[实用新型]SMA自复位蜂窝结构阻尼器

说明书

本实用新型公开了SMA自复位蜂窝结构阻尼器，包括上钢板、蜂窝结构和下钢板，所述蜂窝结构的上端与上钢板连接，所述蜂窝结构的下端与下钢板连接，所述蜂窝结构采用SMA板材制成，所述上钢板与下钢板相互平行。本实用新型赋予该阻尼器的自复位能力，超弹性SMA可以提供强震下较好的自复位能力；赋予该阻尼器的适应大变形的特点，可以在宏观应变较大时仍然保持变形自恢复的能力，同时满足桥梁结构对大位移和大内力的需求；可抵御极罕遇地震动，在极罕遇地震下，蜂窝结构可有效限制支座的最大位移，通过几何非线性与材料非线性两种方式消耗地震能，提高桥梁抗震能力。

技术领域

本实用新型涉及建筑工程结构消能减震的技术领域，尤其涉及SMA自复位蜂窝结构阻尼器。

背景技术

近年来，抗震思想从“基于性能的抗震设计”向“震后可恢复”方向演变。基于超弹性形状记忆合金(SMA：ShapeMmemory Alloy)的装置以出色的自复位性能，成为实现震后可恢复的主要手段之一。但是，目前SMA限位装置的变形能力远远不能满足桥梁结构在强震下的位移需求。在强震或近场地震动作用下，这些SMA限位装置很有可能被破坏。相应地，桥梁将失去自复位能力。

超弹SMA被广泛应用于生物医学、机械制造、航空航天和土木工程等领域。目前，常用的形状记忆合金有铁基、铜基和镍钛合金等。其中以镍钛合金的超弹性能最为稳定。以极限应变大、自恢复、材料滞回耗能、抗疲劳性能好和抗腐蚀性能高等优点，镍钛SMA成为构建可恢复结构体系的一种理想材料，被广泛应用于作动器、阻尼器、支撑、限位器、混凝土中的钢筋和减震装置等。

桥梁结构的SMA构件需满足大内力的需求。目前，超弹SMA的常见形式为丝材，直径介于0.1～5mm之间，难以达到桥梁所需要的内力水平，且端部难以锚固。为解决这个问题，有学者提出了U形SMA肋和多个SMA圆环组成的阻尼器，为大尺寸超弹SMA构件的应用进行了非常有意义的探索。有学者将大尺寸SMA棒应用于桥墩塑性铰区，提高了桥墩的延性。为既能保持SMA丝抗弯性能好的优点，又能满足工程的较大内力需求，部分学者将很多SMA丝简单绑在一起做成SMA束。近年来，学者们进一步开发了SMA索，由若干股小直径的SMA丝构成。SMA索既有SMA丝的所有优点，又可以提供与大直径SMA棒一样大的轴向刚度，是SMA材料应用于工程抗震领域极有竞争力的构件形式。

如何满足桥梁结构大位移的需求，是SMA构件推广应用的一大难题。为增大SMA隔震支座的最大允许位移，Ozbulut(奥兹布鲁特)等提出了弯曲缠绕的SMA索，Alam(阿拉姆)等提出了交叉布置和双交叉布置的SMA索。此外，还提出了大行程限位耗能装置，以长SMA棒来满足大位移需求。这些SMA构件一定程度上增大了对桥梁大位移的适应能力。但是，在强震或速度脉冲型近场地震波作用下，它们对桥梁结构的仍然不足，尚需要进一步开发具有大位移和大内力能力的新型SMA构件或装置。

蜂窝结构由一个个六边形小室构成，是覆盖二维平面的最佳拓扑结构，具有轻质、高强、吸波、吸能和变形能力大等优点，被应用于航天器的外壳、吸能板和阻尼器等。将聚合物填充于内凹蜂窝结构中，Murray(莫里)等提高了蜂窝结构的刚度与阻尼比。基于香蕉皮的梯度孔结构，Galehdari(伽赫达里)等提出了一种梯度蜂窝结构，用于直升飞机的座位设计，在坠落时可以较好的保护乘客。有学者提出了蜂窝钢阻尼器，以蜂窝形状满足几何变形需求，用钢材耗能。研究表明蜂窝钢阻尼器具有较好的延性和耗能能力，可以有效减小结构的残余变形，提高结构的抗震能力。利用梁单元的屈曲特性，Zhakatayev(扎卡塔耶夫)等研究了负刚度的蜂窝结构，具有很好的隔振和吸能效果。以上蜂窝结构的缺点是不能自复位。Michailidis(米凯利迪斯)等通过钎焊方法制作了薄壁镍钛SMA蜂窝结构，深入研究了其在平面内的受压变形行为和失稳问题。通过宏观几何变形，薄壁镍钛SMA蜂窝结构的宏观应变远远高于镍钛材料本身。例如在局部应变为6％时，宏观应变可达41.7％，表明蜂窝结构具有显著的应变扩大优势，并且可以在宏观应变较大时仍然保持变形自恢复的能力(极限应变小于6％)。这些优势可充分满足桥梁结构大位移的需求。但是，薄壁镍钛SMA蜂窝结构所能承受的内力过小。

实用新型内容