一种自复位SMA粘弹性型复合耗能阻尼器

一种自复位sma粘弹性型复合耗能阻尼器
技术领域
1.本技术属于阻尼器技术领域，具体的说，涉及了一种自复位 sma粘弹性型复合耗能阻尼器。


背景技术：

2.传统的结构抗震是通过增强结构本身的抗震性能来抵抗自然灾害，依靠主体结构的塑性变形来耗散能量，结构在震后往往形成难以修复的大残余变形。利用新型智能材料形状记忆合金(shape memory alloy，简称sma)的超弹性及其滞回特性研制适用于工程结构振动控制的被动耗能自复位阻尼器，可以克服目前其它类型阻尼器难维护、残余变形等问题。但是现有的sma自复位阻尼器存在构造复杂、设计繁琐、连接困难等技术缺陷。
3.另一方面，粘弹性材料是一种高分子聚合材料，在低频下同时具备粘性弹性双重特性。粘弹性阻尼器主要优点是没有明显的阀值，在大震和小震的情况下都能起效，因此不仅可以在结构抗震中使用，还可以在超高层建筑抗风方面发挥作用。粘弹性阻尼器可加设于柱间支撑、柱脚斜撑、行架下弦杆、梁柱节点等处，对钢结构、钢筋混凝土结构在地震和风振作用下均有良好的减震效果，可以广泛地应用于新建建筑的振动控制和已有建筑物的加固。
4.为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。


技术实现要素：

5.本技术的目的是针对现有技术的不足，通过sma自复位阻尼构件与粘弹性耗能阻尼构件串联结合协同工作，从而提供了一种既能耗散地震能量又具备自复位能力、整体构造简单、便于施工、易于维护更换、维修成本低的自复位 sma粘弹性型复合耗能阻尼器。
6.为了实现上述目的，本技术所采用的技术方案是：提供一种自复位 sma粘弹性型复合耗能阻尼器，包括sma自复位阻尼构件、粘弹性耗能阻尼构件；
7.所述粘弹性耗能阻尼构件通过连接构件串联在所述sma自复位阻尼构件的前端。
8.进一步的，所述粘弹性耗能阻尼构件包括第一约束外筒、粘弹阻尼柱及第一传力导杆；
9.所述粘弹阻尼柱粘设在所述第一约束外筒内，所述第一传力导杆穿设在所述粘弹阻尼柱中。
10.进一步的，所述sma自复位阻尼构件包括导向空心管、第二传力导杆、sma弹簧、弹簧压板、第二约束外筒和尾部连接耳环；
11.所述导向空心管设置于所述第二约束外筒内，所述导向空心管的后端设置有与所述第二约束外筒后端固定的底座；
12.所述sma弹簧、所述弹簧压板穿套在所述导向空心管上，所述弹簧压板将所述sma弹簧间隔分成第一sma弹簧和第二sma弹簧两段；
13.所述第二传力导杆的前端连接所述第一传力导杆的后端，所述第二传力导杆的后
端穿设所述导向空心管，并固定在所述弹簧压板上；
14.所述尾部连接耳环拧设在所述底座上。
15.进一步的，所述连接构件包括设置在所述第一约束外筒后端的第一法兰接头和设置在所述第二约束外筒前端的第二法兰接头，所述第一法兰接头与所述第二法兰接头通过螺栓固定连接。
16.进一步的，所述底座通过螺栓与所述第二约束外筒固定连接。
17.进一步的，所述导向空心管的管身尾端从底截面中心线开始，沿管身轴向开孔，形成由两个对称立体柱和中部空心部分组成的立体柱销形状。
18.本技术相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说：
19.1、本技术的自复位粘弹性型复合阻尼器，采用sma自复位阻尼构件和粘弹性耗能阻尼构件串联结合协同工作，在遭受设防或罕遇烈度的地震影响时，先通过粘弹性耗能阻尼构件耗散地震能量，使结构在设防或罕遇烈度地震影响下，不丧失建筑物的使用功能，使结构损伤控制在可修复的范围内；再通过自复位系统中的sma弹簧的超弹性特性实现结构自复位，降低结构残余层间位移角，避免出现不可恢复的残余位移，能够实现震后可修复且易修复。
20.2、本技术中阻尼器结构采用零件拼装方式，结构连接主要利用高强螺栓连接，结构整体构造简单，施工方便快捷，便于维护更换、后期维修成本低，适用范围广。
附图说明
21.图1是本技术施例中复合耗能阻尼器的轴向剖面示意图；
22.图2是本技术施例中复合耗能阻尼器的组装示意图；
23.图3是本技术施例中复合耗能阻尼器的内部结构示意图；
24.图4是本技术施例中复合耗能阻尼器的整体示意图；
25.图中：1.第一约束外筒；2.第二约束外筒； 3.粘弹阻尼柱；4.导向空心管；5.sma弹簧；6.弹簧压板；7.尾部连接耳环；41.导向空心管底座；51.第一sma弹簧；52. 第二sma弹簧；81.第一传力导杆；82.第二传力导杆；9.第一螺栓；10.第二螺栓；11. 第一法兰接头；12.第二法兰接头。
具体实施方式
26.下面通过具体实施方式，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。
27.实施例1
28.本实施例提供一种自复位sma 粘弹性型复合耗能阻尼器，如图1、图2、图3、图4所示，包括sma自复位阻尼构件、粘弹性耗能阻尼构件；所述粘弹性耗能阻尼构件通过连接构件串联在所述sma自复位阻尼构件的前端。
29.所述粘弹性耗能阻尼构件包括第一约束外筒1、粘弹阻尼柱3及第一传力导杆81；所述粘弹阻尼柱3粘设在所述第一约束外筒1内，所述第一传力导杆81穿设在所述粘弹阻尼柱3中；具体来说，所述粘弹阻尼柱3呈空心圆柱状，所述空心圆柱内径大小与所述第一传力导杆81匹配，所述粘弹阻尼柱3的外径与所述第一约束外筒1的内径匹配。
30.所述sma自复位阻尼构件包括导向空心管4、第二传力导杆82、sma弹簧5、弹簧压板
6、第二约束外筒2和尾部连接耳环7；所述导向空心管4设置于所述第二约束外筒2内，所述导向空心管4的后端设置有与所述第二约束外筒2后端固定的底座41；所述sma弹簧5、所述弹簧压板6穿套在所述导向空心管4上，所述弹簧压板6将所述sma弹簧5间隔分成第一sma弹簧51和第二sma弹簧52两段；所述第二传力导杆82的前端连接所述第一传力导杆81的后端，所述第二传力导杆82的后端穿设所述导向空心管4，并固定在所述弹簧压板6上；所述尾部连接耳环7拧设在所述底座41上。
31.所述连接构件包括设置在所述第一约束外筒1后端的第一法兰接头11和设置在所述第二约束外筒2前端的第二法兰接头12，所述第一法兰接头11与所述第二法兰接头12通过第一螺栓9固定连接。具体的，在所述第一法兰接头11与所述第二法兰接头12的外缘周向开设6个螺栓孔，孔径与第一螺栓9直径相匹配，所述第一法兰接头11与所述第二法兰接头12通过所述第一螺栓9固定连接；在所述第一法兰接头11与所述第二法兰接头12上冲压与所述第一传力导杆81和所述第二传力导杆82匹配的冲孔。
32.具体的，所述第二传力导杆82的前端与所述第一传力导杆81的后端通过螺纹连接为一体，作为该复合耗能阻尼器的传力导杆；
33.所述导向空心管4的管身为厚壁空心管，管身直径略小于所述sma弹簧5内径，所述底座41的直径与所述第二约束外筒2的直径匹配；
34.所述第一传力导杆81贯穿所述粘弹阻尼柱3，通过所述第一约束外筒1和第二约束外筒2的冲孔与所述弹簧压板6中心焊接在一起；
35.所述底座41的顶部开有连接孔，所述连接孔设有内螺纹，所述尾部连接耳环7下部相应设有与所述导向空心管底座41连接孔相配合的凸台，所述凸台设有外螺纹，所述尾部连接耳环7与所述底座41通过螺纹连接；
36.所述第二约束外筒2后端开口处沿筒壁周向设有4个第一螺栓孔，所述底座41沿筒身周向相应位置设有4个第二螺栓孔，第二螺栓10拧设于所述第一螺栓孔和所述第二螺栓孔，以将所述导向空心管4与所述第二约束外筒2固定连接。
37.特别的，所述导向空心管4的管身尾端从底截面中心线开始，沿管身轴向开孔，形成由两个对称立体柱和中部空心部分组成的立体柱销形状；所述弹簧压板6对称冲切孔，两对称孔的大小、位置与所述导向空心管4开孔立体柱销形状相匹配，弹簧压板6的孔穿在导向空心管4立体柱上。
38.本实施例的复合阻尼器采用由第二约束外筒2、sma弹簧5、弹簧压板6、导向空心管4、尾部连接耳环7组成的sma自复位阻尼构件与由粘弹阻尼柱3、第一约束外筒1组成的粘弹性耗能阻尼构件串联结合协同工作。在遭受设防或罕遇烈度的地震影响时，通过粘弹性耗能阻尼构件耗散地震能量，粘弹阻尼柱3采用硫化处理，与第一约束外筒1的内接触面、传力导杆间牢固粘结，复合阻尼器承受地震作用时，传力导杆与第一约束外筒1间产生相对位移，通过传力导杆带动粘弹阻尼柱3发生剪切变形而充分耗能，使结构在设防或罕遇烈度地震影响下，不丧失建筑物的使用功能，使结构损伤控制在可修复的范围内。具体设计时，可结合建筑物所在区域的温度环境及地震频率，选择粘弹性耗能材料种类，比如水溶物、乳胶、橡胶和环氧树脂类粘弹性材料充当粘弹阻尼柱3并适当添加填料和溶剂，实现因地制宜、资源合理利用。
39.在sma自复位阻尼构件中设置具有超弹性特性的sma螺旋弹簧5，沿弹簧压板6两侧
均布置有sma弹簧5，训练sma弹簧5并向两侧sma弹簧5提供同等初始预压力，无论该阻尼器受拉亦或是受压，一侧sma弹簧5压缩另一侧sma弹簧5拉伸，以此形成较好的自复位驱动力，实现结构自复位能力。在多遇地震烈度的地震作用下，sma螺旋弹簧5可以提供额外的抗侧刚度并参与耗能；在设防烈度或罕遇烈度的地震作用下，可利用sma螺旋弹簧5的自复位能力，能够降低结构残余层间位移角，避免出现不可恢复的残余位移，能够实现震后可修复且易修复。
40.具体实现本实施例时，sma自复位阻尼构件与粘弹性耗能阻尼构件采用结构大小相同的约束外筒即圆柱钢套筒约束，采用统一模具加工可以确保套筒形状尺寸，钢套筒对称冲孔，孔径大小位置有保证而且制造便捷。另外sma螺旋弹簧5耐久性较好，可重复利用，长期震动响应作用下，如出现结构损伤仅需更换粘弹阻尼柱3与个别损坏零部件即可，后期的维修更换成本较低。除sma螺旋弹簧5、粘弹阻尼柱3外，其余零部件均为钢制品，如出现损坏待更换后可回炉重铸，实现循环利用，该结构属于绿色建筑结构范畴。
41.最后结构上采用零部件拼装方式，结构连接主要利用高强螺栓连接，结构整体构造简单，施工方便快捷，便于拆卸。
42.以上零部件须工厂加工完成，并做好防火防锈处理，导向空心管4上部空心管、两个外筒即钢套筒中心孔做好润滑处理。
43.阻尼器受力分析
44.当结构受到地震作用时，作用力沿传力导杆的轴向传递至复合阻尼器；
45.结构在小震作用下，传递至复合阻尼器的作用力较小时，即正、反作用力低于粘弹阻尼柱3的抗剪承载力时，传力导杆与约束外筒未发生相对位移，此时粘弹阻尼柱3的抗剪刚度与sma螺旋弹簧5所提供的抗侧刚度共同组成复合阻尼器初始抗侧刚度；
46.当地震作用正向作用力达到粘弹阻尼柱3抗剪承载力和sma螺旋弹簧5初始抗侧力之和时，传力导杆与约束外筒间发生正向相对位移，此时粘弹阻尼柱3发生剪切变形耗能，传力导杆推动弹簧压板6正向移动，弹簧压板6左侧sma弹簧51拉伸右侧sma弹簧52压缩，此时sma弹簧5的拉伸力及压缩力提供足够的抗侧力，此时结构抗侧刚度很大；
47.当地震作用反向作用力达到粘弹阻尼柱3抗剪承载力和sma螺旋弹簧5初始抗侧力之和时，传力导杆与约束外筒间发生反向相对位移，此时粘弹阻尼柱3发生剪切变形耗能，传力导杆拉动弹簧压板6反向移动，弹簧压板6左侧sma弹簧51压缩右侧sma弹簧52拉伸，sma弹簧5的拉伸力及压缩力提供足够的抗侧力，此时结构抗侧刚度很大；
48.在地震往复作用下，粘弹阻尼柱3剪切变形耗能和sma弹簧5屈服耗能共同作用，为结构提供更好的耗能能力，降低结构地震响应。
49.在上述阶段中，地震作用通过传力导杆输入至复合式阻尼器，使结构产生形变。当外部激烈减小或消散时，sma弹簧5在拉伸力及压缩力作用下提供的回复力作用，恢复至平衡状态。
50.组装方法
51.本实施例中的自复位 sma 粘弹性型复合耗能阻尼器可以斜向型、人字形、肘节型安装。
52.步骤s01：将导向空心管4以底座41接触受力面的方式竖置；
53.步骤s02：将一个经过30次以上循环加卸载训练的第二sma螺旋弹簧52置于底座41
上，底座41托住第二sma螺旋弹簧52；
54.步骤s03：将与第二传力导杆82焊接的弹簧压板6放置于第二sma螺旋弹簧52上；
55.步骤s04：将另一个经过30次以上循环加卸载训练的第一sma螺旋弹簧51置弹簧压板6上；
56.步骤s05：将第二约束外筒2中心穿过第二传力导杆82并置于第一sma螺旋弹簧51上；
57.步骤s06：通过4个第二螺栓10将第二约束外筒2与底座41连接固定；
58.步骤s07：将装置整体横置，调整位置以保证第一sma螺旋弹簧51和第二sma螺旋弹簧52的压缩量相同；
59.步骤s08：尾部连接耳环7通过螺纹旋拧在底座41上，形成自复位部分；
60.步骤s09：空心圆柱状粘弹阻尼柱3沿柱内外表面均匀涂抹树脂材料，并置于第一约束外筒1内筒中心部分，与第一约束外筒1的法兰接头留有一定空隙；
61.步骤s10：第一约束外筒1横置，第一约束外筒1的后端与第二约束外筒2前端对接放置；
62.步骤s11：第一传力导杆81沿第一约束外筒1底部中心孔穿入并穿过粘弹阻尼柱3后，与第二传力导杆82旋接为一体；
63.步骤s12：两个约束外筒的法兰接头对接放置，螺旋孔位置对应，通过6根第一螺栓9将两个约束外筒固定连接。
64.实施例2
65.本实施例与实施例1的区别在于：所述第一约束外筒和所述第二约束外筒采用长方体筒，所述粘弹阻尼柱3也设计为长方体形，所述sma弹簧5、导向空心管4也是与之匹配的方形，所述弹簧压板6与所述第二约束外筒2周向匹配，其中所述sma弹簧5可更换为碟簧，同样可以提供较好的弹性恢复力。
66.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本技术进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本技术的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本技术技术方案的精神，其均应涵盖在本技术请求保护的技术方案范围当中。