专利名称：拉伸型形状记忆合金被动耗能器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种防振减振装置，具体地说是一种用于建筑物的被动耗能减振装置。
(二)、背景技术在现实生活中，地震和大风给人类带来了巨大的灾害。我国地震区域广阔而分散，地震频繁而强烈。在二十世纪内，地震等于或大于8的强地震已经发生9次之多，不但造成了巨大的人员伤亡，强震区域内的房屋、工业厂房与设备、城市建设、交通运输、水电设施等都受到极其严重的破坏。此外在各种自然灾害中，风灾造成的损失占总自然灾害损失的40.5％，强风给工程结构，特别是高、大、细、长等柔性结构造成破坏和损失，是风灾损失的主要成分。据德国统计资料推算，世界风灾每年造成损失达137.7亿美元，我国仅1994年9415号台风袭击浙江，就造成直接和间接经济损失达20多亿美元。随着世界经济的发展，地震和大风给人类造成的损失每年递增。因此，如何保证各类建筑设施在遭受地震和强风作用时，不发生破坏或者是只发生轻微破坏，以保证人类生命财产的安全，是多年来研究者和工程师们研究的最广泛和深入的课题之一。20世纪50年代间，日本的Kobori提出了结构变刚度的减振概念，这一思想给人们以启示给结构附加非线性振动控制元件可以减轻结构在地震及风载荷作用下的振动，这一概念日后被称为建筑结构的被动耗能减振方法，即结构中设置“阻尼耗能装置”和“吸振系统”耗散结构振动的能量，从而减轻结构的动力反应。建筑结构的被动耗能减振方法在实际结构工程中已有应用例美国纽约的世界贸易大楼设置了10000个粘弹性阻尼耗能器，有效地控制了结构在风载作用下的振动反应；我国近期完成的沈阳市政府大楼、北京饭店和北京火车站的抗震加固，分别在结构上设置了摩擦型和粘滞型“阻尼耗能装置”，有效地提高了结构的抗震能力。
形状记忆合金是一种具有多种特殊力学性能的新型功能材料。与其它金属材料相比它具有形状记忆效应、超弹性效应、良好的耐腐蚀性及耐久性等多种力学及材料特性。目前形状记忆合金已被广泛应用在航天、医学、机械等领域。但是，形状记忆合金被设计成耗能器，安装在建筑结构上以帮助结构抵抗地震及大风的作用，即将形状记忆合金应用于土木工程结构的振动控制，还是从二十世纪九十年代初开始的。到目前为止，国内关于形状记忆合金在建筑结构振动控制方面的研究还不多见，并且大多数研究主要停留在控制理论以及数值计算方面。能够将形状记忆合金设计成耗能器并制造出来，安装在建筑结构模型上进行地震模拟振动控制实验，目前采用的方案是图4所示的结构，它是将形状记忆合金做成斜拉索交叉安装在一个两层结构模型的每一层，然后对结构模型未安装和安装形状记忆合金拉索两种情况，分别进行结构模型的自由振动实验，即首先在结构模型顶层施加约束使其产生一定的初始位移，然后突然撤掉加在结构上的约束，结构模型就会在初始位移的作用下产生逐渐衰减的自由振动，当结构模型安装形状记忆合金拉索后，结构的自由振动反应小的多。该实验表明，形状记忆合金拉索对结构的自由振动反应具有很好的控制效果。但是这种技术方案，需要克服形状记忆合金索在结构振动过程中的受压屈曲问题。因此，将形状记忆合金安装在结构上之前，必须将其进行预拉伸，使形状记忆合金产生一定的初始拉伸变形。这不但提高了对索两端锚具的要求，而且不能保证当形状记忆合金索安装在结构上相当长一段时间之后，索的内部不产生疲劳变形，如果形状记忆合金索的内部产生了疲劳变形，则当结构承受地震或风载作用时，形状记忆合金索将不能产生预先设想的控制效果。
(三)、发明内容本实用新型的目的在于提供一种可以消除形状记忆合金在结构中的受压屈曲现象和疲劳变形，不需要预拉伸变形，结构简单、安全可靠、便于实际应用的拉伸型形状记忆合金被动耗能器。
本实用新型的目的是这样实现的它包括常温下处于超弹性状态的形状记忆合金丝，四个固定挡板固定安装在本层楼板上，在四个固定挡板之间设置一个T形钢板，在固定挡板外与T形钢板垂直方向设置两个可动挡板，两个可动挡板之间由形状记忆合金丝串接并紧紧夹在T形钢板两端，T形钢板的上部带有斜撑，斜撑的另一端与本层框架顶部相连。其中的形状记忆合金丝是常温下处于超弹性状态的NiTi形状记忆合金丝。
本实用新型的装置利用NiTi形状记忆合金的超弹性特性，将NiTi形状记忆合金丝设计成被动耗能装置安装在建筑结构的各层，帮助结构抵抗地震及风荷载的作用。由于NiTi形状记忆合金丝具有很强的耐腐蚀性及很好的耐久性，因此该种耗能器在耐久性及耐腐蚀性方面优于其它被动耗能装置。特别是本实用新型的装置中的NiTi形状记忆合金丝在随结构振动的过程中始终处于拉伸状态，避免了NiTi形状记忆合金丝的受压屈曲，并且由于不需要对NiTi丝进行预拉伸变形，因此也不存在NiTi丝的疲劳变形问题。本实用新型装置具有结构简单、安全可靠、便于实际应用等优点。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的左视图；图3是本实用新型的安装示意图；图4是已有技术的结构示意图。
(五)、具体实施方案
以下结合附图举例对本实用新型做更详细地描述拉伸型形状记忆合金被动耗能器的组成为四个固定挡板1固定安装在结构本层楼板2上，在四个固定挡板之间设置一个T形钢板3，在固定挡板外设置两个可动挡板4，可动挡板与T形钢板之间由形状记忆合金丝5串接，形状记忆合金为常温下处于超弹性状态的NiTi形状记忆合金丝，T形钢板的上部带有斜撑6，斜撑的另一端连接与本层框架顶部相连。形状记忆合金丝穿过T形钢板及两个可动挡板，端部用夹具7锚固。本实用新型装置的工作原理为T形钢板通过斜撑与本层框架顶部相连，当结构在地震作用下发生振动时，T形钢板的水平移动与结构的层间位移相等。当T形钢板随结构振动向左移动时，带动左端的可动挡板一起向左运动，而此时，右端的可动挡板被固定挡板挡住，不能向左运动，因此穿过T形钢板的形状记忆合金丝被拉伸。卸载时，形状记忆合金丝的超弹特性使其与可动挡板和T形钢板一起返回初始位置。同理，当T形钢板随结构振动向右移动时，带动右端的可动挡板一起向右运动，而此时，左端的可动挡板被固定挡板挡住，不能向右运动，因此穿过T形钢板的形状记忆合金丝被拉伸。卸载时，形状记忆合金丝的超弹特性使其与可动挡板和T形钢板一起返回初始位置。上述过程随结构的振动过程周而复始，形状记忆合金丝被反复拉伸，通过形状记忆合金的超弹性滞回环耗散结构所遭受地震的能量，减少结构反应，达到保护结构的目的。
权利要求1.一种拉伸型形状记忆合金被动耗能器，它包括常温下处于超弹性状态的形状记忆合金丝，其特征是四个固定挡板固定安装在本层楼板上，在四个固定挡板之间设置一个T形钢板，在固定挡板外与T形钢板垂直方向设置两个可动挡板，两个可动挡板之间由形状记忆合金丝串接并紧紧夹在T形钢板两端，T形钢板的上部带有斜撑，斜撑的另一端与本层框架顶部相连。
2.根据权利要求1所述的拉伸型形状记忆合金被动耗能器，其特征是所述的形状记忆合金丝是常温下处于超弹性状态的NiTi形状记忆合金丝。
专利摘要本实用新型涉及的是一种拉伸型形状记忆合金被动耗能器。它包括常温下处于超弹性状态的形状记忆合金丝，四个固定挡板固定安装在本层楼板上，在四个固定挡板之间设置一个T形钢板，在固定挡板外与T形钢板垂直方向设置两个可动挡板，两个可动挡板之间由形状记忆合金丝串接并紧紧夹在T形钢板两端，T形钢板的上部带有斜撑，斜撑的另一端与本层框架顶部相连。本实用新型的装置可以克服形状记忆合金丝的受压屈曲现象和疲劳变形；不需要对形状记忆合金丝进行预拉伸变形。具有结构简单、安全可靠、便于实际应用等优点。
文档编号E04B1/98GK2611463SQ03211168
公开日2004年4月14日 申请日期2003年1月24日 优先权日2003年1月24日
发明者李惠, 毛晨曦 申请人:李惠, 毛晨曦