[发明专利]多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型‑铅阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器，属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。其中挤压型-铅阻尼器为根据铅受挤压产生塑性变形而耗能。而铅振动后发生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，本发明提供了多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-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。多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器，其模型(如图1)，阻尼器从功能上分类主要由两部分装置组成。第一部分是利用铅挤压耗能装置，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。

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

拉杆13与第一内筒21间安装第一铅块22、第二内筒20和第一内筒21间安装第二铅块9，构成双层挤压型-铅阻尼器；

外筒8两端分别为左盖板16和右盖板26，左侧拉环1、连接杆2、连接筒盖板15和连接筒3依次焊接，并固定于外筒8的左盖板16的中心处；拉杆13右端焊接拉环14，拉杆13上焊接有左挡板17和右挡板11，其中，左挡板17位于拉杆13的左端，右挡板11位于右拉板23的外侧，以防止由于拉力过猛位移变形过大，导致内部阻尼器破坏；拉杆13的中间段，即左挡板17和右挡板11间焊接形状为第一环向梯形体刚性阻碍；第一铅块22嵌入于第一内筒21内壁开的槽中，第一环向梯形体刚性阻碍嵌入第一铅块22内；第二铅块9嵌入于第二内筒20内壁开的槽中，第一内筒21外侧焊接第二环向梯形体刚性阻碍，第二环向梯形体刚性阻碍嵌入第二铅块9内；

自复位装置由SMA弹簧7和SMA丝25组成，SMA弹簧7负责第一内筒21向左拉伸及扭转时自复位，SMA丝25负责拉杆13的扭转及拉压时自复位。四组SMA弹簧7安装于第二内筒20和外筒8间形成的中部空腔内，SMA弹簧7左端依次穿过固定板10、左拉板19和预应力调节板5，右端依次穿过固定板10和右拉板23，并通过SMA弹簧夹具18旋紧拉固；三排共9根SMA丝25以环向夹角45度依次穿过拉杆13和外筒8开设的孔，并通过预应力调节环板12和SMA丝夹具24配合固定；通过调节SMA弹簧夹具18、SMA丝夹具24分别改变SMA弹簧7、SMA丝25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恢复初始状态。