[实用新型]一种SMA耗能器‑无粘结预应力系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种SMA耗能器-无粘结预应力系统，可用于自复位结构或有特殊要求的预应力结构。

背景技术

SMA(Shape Memory Alloy,简称SMA)是一种兼有感知和驱动功能的金属材料,具有形状记忆效应、超弹性效应、阻尼效应、电阻特性,还具有强度高、塑性好、抗腐蚀、疲劳寿命长等优异特性。目前多种形式的SMA耗能器、棒材、筋材等已在土木工程结构中得到了应用。

自复位结构是指在地震作用下结构首先发生一定的弯曲变形，超过一定限值后发生摇摆，通过预应力使结构回复到原有位置。目前，自复位结构包括自复位桥墩，自复位钢筋混凝土框架，自复位钢框架，自复位剪力墙等。但现有关于自复位结构的研究表明，尽管采用预应力体系的摇摆结构可有效缓解地震力作用下结构的地震动破坏，但与传统结构相比，自复位结构的耗能能力不足，虽然通过设置一些外置耗能器可以一定程度上改善耗能，但如何更有效地提高其耗能能力仍旧是自复位结构进一步发展的关键。

实用新型内容

本实用新型提出一种采用SMA耗能器的无粘结预应力系统，将SMA耗能器与无粘结预应力部分组合，由预应力筋内力变化促使SMA耗能器产生非线性弹性变形，为结构或构件提供耗能；利用SMA形状记忆效应，驱动预应力筋体系，实现对结构或构件的主动控制。

本实用新型采用的技术方案是：

一种SMA耗能器-无粘结预应力系统，其特征在于：由无粘结预应力部分和SMA耗能器组成；

无粘结预应力部分由预应力筋和锚具连接组成；

SMA耗能器包括SMA元件、连接器、刚性套筒及SMA加热装置；

SMA元件两端与连接器连接，将SMA元件和连接器共同置于刚性套筒内部；预应力筋通过连接器与SMA元件相连；SMA元件的端部罩设有加热装置连接，加热装置通过外置导线通电加热SMA元件。

预应力筋采用预应力钢筋、钢绞线或FRP筋中一种，锚具与预应力筋相对应。

SMA元件采用SMA丝材、棒材或筋材中的一种。

本实用新型的有益效果是：

1.将SMA耗能器与预应力筋体系串联，可使SMA处于预拉状态，同时利用预应力筋的形变诱发SMA的非线性弹性变形，SMA耗能效率更高，能更有效地改善结构的耗能能力。

2.该耗能器同时可作为驱动器，利用SMA的形状记忆效应，可实现对结构或构件的主动控制，可更有效地实现对结构损伤的修复以及对结构的残余变形的损伤控制，弥补自复位结构中因其他偶然因素引起的预应力损失。

3.预应力结构在使用过程中不可避免地会产生预应力损失，在正常使用阶段，通过SMA形状记忆效应可弥补构件的预应力损失，保证结构的功能性。

4.利用SMA的形状记忆效应可实现对震后损伤结构或构件的主动修复。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是实施例1的自复位框架示意图。

图3是实施例2的自复位桥墩示意图。

具体实施方式

为进一步说明本实用新型的工作机理、突出其功能性，参照附图对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，一种SMA耗能器-无粘结预应力系统，由无粘结预应力部分1和SMA耗能器2组成。

无粘结预应力部分由预应力筋1-1和锚具1-2连接组成；

SMA耗能器2包括SMA元件2-1、连接器2-2、刚性套筒2-3及SMA加热装置2-4；

SMA元件2-1两端与连接器2-2连接，将SMA元件2-1和连接器2-2共同置于刚性套筒2-3内部；预应力筋1-1通过连接器2-2与SMA元件2-1相连；SMA元件的端部罩设有加热装置2-4连接，加热装置2-4通过外置导线通电加热SMA元件。

预应力筋1-1采用预应力钢筋、钢绞线或FRP筋中一种，锚具1-2与预应力筋1-1相对应。

SMA元件2-1采用SMA丝材、棒材或筋材中的一种，极限荷载小于预应力筋屈服荷载，在极限状态下，SMA元件首先产生较大的非线性弹性变形。

预应力筋1-1与SMA耗能器两者通过连接器形成串联体系，后张法施加预应力后SMA元件处于预拉状态。

连接器具构造体形式根据预应力筋与SMA元件构造形式和数量确定，连接器能够配合现有螺丝端杆锚、墩头锚、锥形锚、夹片锚的锚具使用；连接器可以满足强度、刚度及变形方面的要求。连接器应满足静载、疲劳和耐久性的要求。

套筒内部具有行程空间，允许SMA元件产生预定的变形量。