形状记忆合金滚动水平—竖向多维隔震支座的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明专利属于土木工程结构隔震减震技术领域，具体地，本发明涉及形状记忆合金滚动水平一竖向多维隔震支座。
【背景技术】
[0002]众所周知，工程结构在强烈地震作用下容易发生破坏甚至倒塌。近年来，世界范围内强烈地震频繁发生，对各国产生了深远的经济和社会影响。这些破坏巨大、影响深远的地震标志着世界已经进入了地震活跃期。因此，研究更安全高效、更经济可靠的建筑结构隔震体系成为抗震领域的重要课题。
[0003]但目前国内外对隔震技术的研究主要停留在单纯水平方向的隔震，对同时实现多维水平隔震和竖向隔震的研究还不多见。通过大量的地震记录统计结果可以看出，竖向地震峰值加速度与水平地震加速度比值1/2?2/3，并且已经获得竖向加速度分量达到甚至超过水平加速度分量的地震记录。而大量的震害表明，竖向地震作用有时甚至超过水平地震作用，其对结构的影响不容忽视。
[0004]现今，普通叠层橡胶支座是比较成熟的隔震技术，由于其隔震性能显著等优点，近年来得到了广泛应用。但是随着研究的深入和实践的增多，普通叠层橡胶支座暴露出一些不足。目前，普通叠层橡胶支座的变形模量较低，水平变形大且大变形后支座变形难于复位;阻尼较小、耗能能力差，尤其上部结构和隔震层的相对变形较大;普通叠层橡胶支座不具备竖向隔震的能力;普通叠层橡胶支座还存在易老化、易腐蚀等问题。形状记忆合金作为一种全新的功能材料，具有独特的形状记忆效应、超弹性效应、优良的阻尼性能、抗疲劳性能和耐腐蚀性能，适合用于新型隔震、减震装置的开发。
[0005]公开号为CN2905932Y的中国实用新型专利公开了一种水平一竖向复合隔震装置，该实用新型由铅芯橡胶支座隔振器和竖向隔震器组成，竖向隔震器由中心主碟形弹簧组、辅助碟形弹簧组并联组成;其中，中心主碟形弹簧组置于中心部位，辅助碟形弹簧组的中心均布以中心主碟形弹簧组内部设置有主碟形弹簧组导向筒，辅助碟形弹簧组内部设有导向筒，中心主碟形弹簧组和辅助碟形弹簧组的碟形弹簧组上部均有压套。该装置具有的同时隔离水平和竖向地震的能力。但是该支座为了提高竖向承载力和竖向变形能力，使用了多组平行布置的碟形弹簧，且各组碟形弹簧高度较大，易产生摇摆导致倾覆，削弱支座的多维隔震效果。
[0006]公开号为CN 103899705A的中国发明专利申请公开了一种复合形状记忆合金阻尼器，包括上连接钢板、下连接钢板、核心耗能元件、上带孔钢柱、下带孔钢柱，核心耗能元件固定在上连接板和下连接钢板之间，上连接钢板和下连接钢板的边数相同，上连接钢板的各个顶点上安装上带孔钢柱，上带孔钢柱和下带孔钢柱均位于上连接钢板和下连接钢板之间，相邻的两个上带孔钢柱位于其之间的下带孔钢柱通过上带孔钢柱和下带孔钢柱上的孔穿过形状记忆合金丝束，形状记忆合金丝束通过夹具与上带孔钢柱固定。但是该阻尼器仅适用于单一方向的耗能，难以实施水平、竖向多维隔震，同时，阻尼器采用形状记忆合金丝，在强震作用下易发生损伤。
[0007]公开号为CN 203256901U的中国实用新型专利申请公开了一种形状记忆合金减震耗能支座，该实用新型由橡胶元件，上层连接钢板，下层连接钢板，形状记忆合金丝束，光滑圆环和滑轮组成，橡胶元件与上层连接钢板和下层连接钢板连接，下层连接钢板与固定参考系连接，上层连接钢板与承载物连接，光滑圆环均匀分布焊接在上层连接钢板和下层连接钢板上，滑轮套在光滑圆环上，形状记忆合金丝束、滑轮通过光滑圆环布置在支座四周。但是该支座在强震作用下支座提供大输出力、大输出位移的能力不足，且无法实现水平、竖向多维隔震。
[0008]公开号为CN 102839750A的中国发明专利申请公开了一种软钢一滚动隔震支座，支座上部为盖板结构，上部连接板与上座板连接，上座板与滚动板的立柱部分连接，连接形成整体组成盖板结构。滚动板支承于滚珠上，滚珠放置于底部的座槽中，座槽为滚珠提供滚动空间，使滚珠能在底部座槽中自由滚动。上座板与滚动板之间形成贯通的空腔，抗拔盖板的上部板在水平移动时能够插入此空腔之间，抗拔盖板下部板与座槽之间固定连接。座槽位于抗拔盖板下部形成的空腔内部。在上部连接板和抗拔盖板的四角处分别放置一个软钢棒。由于该支座采用的软钢，变形后难以复位。此外，该支座不具备水平一竖向隔震的能力。
【发明内容】
[0009]为了克服以上现有技术中存在的问题，本发明提供了一种形状记忆合金滚动水平一竖向多维隔震支座，并且该支座的特点为阻尼能力强、性能可靠、可自复位。
[0010]为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
[0011]本发明提供了形状记忆合金滚动水平一竖向多维隔震支座，该支座包括上部盖板、水平形状记忆合金棒、竖直形状记忆合金棒、下部盖板、底板;该支座包括水平隔震子系统和竖向隔震子系统，水平隔震子系统由下部盖板、底板、滚珠和竖直形状记忆合金棒组成，竖向隔震子系统包括上部盖板、侧向板和水平形状记忆合金棒；
所述上部盖板包括顶板和中心筒，所述下部盖板包括盖板和侧向板；
所述顶板上侧与连接螺栓固定连接，所述顶板下侧与所述中心筒固定连接;所述中心筒的每个侧表面上固定连接所述水平形状记忆合金棒(Shape Memory Alloy，SMA，以下简称SMA棒)，每个所述水平SMA棒另一端与所述侧向板固定连接，所述侧向板固定在所述盖板上，所述盖板底部四周等距与所述竖直SMA棒固定连接，S卩(且)每个所述SMA棒与相邻的两个SMA棒之间的距离相等，所述竖直SMA棒另一端与所述底板固定连接，所述底板底部与连接螺栓固定连接。
[0012]SMA具有很好的抗阻尼作用，SMA棒的输出力和输出位移明显高于SMA丝束或由SMA丝束绞制形成的绞线，同时，水平SMA棒和竖直SMA棒共同作用，能够同时抵抗水平振动和竖向振动。
[0013]水平、竖向多维地震作用下，水平隔震系统上下连接板之间、竖向隔震系统的中心筒与侧板之间均发生相互错动，与此相应，竖直布置和水平布置的SMA棒在该过程中均产生弯曲变形，并提供复位所需的恢复力。在小变形的情况下，受弯SMA棒可利用线弹性阶段的恢复力实现复位;在大变形的情况下，受弯SMA棒输出非线性恢复力形成滞回效应进行耗能，同时可提供复位功能。在隔震支座中使用受弯状态的SMA棒，其优势体现在SMA棒安装方便，在工作过程中将其固定后可保证其与地震力方向正交即可。拉压受力状态下的SMA棒往往需要配合构造复杂的连接装置以避免其在受压状态下发生屈曲，同时，SMA棒在轴向具有极高的强度，在外力作用下难以产生变形，导致支座不工作。小尺寸的SMA丝(一般直径I?2mm)只能承受拉力，在实际应用中需要经过适当的预拉伸方可使用，能够实现预拉伸并保证预拉伸不丧失的装置具有更为复杂的构造设计方案。发生地震动时，水平地震分量主要使所述竖直SMA棒发生弯曲变形，在变形的过程的中消耗能量，实现水平隔震部分的振动控制。在此期间，水平地震能量已大量消耗，支座竖向隔震部分的中心筒、侧板及水平SMA棒随盖板产生刚体平动，因此，水平地震动几乎不会对竖向隔震部分的工作产生影响。同时，竖向地震分量使中心筒上下移动，使所述水平SMA棒发生弯曲变形并消耗能量，而所述竖直SMA棒由于自身轴向强度极高仅发生极小的拉压变形，不会对竖向隔震部分的工作产生显著的影响。
[0014]优选的是，所述盖板底部设有凹槽，所述凹槽内有多个所述滚珠。
[0015]上述任一方案中优选的是，所述滚珠能在所述底板上滚动。
[0016]上述任一方案中优选的是，所述多个滚珠在所述凹槽内可多方向滚动，从而带动所述凹槽及其上部分运动，同时所述盖板底部设有凹槽，所述滚珠位于凹槽内，并与所述底板接触，凹槽对所述滚珠的滚动范围起到一定的限制作用，从而达到聚拢滚珠实现水平方向隔震的目的。且所述凹槽对所述滚珠在所述底板上移动的控制，能有效配合所述竖直SMA棒进行耗能及复位。
[0017]上述任一方案中优选的是，所述中心筒的横截面为矩形，S卩，所述中心筒具有四个侧表面。
[0018]上述任一方案中优选的是，所述中心筒的横截面为正六边形，S卩，所述中心筒具有六个侧表面。
[0019]中心筒的形状，可以根据实际需要进行设计和选择，例如，若需要四个侧面安装SMA棒，那么，可选择矩形截面的中心筒，并且，所述顶板、盖板及底板的形状也可以因此作出相应的改变。
[0020]上述任一方案中优选的是，所述中心筒的每个侧表面上固定连接至少一个所述水平SMA棒。所述水平SMA棒可根据具体工程需要选择安装数量。
[0021]上述任一方案中优选的是，所述中心筒的每个侧表面上固定连接三个所述水平SMA棒，这三个水平SMA棒排成一列或一排。
[0022]上述任一方案中优选的是，所述中心筒的每个侧表面上固定连接四个所述水平SMA棒，这四个水平SMA棒形成矩形。
[0023]上述任一方案中优选的是，所述中心筒的每个侧表面上固定连接六个所述水平SMA棒，这六个水平SMA棒两列或两排