒体（1）外；作动杆（10）的尾部位于外筒体（1）空腔内的部分套装有SMA弹簧（8）；作动杆（10）头部两侧对称设置有U型固定钢（6），U型固定钢（6）两端的端部与外筒体（1）连接，U型固定钢（6）的前后各设置一块拉板，前、后拉板通过上下设置的两组横向SMA丝（41）连接，所述横向SMA丝（41）自前向后依次穿过前拉板（5）、U型固定钢（6）、后拉板（9），前、后拉板的外侧端与外筒体内壁不接触；所述作动杆（10）头部置于四块前、后拉板以及两个U型固定钢（6）围成的空间内；所述纵向SMA丝（42）对称设置在作动杆（10）头部的两侧，所述纵向SMA丝（42）的内侧端固定在作动杆（10）头部，其外侧端固定在外筒体（1），所述纵向SMA丝（42）与四组横向SMA丝（41）形成的平面相垂直。

2.根据权利要求1所述的一种复合型耗能阻尼器，其特征在于：所述U型固定钢（6）两端的端部通过锚头（3）与外筒体（1）连接。

3.根据权利要求1所述的一种复合型耗能阻尼器，其特征在于：所述作动杆（10）为同心异径结构，所述作动杆（10）包括头部和尾部，所述作动杆（10）头部直径大于尾部直径，作动杆（10）头部与尾部之间的缩径段为圆台结构。

4.根据权利要求3所述的一种复合型耗能阻尼器，其特征在于：所述作动杆（10）的头部与尾部的直径比为2-3：1。

5.根据权利要求4所述的一种复合型耗能阻尼器，其特征在于：所述作动杆（10）由外至内依次设置有约束钢材层（11）、粘弹性阻尼材料层（12）和SMA棒材内芯（13），所述粘弹性阻尼材料层（12）胶接于约束钢材层（11）和SMA棒材内芯（13）之间。

6.根据权利要求5所述的一种复合型耗能阻尼器，其特征在于：

所述SMA棒材内芯（13）采用大直径SMA棒材。

7.根据权利要求1所述的一种复合型耗能阻尼器，其特征在于：所述纵向SMA丝（42）的内侧端通过螺丝钩（7）固定于约束钢材层（11）上，其外侧端与外筒体通过锚头（3）固定。

8.根据权利要求1所述的一种复合型耗能阻尼器，其特征在于：所述横向SMA丝（41）通过固定螺钉（2）与拉板连接。

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