CN113882544A - 一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震*** - Google Patents

一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震*** Download PDF

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Abstract

一种空间多方向粘弹性‑形状记忆合金减震***，包括环形内筒、弧形中板、弧形外板、粘弹性材料层、形状记忆合金绳、传力连接单元；环形内筒外侧由内向外布置有多个弧形中板、多个弧形外板，环形内筒与弧形中板之间、弧形中板与弧形外板之间设置有粘弹性材料层；环形内筒内设置有多根形状记忆合金绳，形状记忆合金绳两端穿出并固定在弧形外板外表面；弧形外板外表面以环形内筒中心轴对称连接有多根传力连接单元，传力连接单元外端以及环形内筒两端用以连接建筑物。本发明具有对空间任意方向振动均具有良好减震效果的技术优点，同时大幅度拓宽了阻尼器的减震频域，并且具有良好抵抗变形和可恢复的能力。

Description

一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***
技术领域
本发明涉及建筑结构减震技术领域，具体涉及一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***。
背景技术
随着时代的发展，建筑结构逐渐向高、大和复杂方向发展，地震和强风对复杂建筑结构构成了巨大的威胁。在历次地震和强风下，复杂(超)高层结构均产生了不同程度的损伤破坏，甚至倾覆或倒塌，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。粘弹性减震技术被运用于建筑结构中进行抗震和抗风。
传统的粘弹性阻尼器，例如板式粘弹性阻尼器、筒式粘弹性阻尼器等，往往只能在一维的单方向，二维的一个平面内多方向进行减震，例如，已公开专利申请多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器(CN106013498A)采用套筒式结构，其中设置有形状记忆合金合金，对整个装置起到自复位的作用，但是该装置仅仅起到套筒轴向上的减震作用，但是在套筒周向或是径向上无法起到减震作用，其中形状记忆合金的设置也只能使其中的连杆在发生扭转时及时复位。而复杂(超)高层结构在地震和强风作用下往往会对结构产生拉压、弯剪、扭转等组合式的空间三维多方向形变与振动。此时，传统的粘弹性阻尼器或包含形状记忆合金的阻尼器难以对结构进行空间三维多方向减震耗能，这往往导致结构在未能进行减震的方向(包括结构整体的扭转方向)产生过大的位移形变而造成结构局部严重损伤破坏，从而引发整体结构不可逆的损伤甚至倒塌。并且传统的粘弹性阻尼器减震效果的频率依赖性较强，仅在一定的频域内有较好的减震效果。
发明内容
本发明目的是针对现有传统的阻尼器存在的问题，提供一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***，该减震***具有对空间任意方向振动均具有良好减震效果的技术优点，同时大幅度拓宽了阻尼器的减震频域，并且具有良好抵抗变形和可恢复的能力。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***，包括环形内筒、弧形中板、弧形外板、粘弹性材料层、形状记忆合金绳、传力连接单元；
所述环形内筒外侧沿其周向布置有多个所述弧形中板，所述弧形中板外侧沿所述环形内筒周向布置有多个所述弧形外板，所述环形内筒与弧形中板之间设置有第一粘弹性材料层，所述弧形中板与弧形外板之间设置有第二粘弹性材料层；
所述环形内筒内沿其径向设置有多根形状记忆合金绳，所述形状记忆合金绳的两端分别穿过所述环形内筒、第一粘弹性材料层、弧形中板、第二粘弹性材料层、弧形外板并固定在弧形外板外表面；
所述弧形外板外表面以所述环形内筒中心轴为中心连接有多根所述传力连接单元，所述传力连接单元外端以及所述环形内筒两端用以连接建筑物。
进一步地，各个所述弧形中板之间间隔布置，各个所述弧形外板之间间隔布置，所述弧形中板与所述弧形外板等长，且呈内外交错布置。
进一步地，相邻两个所述弧形中板间隔为30mm～80mm，相邻两个所述弧形外板间隔为40mm～90mm。
进一步地，所述弧形中板和弧形外板的厚度均为10mm～30mm，所述第一粘弹性材料层的厚度为弧形中板的1.5～3倍，所述第二粘弹性材料层的厚度为弧形外板的1.5～3倍。
进一步地，所述环形内筒包括对称设置的左环形内筒和右环形内筒，所述左环形内筒和右环形内筒相向一端间隔为80mm～150mm；所述左环形内筒和右环形内筒相背一端均超出所述弧形中板和弧形外板，超出长度为80mm～150mm。
进一步地，所述传力连接单元为多段可拆卸管状结构。
进一步地，所述传力连接单元在所述弧形外板表面以二者连接处为支点，能够沿所述环形内筒圆周面转动或在垂直所述环形内筒圆周面的平面上转动。
优选地，所述环形内筒、弧形中板、弧形外板、传力连接单元采用钢管和/或板制作。
优选地，所述粘弹性材料层通过高温高压硫化或强力胶黏剂进行连接。
相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：
一、当在地震和强风激励作用下，结构产生空间多方向的震(振)动(水平、竖向和空间扭转相耦合)时，本减震***可将震(振)动能量通过较优的传递路径传递到粘弹性材料层和形状记忆合金绳进行共同耗散，大幅度提高了整个减震***的耗能能力，确保整个减震***对空间任意方向震(振)动均具有良好减振效果。
二、粘弹性材料耗能减震具有较强的频率依赖性，在自振频率较低(超)高层建筑结构和高柔结构(例如宝塔，烟囱，水塔)中发挥的耗能减震效率较低，而频率对形状记忆合金材料耗能减震效果的影响很小；两种材料经过本发明有机结合进行共同的耗能减震，大幅度拓宽了阻尼器的减震频域。
三、本减震***可根据减震方向需求和结构允许安装位置，在整个空间维度上可以灵活的进行安装。
四、根据减震需求可通过形状记忆合金绳给粘弹性材料层施加一定的预压力，从而可以灵活调节阻尼力的大小，同时还可以使粘弹性材料层和钢筒、弧形板之间具有很好连接力，可有效防止粘弹性材料层发生拉伸破坏和剪切破坏。
五、由于形状记忆合金绳具有较好的自恢复能力，可有效的减小整个减震***的残余变形，这增加了整个减震***的抵抗变形和震(振)后可恢复的能力。
六、传力连接单元采用多段式可拆卸结构，使装置运输和施工更为便捷，可很好的增强传力连接单元长度调节的灵活性。
附图说明
图1为本发明主视图；
图2为图1中A-A向剖视图；
图3为图1中B-B向剖视图；
图4为本发明中传力连接单元结构示意图；
图5为图4中C-C向剖视图；
图6为环形内筒外端结构示意图；
图中：1形状记忆合金绳，2-1左环形内筒，2-2右环形内筒，3第一粘弹性材料层，4弧形中板，5第二粘弹性材料层，6弧形外板，7减震垫，8夹具，9螺丝，10传力连接件，11螺栓，12传力连接单元，12-1环形钢管连接单元，12-2环形钢管单元，13-1左封板，13-2右封板，14-1左端连接件，14-2右端连接件
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例，请结合参照图1-6：
本发明一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***，整体结构包括一个空间多方向圆筒式粘弹性减震单元，多根用于施加预紧力及耗能的形状记忆合金绳，多个用于连接结构与空间多方向圆筒式粘弹性减震单元的传力连接单元。
所述空间多方向圆筒式粘弹性减震单元为对称结构，其各部件由内向外同轴设置，内部为对称布置两个环形内筒，分别为左环形内筒2-1和右环形内筒2-2，两个环形内筒相对一端有一定的间隔。所述环形内筒外侧均匀布置有多个沿环形内筒周向分布的弧形中板4，相邻的两个所述弧形中板4之间有一定的活动间隙。所述弧形中板4外侧均匀布置有多个沿环形内筒周向分布的弧形外板6，两个相邻的所述弧形外板6之间有一定的活动间隙。所述环形内筒与弧形中板4之间填充有对应的第一粘弹性材料层3，所述第一粘弹性材料层3与所述弧形中板4等长等宽。所述弧形中板4与弧形外板6之间填充有对应第二粘弹性材料层5，所述第二粘弹性材料层5与所述弧形外板6等长等宽。左右相邻的各粘弹性材料层之间对应有一定的活动间隙。
所述弧形中板4、弧形外板6、第一粘弹性材料层3和第二粘弹性材料层5均对应开设活动间隙，其中，各弧形中板4之间与各弧形外板6之间开设有相同数量的活动间隙，内外层均匀交错分布。所述弧形中板4之间的活动间隙对应弧形外板6的中部位置，所述弧形外板6之间的活动间隙对应弧形中板4的中部位置，第一粘弹性材料层3与弧形中板4开设的活动间隙的位置和数量相同；第二粘弹性材料层5开设活动间隙数量为弧形中板4的两倍，一半数量的活动间隙位置与第一粘弹性材料层3活动间隙相同，另外一半数量的活动间隙位置与弧形外板6活动间隙相同，保证所述空间多方向圆筒式粘弹性减震单元的各部件能够协同工作。
所述左环形内筒2-1的左侧设置左圆形封板13-1，右环形内筒2-2的右侧设置右圆形封板13-2，左圆形封板13-1的左侧设置有左端连接件14-1，右圆形封板13-2的右侧设置有右端连接件14-2。
根据减震需求，所述环形内筒2与弧形外板6均对应开有小圆孔若干，所述形状记忆合金绳1两端均穿过第一粘弹性材料层3间隙、第二粘弹性材料层5的间隙、弧形中板4的间隙和小圆孔，所述弧形外板6的外侧设置夹具8，对形状记忆合金绳1进行固定。所述的形状记忆合金绳穿1可根据减震需求施加合适的预紧力，所述夹具8与弧形外板6之间设置有粘弹性的减震垫7，所述减震垫7开有让形状记忆合金绳1穿过的对应的圆孔。
参照图1、2，所述弧形外板6的外侧以所述环形内筒中心轴对称设置有多个传力连接件10，所述传力连接单元12通过所述传力连接件10与所述弧形外板6采用螺栓11装配连接。其中，一部分传力连接件与环形内筒中心轴平行，装配连接在这些传力连接件上的所述传力连接单元12能够以这些传力连接件为支点沿所述环形内筒的圆周面转动；另外一部分传力连接件与环形内筒中心轴垂直，装配连接在这些传力连接件上的所述传力连接单元12能够以这些传力连接件为支点在垂直所述环形内筒圆周面的平面上转动。
参照图3、6，左环形内筒2-1与右环形内筒2-2内端相距80～150mm，左环形内筒2-1与左封板13-1、右环形内筒2-2与右封板13-1、左封板13-1与左端连接件14-1、右封板13-2与右端连接件14-2均采用焊接方式固定连接。所述左封板13-1和右封板13-2均延封板周围均有设置有连接孔若干，左端连接件14-1和右端连接件14-2均设置有若干连接孔。
参照图3，所述左环形内筒2-1的左端面与弧形中板4、弧形外板6的左侧之间相距80mm～150mm，右环形内筒2-2的右端面弧形中板4、弧形外板6的右侧之间相距80mm～150mm。所述弧形中板4和弧形外板6的厚度为10～30mm，第一粘弹性材料层3的厚度为弧形中板的1.5～3倍，第二粘弹性材料层5的厚度为弧形外板的1.5～3倍。
参照图2，各第一粘弹性材料层3之间的活动间隙均为30～80mm，各第二粘弹性材料5之间的活动间隙均为40～90mm，各弧形中板4之间的活动间隙为30～80mm，各弧形外板6之间的活动间隙为40～90mm。
参照图1、2，所述环形内筒、弧形外板6与减震垫7所开圆孔直径略大于形状记忆合金绳1的直径，形状记忆合金绳1可根据减震需求从不同的角度布置合适根数，已达到多方向最优减震效果。
根据空间多方向减震需求，在弧形外板6外侧可从不同位置，不同方向设置若干合适数量的传力连接单元12。
参照图4，所述传力连接单元12两端为环形钢管连接单元12-1，端部设置有若干连接孔，中部由若干个环形钢管单元12-2进行螺纹装配连接的而成，相邻两个单元之间设置有相互匹配的螺纹。
所述的环形内筒2、第一粘弹性材料层3、弧形中板4、第二粘弹性材料层5、弧形外板6之间通过高温高压硫化或强力胶粘剂进行连接。
所述环形内筒、弧形中板4、弧形外板6、传力连接单元12、端连接件等采用钢管和/或板制作。
使用时：根据所需进行减震建筑的空间结构形式以及受到外界荷载激励作用的特点，确定结构空间的主振方向(振动最剧烈的方向)，圆筒式粘弹性减震单元轴线与该方向平行设置，同时确定合适数量和长度的传力连接单元12，合理调节传力连接单元12的连接位置和减震角度。
当地震或强风下，结构产生空间多方向(水平、竖向和空间扭转相耦合)震(振)动时，通过各个传力连接12单元可以结构将空间多方向的震(振)能量传递到粘弹性减震单元和形状记忆合金绳1，将震(振)动能力进行耗散。
结构空间的主振方向的震(振)能量主要由第一粘弹性材料层3延轴线方向发生剪切变形、形状记忆合金绳1的拉伸变形及第二粘弹性材料层5拉压变形进行耗散，减小结构主振方向的动力响应；其他空间各方向的震(振)能量主要通过第一粘弹性材料层3和第二粘弹性材料层5同时发生环向和轴向剪切变形和形状记忆合金绳1的拉伸变形进行耗散。确保整个减震***对结构空间任意方向震(振)动均的具有良好消能减振作用。
形状记忆合金绳1具有较好的自恢复能力，可有效的减小整个减震***的残余变形，这增加了整个减震***的抵抗变形和震(振)后可恢复的能力。

Claims (9)

1.一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***，其特征在于：包括环形内筒、弧形中板、弧形外板、粘弹性材料层、形状记忆合金绳、传力连接单元；
所述环形内筒外侧沿其周向布置有多个所述弧形中板，所述弧形中板外侧沿所述环形内筒周向布置有多个所述弧形外板，所述环形内筒与弧形中板之间设置有第一粘弹性材料层，所述弧形中板与弧形外板之间设置有第二粘弹性材料层；
所述环形内筒内沿其径向设置有多根形状记忆合金绳，所述形状记忆合金绳的两端分别穿过所述环形内筒、第一粘弹性材料层、弧形中板、第二粘弹性材料层、弧形外板并固定在弧形外板外表面；
所述弧形外板外表面以所述环形内筒中心轴为中心连接有多根所述传力连接单元，所述传力连接单元外端以及所述环形内筒两端用以连接建筑物。
2.根据权利要求1所述的一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***，其特征在于：各个所述弧形中板之间间隔布置，各个所述弧形外板之间间隔布置，所述弧形中板与所述弧形外板等长，且呈内外交错布置。
3.根据权利要求2所述的一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***，其特征在于：相邻两个所述弧形中板间隔为30mm～80mm，相邻两个所述弧形外板间隔为40mm～90mm。
4.根据权利要求2所述的一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***，其特征在于：所述弧形中板和弧形外板的厚度均为10mm～30mm，所述第一粘弹性材料层的厚度为弧形中板的1.5～3倍，所述第二粘弹性材料层的厚度为弧形外板的1.5～3倍。
5.根据权利要求2所述的一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***，其特征在于：所述环形内筒包括对称设置的左环形内筒和右环形内筒，所述左环形内筒和右环形内筒相向一端间隔为80mm～150mm；所述左环形内筒和右环形内筒相背一端均超出所述弧形中板和弧形外板，超出长度为80mm～150mm。
6.根据权利要求1、2或5所述的一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***，其特征在于：所述传力连接单元为多段可拆卸管状结构。
7.根据权利要求6所述的一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***，其特征在于：所述传力连接单元在所述弧形外板表面以二者连接处为支点，能够沿所述环形内筒圆周面转动或在垂直所述环形内筒圆周面的平面上转动。
8.根据权利要求1所述的一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***，其特征在于：所述环形内筒、弧形中板、弧形外板、传力连接单元采用钢管和/或板制作。
9.根据权利要求1所述的一种空间多方向粘弹性-形状记忆合金减震***，其特征在于：所述粘弹性材料层通过高温高压硫化或强力胶黏剂进行连接。
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