專利名稱：形狀記憶合金－摩擦復(fù)合型阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型為一種形狀記憶合金-摩擦復(fù)合阻尼器，屬于建筑結(jié)構(gòu)抗震、減震技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在建筑結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域，被動耗能減震器(阻尼器)具有造價低、安裝和維修方便、控制效果好、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，因而受到了國內(nèi)外結(jié)構(gòu)工程和地震工程學(xué)者的充分重視。耗能器的種類較多，主要有摩擦阻尼器、粘彈性阻尼器、粘滯阻尼器、軟鋼阻尼器及油阻尼器等幾類，形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，簡稱SMA)是一種具有形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)和高阻尼特性的新型功能材料。與采用普通金屬材料制作的阻尼器相比，基于形狀記憶合金超彈性滯回特性開發(fā)的被動阻尼器具有耐久性和耐腐蝕性能好，使用期限長，耗能能力強(qiáng)，變形較大且變形可恢復(fù)等一系列優(yōu)點。
1982年《Journal of Structural Division，ASCE》的《Response ofFriction Damped Braced Frames》一文首次提出了Pall摩擦阻尼器(構(gòu)造示意圖如圖1所示)，Pall摩擦阻尼器主要由連桿3圍成的變形機(jī)構(gòu)和呈交叉布置的摩擦墊滑動連接2組成，在遭遇強(qiáng)烈地震時，連桿3組成的矩形機(jī)構(gòu)可在水平方向產(chǎn)生剛體變形帶動交叉設(shè)置的滑動連接2沿矩形機(jī)構(gòu)的對角線方向運(yùn)動，滑動連接2通過滑動摩擦耗散能量，減少主體結(jié)構(gòu)的振動。工程實踐表明Pall摩擦阻尼器對建筑結(jié)構(gòu)具有一定的耗能減震效果，盡管如此，Pall摩擦阻尼器仍存在諸如沒有自復(fù)位能力、耗能效果不夠顯著等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的主要目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中阻尼器耗能能力不足，自復(fù)位能力差等兩方面的缺陷，提出一種形狀記憶合金-摩擦復(fù)合阻尼器(以下簡稱復(fù)合阻尼器)。
本實用新型的技術(shù)方案見圖2，它包括有連桿3、摩擦墊片9，特征在于四根連桿3圍成一個矩形變形機(jī)構(gòu)，矩形變形機(jī)構(gòu)每個角部連桿3之間的重合部分夾著預(yù)留連接件5，在預(yù)留連接件5的正反兩面與連桿3之間設(shè)置一組摩擦墊片9，即矩形變形機(jī)構(gòu)的每個角部按照3-9-5-9-3的次序通過高強(qiáng)螺栓8將連桿3、預(yù)留連接件5和摩擦墊片9同心連接。同時，由連桿3所圍矩形的每個角部通過高強(qiáng)螺栓8連接夾具7用于固定矩形對角線方向的兩組形狀記憶合金絲6。
上述用于建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)合阻尼器其角部預(yù)留連接5和支撐1與建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件相連。根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)形式的需要，復(fù)合阻尼器可采用雙向支撐的布置形式，即沿復(fù)合阻尼器四邊形變形機(jī)構(gòu)兩個對角線方向的預(yù)留連接件5同時與支撐1連接；也可采用單向支撐的布置方式，即沿四邊形變形機(jī)構(gòu)一個對角向方向的預(yù)留連接件5與支撐1相連。上述兩種布置方式中復(fù)合阻尼器本身構(gòu)造形式和工作原理均相同。
基于以上技術(shù)方案的復(fù)合阻尼器在使用前對所有合金絲進(jìn)行預(yù)拉伸，然后通過支撐連接在建筑結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生相對位移的位置，如框架結(jié)構(gòu)的層間，其具體的工作過程為在風(fēng)載或小震作用下，外連接支撐通過預(yù)留連接件傳遞給復(fù)合阻尼器的外部荷載(即復(fù)合阻尼器所受到的外力)較小，不足以克服摩擦墊片的起滑力(最大靜摩擦力)，此時復(fù)合阻尼器不工作，它可等效為普通的結(jié)構(gòu)支撐，整個建筑物利用自身的延性抵抗外部的動荷載。當(dāng)遭遇強(qiáng)烈地震時，外連接支撐通過預(yù)留連接件將外部荷載傳遞給復(fù)合阻尼器，當(dāng)復(fù)合阻尼器受到的外力大于其摩擦墊片提供的起滑力閾值，預(yù)留連接件通過高強(qiáng)螺栓帶動復(fù)合阻尼器的連桿機(jī)構(gòu)發(fā)生剛體變形，先于建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入工作狀態(tài)。由于連桿和合金絲夾具同樣通過高強(qiáng)螺栓同心連接，這樣就導(dǎo)致一組形狀記憶合金絲被拉伸而處于加載狀態(tài)，而另一組形狀記憶合金絲則處于卸載狀態(tài)，兩組形狀記憶合金絲隨結(jié)構(gòu)振動處于反復(fù)加卸載狀態(tài)從而形成穩(wěn)定的超彈性滯回；與此同時，摩擦墊片間也產(chǎn)生轉(zhuǎn)動摩擦力，摩擦力方向始終與復(fù)合阻尼器的運(yùn)動趨勢方向相反?？傊趶?qiáng)烈地震動作用下，摩擦墊片與形狀記憶合金絲共同工作，依靠超彈性滯回耗能和摩擦耗能有效提高建筑結(jié)構(gòu)的阻尼，有效實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的減震控制。地震動結(jié)束后，由于形狀記憶合金絲超彈性可恢復(fù)變形極大，極限強(qiáng)度極高，可幫助復(fù)合阻尼器恢復(fù)其原始形狀。
這種用于建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)合阻尼器中，通常采用常溫下處于奧氏體狀態(tài)的形狀記憶合金材料；摩擦材料通常采用銅鋼摩擦，也可以采用其他的性能穩(wěn)定、耐久的摩擦材料。
綜上所述，本實用新型具有耗能能力強(qiáng)、構(gòu)造簡單、安裝方便，擁有必要的自復(fù)位能力等優(yōu)點，可彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的諸多不足。


圖1、Pall摩擦阻尼器構(gòu)造示意圖；圖2(a)、本實用新型的預(yù)留連接件示意圖；圖2(b)、本實用新型的摩擦墊片示意圖；圖2(c)、本實用新型的連桿示意圖；圖3、本實用新型的正視圖；圖4、本實用新型的側(cè)視圖圖5、本實用新型的滯回曲線；圖6、本實用新型雙向布置示意圖；圖7、本實用新型單向布置示意圖；圖中1、連接支撐 2、摩擦墊滑動連接 3、連桿 4、蓋 5、預(yù)留連接件 6、形狀記憶合金絲 7、合金絲夾具 8、高強(qiáng)螺栓 9、摩擦墊片具體實施方式
本實用新型的實施根據(jù)圖3，采用現(xiàn)有加工和裝配技術(shù)制作。為了充分發(fā)揮形狀記憶合金材料的超彈性性能和避免形狀記憶合金絲在工作工程中受壓屈曲，在使用復(fù)合阻尼器之前需要對形狀記憶合金絲進(jìn)行預(yù)張拉。按照現(xiàn)有公知技術(shù)可實現(xiàn)形狀記憶合金絲的預(yù)張拉，預(yù)拉伸后的形狀記憶合金絲通過合金絲夾具固定在復(fù)合阻尼器中。形狀記憶合金絲預(yù)拉應(yīng)變值推薦拉伸至絲材最大拉應(yīng)變的半值，即絲材處于超彈性平臺的中點。
在該復(fù)合阻尼器中，選用的形狀記憶合金絲直徑按公知技術(shù)設(shè)定，按常規(guī)工藝技術(shù)進(jìn)行記憶合金材料的處理?？紤]到記憶合金材料工作性能與溫度的相關(guān)性，可根據(jù)建筑物所在地區(qū)的不同確定記憶合金奧氏體特征溫度Af，以保證材料在絕大多數(shù)情況下保持奧氏體狀態(tài)，使其充分發(fā)揮超彈性性能。
另外，摩擦墊片的選擇要滿足穩(wěn)定性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性等要求，布置位置如圖4所示按照復(fù)合阻尼器的工作原理進(jìn)行理論分析所得阻尼器控制力滯回曲線如圖5所示。阻尼器的位移—回復(fù)力曲線包絡(luò)面積的飽滿程度反映了阻尼器的耗能水平，由圖5可見本實用新型的位移—回復(fù)力曲線包絡(luò)面積十分飽滿，說明本實用新型的耗能能力很好。
本實用新型在建筑結(jié)構(gòu)中的布置方式如圖6、圖7所示，其中圖6為雙向布置，其中圖7為單向布置。
權(quán)利要求1.一種形狀記憶合金-摩擦復(fù)合型阻尼器，它包括有連桿(3)、摩擦墊片(9)，其特征在于四根連桿(3)圍成一個矩形變形機(jī)構(gòu)，矩形變形機(jī)構(gòu)每個角部連桿(3)之間的重合部分夾著預(yù)留連接件(5)，在預(yù)留連接件(5)的正反兩面與連桿(3)之間設(shè)置一組摩擦墊片(9)，即矩形變形機(jī)構(gòu)的每個角部按照(3)-(9)-(5)-(9)-(3)的次序通過高強(qiáng)螺栓(8)將連桿(3)、預(yù)留連接件(5)和摩擦墊片(9)同心連接；同時，由連桿(3)所圍矩形的每個角部通過高強(qiáng)螺栓(8)連接夾具(7)用于固定矩形對角線方向的兩組SMA絲(6)。
專利摘要本實用新型為一種形狀記憶合金－摩擦復(fù)合阻尼器，屬抗震、減震領(lǐng)域，克服現(xiàn)有阻尼器耗能能力不足，自復(fù)位能力差等缺陷。它包括有連桿(3)、摩擦墊片(9)，其特征在于四根連桿(3)圍成一個矩形變形機(jī)構(gòu)，矩形變形機(jī)構(gòu)每個角部連桿(3)之間的重合部分夾著預(yù)留連接件(5)，在預(yù)留連接件(5)的正反兩面與連桿(3)之間設(shè)置一組摩擦墊片(9)，即矩形變形機(jī)構(gòu)的每個角部按照(3)－(9)－(5)－(9)－(3)的次序通過高強(qiáng)螺栓(8)將連桿(3)、預(yù)留連接件(5)和摩擦墊片(9)同心連接；同時，由連桿(3)所圍矩形的每個角部通過高強(qiáng)螺栓(8)連接夾具(7)用于固定矩形對角線方向的兩組SMA絲(6)。本實用新型耗能能力強(qiáng)、構(gòu)造簡單、安裝方便，自復(fù)位能力。
文檔編號F16F7/00GK2806599SQ20052011236
公開日2006年8月16日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者薛素鐸, 王利, 莊鵬, 石光磊 申請人:北京工業(yè)大學(xué)