一种多向自复位形状记忆合金阻尼器及其安装方法技术

本发明专利技术公开了一种多向自复位形状记忆合金阻尼器及其安装方法，阻尼器顶板和阻尼器底板之间通过支撑链杆连接，阻尼器顶板与阻尼器底板上分别对称设置有多个滑轮，形状记忆合金丝依次穿过多个滑轮呈“Z”字形对称布置，组成圆柱形结构的阻尼器，通过旋转阻尼器底板上设置的张拉螺母对形状记忆合金丝施加预张拉，使其初始应力处在马氏体相变中段。本发明专利技术构造简单且便于安装，可广泛应用于土木工程及机械工程技术领域的被动控制，有效减小结构或构件的振动及强振后的残余变形，可应用于基础隔振及消能减振系统，能够有效控制上部结构在外界振动激励下的振动响应。

A Multi-directional Self-resetting Shape Memory Alloy Damper and Its Installation Method

The invention discloses a multi-directional self-resetting shape memory alloy damper and its installation method. The top plate of the damper and the bottom plate of the damper are connected by a support chain rod. The top plate of the damper and the bottom plate of the damper are symmetrically arranged with multiple pulleys, and the shape memory alloy wires are arranged symmetrically through multiple pulleys in a \Z\ shape, forming a damper with a cylindrical structure through rotation. The tension nuts on the bottom of the damper pre-tension the shape memory alloy wire, so that the initial stress is in the middle of martensitic transformation. The invention has simple structure and is easy to install, and can be widely used in passive control in civil engineering and mechanical engineering fields, effectively reducing the vibration of structures or components and residual deformation after strong vibration, and can be applied to vibration isolation and energy dissipation system of foundation, and effectively controlling the vibration response of superstructure under external vibration excitation.

【技术实现步骤摘要】
一种多向自复位形状记忆合金阻尼器及其安装方法
本专利技术属于土木建筑和机械工程
，具体涉及一种多向自复位形状记忆合金阻尼器及其安装方法，能够在平面内任意角度发挥耗能减震作用。
技术介绍
在现代技术研究中，振动对于结构大都是作为有害的影响进行研究和控制的。在土木建筑领域，结构的振动以振动频率低和振动能量高为特点，一旦造成破坏将带来巨大的人员财产损失。而在机械工程领域，机械设备在使用过程中不可避免地带有自振和强迫振动，影响各种精密仪器仪表的运行，还对周边环境形成噪声污染。因此，振动的控制显得极为重要。形状记忆合金(SMA)作为一种全新的功能材料，具有很多特殊的性质，在科学研究和实际工程中都得到了大量的应用。SMA阻尼器是目前较为常见的一种耗能阻尼装置。SMA具有极强的变形恢复能力，在震动中产生的残余应变可较快地恢复,且由于其具有超弹性性能，使得SMA阻尼器可以提供较大的阻尼，更多地消耗振动传递的能量，从而提升系统的抗震能力。目前发现的SMA种类有上百种，其不仅具有良好的阻尼特性和超弹性性能，而且耐疲劳、耐高温、耐腐蚀，故其在工程中的应用越来越广泛。从SMA及其控制器(指耗能器、阻尼器、驱动器等)的特性看，SMA可较好的满足结构的振动控制要求，因此基于SMA的结构振动控制具有重要的研究价值，应用前景十分广阔。因此结合具体工程需求，开发出符合具体工程条件的形状记忆合金阻尼器对于结构的振动控制技术特别是是隔振及消能减振技术的推广应用具有非常重要的现实意义与工程价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多向自复位形状记忆合金阻尼器及其安装方法，其目的是解决现有阻尼器行程较小、复位性能差、以及耗能有限问题。本专利技术采用以下技术方案：一种多向自复位形状记忆合金阻尼器，包括阻尼器顶板、阻尼器底板和形状记忆合金丝，阻尼器顶板和阻尼器底板之间通过支撑链杆连接，阻尼器顶板与阻尼器底板上分别对称设置有多个滑轮，形状记忆合金丝依次穿过多个滑轮呈Z字形对称布置，通过旋转阻尼器底板上设置的张拉螺母对形状记忆合金丝施加预张拉，使其初始应力处在马氏体相变中段。其中，阻尼器顶板朝向阻尼器底板的一侧设置有上固定环管和顶板滑轮轴，阻尼器底板朝向阻尼器顶板的一侧设置有下固定环管和底板滑轮轴，滑轮分别对称设置在顶板滑轮轴和底板滑轮轴上。其中，上固定环管和下固定环管上与滑轮对应处分别设置有锚固螺栓，形状记忆合金丝的一端固定在上固定环管，另一端经顶板滑轮轴上的滑轮和底板滑轮轴上的滑轮与下固定环管上设置的锚固螺栓连接，并通过张拉螺母紧固。其中，顶板滑轮轴和底板滑轮轴均为圆环形结构，下固定环管的直径大于顶板滑轮轴的直径，顶板滑轮轴的直径大于上固定环管的直径，上固定环管的直径大于底板滑轮轴的直径。其中，顶板滑轮轴和底板滑轮轴上间隔设置有八个滑轮，形状记忆合金丝为八根，两两对称安装；任意对称分布的两根形状记忆合金丝为一个工作组，当阻尼器顶板与阻尼器底板发生平行错动时，任意一个工作组中预张拉的两根形状记忆合金丝中的一根趋于拉长，另一根趋于松弛，在反复水平错动过程中耗散能量并自动复位。其中，滑轮内部设置有滚珠，通过滚珠分别与顶板滑轮轴和底板滑轮轴连接。更进一步的，本专利技术的特点还在于：支撑链杆包括八根，对称布置在阻尼器顶板和阻尼器底板之间，支撑链杆的两端分别通过万向接头与阻尼器顶板和阻尼器底板连接。更进一步的，本专利技术的特点还在于：阻尼器顶板和阻尼器底板均设置有预留孔，用于分别与隔震层底板及隔震层顶板连接，阻尼器顶板与隔震层顶板垂直方向上能够相对自由运动。其中，阻尼器底板和减震层底板之间采用螺栓连接或焊接方式连接，减震层顶板与阻尼器顶板采用竖向插销式连接。本专利技术的另一技术方案是：一种多向自复位形状记忆合金阻尼器的安装方法，包括以下步骤：S1、根据工程实际情况以及对工程结构的减震分析结果确定阻尼器各部件尺寸以及形状记忆合金丝的截面面积及预张拉应变值；S2、在阻尼器顶板上焊接上固定环管和顶板滑轮轴，在阻尼器底板上焊接下固定环管和底板滑轮轴；S3、在顶板滑轮轴与底板滑轮轴上分别安装滑轮；S4、将八根支撑链杆通过十六个万向接头分别与阻尼器顶板和阻尼器底板连接在一起；S5、将形状记忆合金丝穿过上固定环管的预留孔洞，再分别绕过顶板滑轮轴与底板滑轮轴上安装的滑轮，最后穿过下固定环管的预留孔洞从而形成“Z”字形布置；S6、通过两个锚固螺栓将形状记忆合金丝的一端固定在上固定环管上，通过拧紧阻尼器底板上设置的张拉螺母将形状记忆合金丝调整到预定的应变状态；S7、通过螺栓连接或焊接方式将阻尼器底板固定于减震层底板上，减震层顶板向下伸出的竖杆穿过阻尼器顶板的预留孔实现阻尼器顶板与减震层顶板间的竖向插销式连接。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种多向自复位形状记忆合金阻尼器，阻尼器顶板和阻尼器底板之间通过支撑链杆连接，阻尼器具有较强的能量耗散功能，可以减小向上部结构传递的地震能量从而降低上部结构的地震反应；形状记忆合金丝呈“Z”字形对称布置，通过旋转张拉螺母对形状记忆合金丝施加预张拉，使其初始应力处在马氏体相变中段，具有较大的初始刚度，可以满足正常使用条件下水平外荷载作用或者小震作用下的水平位移控制要求。进一步的，具有较小的隔震刚度，当遇到设防烈度和罕遇烈度地震时，阻尼器由于大变形而刚度变小，可以起到良好的隔震效果。进一步的，具有较大的限位刚度，满足大震作用下的结构位移控制(限位)的要求；具有较大的行程，可以满足结构大位移控制要求。进一步的，滑轮内部设置滚珠可以减小形状记忆合金滑动引起的摩擦。进一步的，支撑链杆的两端通过万向接头与阻尼器顶板和阻尼器底板连接可以约束阻尼器顶板和底板平动位移而不约束转动位移。进一步的，阻尼器底板和减震层底板之间采用螺栓连接或焊接方式连接可以实现阻尼器与减震层固结；减震层顶板与阻尼器顶板采用竖向插销式连接可以实现阻尼器与减震层之间只传递水平荷载。本专利技术还公开了一种多向自复位形状记忆合金阻尼器的安装方法，可以实现阻尼器顶板与底板的连接、形状记忆合金固定以及形状记忆合金预定应变状态。综上所述，本专利技术构造简单且便于安装，可广泛应用于土木工程及机械工程
的被动控制，有效减小结构或构件的振动及强振后的残余变形，可应用于基础隔振及消能减振系统，能够有效控制上部结构在外界振动激励下的振动响应。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为多向自复位形状记忆合金阻尼器的正立面图；图2为图1中多向自复位形状记忆合金阻尼器的A-A剖面图；图3为图1中多向自复位形状记忆合金阻尼器的B-B剖面图；图4为图3中多向自复位形状记忆合金阻尼器的C-C剖面图。其中：1.阻尼器顶板；2.阻尼器底板；3.滑轮；4.形状记忆合金丝；5.上固定环管；6.锚固螺栓；7.顶板滑轮轴；8.底板滑轮轴；9.下固定环管；10.支撑链杆；11.张拉螺母；12.滚珠；13.万向接头；14.预留孔。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多向自复位形状记忆合金阻尼器，其特征在于，包括阻尼器顶板(1)、阻尼器底板(2)和形状记忆合金丝(4)，阻尼器顶板(1)和阻尼器底板(2)之间通过支撑链杆(10)连接，阻尼器顶板(1)与阻尼器底板(2)上分别对称设置有多个滑轮(3)，形状记忆合金丝(4)依次穿过多个滑轮(3)呈Z字形对称布置，通过旋转阻尼器底板(2)上设置的张拉螺母(11)对形状记忆合金丝(4)施加预张拉，使其初始应力处在马氏体相变中段。

【技术特征摘要】
1.一种多向自复位形状记忆合金阻尼器，其特征在于，包括阻尼器顶板(1)、阻尼器底板(2)和形状记忆合金丝(4)，阻尼器顶板(1)和阻尼器底板(2)之间通过支撑链杆(10)连接，阻尼器顶板(1)与阻尼器底板(2)上分别对称设置有多个滑轮(3)，形状记忆合金丝(4)依次穿过多个滑轮(3)呈Z字形对称布置，通过旋转阻尼器底板(2)上设置的张拉螺母(11)对形状记忆合金丝(4)施加预张拉，使其初始应力处在马氏体相变中段。2.根据权利要求1所述的多向自复位形状记忆合金阻尼器，其特征在于，阻尼器顶板(1)朝向阻尼器底板(2)的一侧设置有上固定环管(5)和顶板滑轮轴(7)，阻尼器底板(2)朝向阻尼器顶板(1)的一侧设置有下固定环管(9)和底板滑轮轴(8)，滑轮(3)分别对称设置在顶板滑轮轴(7)和底板滑轮轴(8)上。3.根据权利要求2所述的多向自复位形状记忆合金阻尼器，其特征在于，上固定环管(5)和下固定环管(9)上与滑轮(3)对应处分别设置有锚固螺栓(6)，形状记忆合金丝(4)的一端固定在上固定环管(5)，另一端经顶板滑轮轴(7)上的滑轮(3)和底板滑轮轴(8)上的滑轮与下固定环管(9)上设置的锚固螺栓(6)连接，并通过张拉螺母(11)紧固。4.根据权利要求2所述的多向自复位形状记忆合金阻尼器，其特征在于，顶板滑轮轴(7)和底板滑轮轴(8)均为圆环形结构，下固定环管(9)的直径大于顶板滑轮轴(7)的直径，顶板滑轮轴(7)的直径大于上固定环管(5)的直径，上固定环管(5)的直径大于底板滑轮轴(8)的直径。5.根据权利要求4所述的多向自复位形状记忆合金阻尼器，其特征在于，顶板滑轮轴(7)和底板滑轮轴(8)上间隔设置有八个滑轮(3)，形状记忆合金丝(4)为八根，两两对称安装；任意对称分布的两根形状记忆合金丝(4)为一个工作组，当阻尼器顶板(1)与阻尼器底板(2)发生平行错动时，任意一个工作组中预张拉的两根形状记忆合金丝(4)中的一根趋于拉长，另一根趋于松弛，在反复水平错动过程中耗散能量并自动复位。6.根据权利要求2所述的多向自复位形状记忆合金阻尼器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐善华，冉骥，李安邦，郑合祥，聂彪，张豪亮，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61