本发明专利技术提供了一种水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置，属于结构振动控制技术领域。所述装置由顶板、球面环、“葫芦型”转动球体、高强螺栓、杠杆臂、中空圆台、SMA绞线、U型锁环、底板、紧固夹具、弹簧螺栓等组成。本装置通过“葫芦型”转动球体的全向转动能力，使装置在随机的、方向不可预测的多向地震作用下，依然能够利用SMA绞线的滞回变形进行耗能，从而提供360度全向有效阻尼。同时，该装置通过杠杆球铰转动机构将桥梁结构墩梁的相对位移放大，进而使串联耗能材料的位移、速度等响应放大，保证装置在大、中、小震作用下都能发挥良好的耗能能力。本发明专利技术构造明确、适用性强，是一种安全、高效的耗能减震装置。效的耗能减震装置。效的耗能减震装置。
【技术实现步骤摘要】
一种水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置
[0001]本专利技术涉及一种应用于土木工程的水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置，属于结构振动控制
，特别涉及一种桥梁结构梁底耗能减震构件的水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置。
技术介绍
[0002]桥梁减震设计是减小桥梁地震灾害的一种有效方式，研发性能可靠、减震效果良好的耗能减震装置是桥梁减震设计的关键问题。在过去二十年中，耗能减震技术研究与应用取得了长足的进步，但是，各国学者对于耗能减震装置的研究大都限于单一方向有效，不能很好地适应实际随机的、方向不可预测的、多维的地震等灾害的作用。
[0003]现有的位移或速度相关型耗能减震装置在工作时的速度和位移与连接点的相对速度和位移相等，如果连接点的相对速度和位移比较小，耗能减震装置就无法充分发挥其耗能能力。而且，目前的耗能减震装置为了增加提供阻尼力的能力，往往采用增大阻尼器尺寸或增加阻尼器数量的方式来实现，但效果并不理想。
[0004]形状记忆合金(shape memory alloy，SMA)是一种具有超弹性和高阻尼特性的智能材料，它与普通材料相比有许多优点：抗疲劳性能好、自复位性能强 (可恢复应变达6％～8％)、稳定的滞回性能(典型的旗帜形滞回曲线)、对温度不敏感(在奥氏体相变点以上某一温度区间内保持稳定的超弹性平台)、抗腐蚀能力好，根据这些特性可研制出性能良好的耗能减振装置。
[0005]因此，如何提供一种360度全向有效、耗能能力充分发挥的SMA耗能减振装置，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置，实现在实际随机地震作用下提供360度全向有效阻尼的能力，同时可以将外荷载作用下所连接构件之间产生的相对较小变形根据需要进行放大，充分发挥SMA的超弹性滞回耗能能力。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置，包括顶板1、球面环A2、“葫芦型”转动球体3、高强螺栓A4、球面环B5、球面环C6、杠杆臂7、中空圆台8、SMA绞线9、U型锁环10、底板11、高强螺栓B12、紧固夹具13、弹簧螺栓14、上部结构15；
[0009]所述顶板1和球面环A2之间装有“葫芦型”转动球体，顶板和球面环A2 通过八个高强螺栓A4连接固定；“葫芦型”转动球体3的下部设置在球面环B5 和球面环C6之间，而且“葫芦型”转动球体3设置有一个螺栓孔腔，“葫芦型”转动球体3通过螺栓孔腔与杠杆臂7的上端连接；球面环B5和球面环C6通过八个高强螺栓A4连接固定，同时球面环C6与中空圆台8焊接连接；所述杠杆臂7的下端设有球面柱头，球面柱头用于保证SMA绞线9一端与杠杆臂7的有
效连接；在与杠杆臂7的球面柱头等高的中空圆台8内壁上等间距地布置八个U 型锁环10，且U型锁环10与中空圆台8内壁通过焊接连接，中空圆台8与底板11通过八个高强螺栓B12连接；所述SMA绞线9共设置八条，八条SMA 绞线9的一端通过紧固夹具13与杠杆臂7的下端连接，另一端通过紧固夹具13 与中空圆台8内壁的U型锁环10连接；顶板1通过四个弹簧螺栓14与上部结构15连接，上部结构15与桥面板固接，底板11通过四个高强螺栓与桥梁结构的桥墩或桥台连接。
[0010]其中，所述球面环A2由左球面环A2和右球面环A2两部分拼接构成，所述球面环B5由左球面环B5和右球面环B5两部分拼接构成，所述球面环A2和球面环B5的材料、外形和尺寸相同；所述杠杆臂7上端设有螺纹，杠杆臂7上端旋转插入“葫芦型”转动球体3上的螺栓孔腔锁紧固定；所述SMA绞线9用 N根SMA丝制成，N的数值由所受外荷载大小确定；所述紧固夹具13采用U 型夹头或铜套(用液压钳挤压紧固)，通过调节紧固夹具13的预紧力来调整SMA 绞线9的预张力。
[0011]当建筑结构带动顶板1做水平运动时，顶板1带动“葫芦型”转动球体3 发生转动，并通过杠杆球铰转动机构将位移响应进行放大后传递到杠杆臂7末端，杠杆臂7末端带动SMA绞线9产生往复滞回变形而耗能。
[0012]由杠杆和双球铰组成的杠杆球铰转动机构将位移响应放大b/a倍后传递到杠杆臂7的下端，杠杆臂7下端带动SMA绞线9产生往复滞回变形而耗能；其中，a为”葫芦型”转动球体3下球心至上球心的距离，b为下球心至杠杆臂7 下端的距离。
[0013]本专利技术相对于现有技术具有以下有益效果：
[0014]1、本专利技术采用的“圆台型”构造体系具有旋转对称性，可提供360度全向有效阻尼，有效减小多维随机地震响应。
[0015]2、本专利技术具备响应放大技术，利用杠杆原理将桥梁结构墩梁相对位移进行放大，进而使串联耗能材料的位移、速度等响应放大，保证了在中、小震作用下发挥良好的耗能能力；同时，在大震作用下，由于耗能材料的作用被放大，耗能效果增加，从而可以减少阻尼器的数量，减小工程成本，取得较好的经济效益。
[0016]3、本专利技术的耗能放大倍数可根据结构构件的实际情况进行调整，通过改变杠杆力臂比调整耗能放大倍数，达到调节耗能效果的目的。
[0017]4、本专利技术所用SMA绞线具有超弹性性能和稳定的滞回性能，从而具备良好的空间变形能力、耗能能力和自复位能力。
[0018]5、本专利技术可以通过调整SMA绞线的直径、数量、预张拉程度，方便地调节不同方向的阻尼参数。
[0019]6、本专利技术可以提供不同方向的不同侧向刚度。该装置可以通过调整不同方向设置的SMA绞线直径，进行强弱设计，进而调整装置在不同方向上的侧向刚度，适合应用于对侧向刚度有方向特殊需求的特种结构，如直线梁桥梁底支座对沿横桥向与纵桥向侧向刚度要求有较大的差异等。
[0020]7、本专利技术采用的“圆台型”构造体系稳定性好，具有较好的抗滑移、抗倾覆能力。
[0021]8、本专利技术构造明确、安全可靠、适用性强，取材方便、施工便捷、便于工厂化生产，通过合理的力学设计，拥有高效的耗能能力与结构性能，具有广阔的应用前景和推广市场。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例提供的一种水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置三维构造示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例提供的一种水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置的A-A截面剖视图；
[0024]图3为本专利技术实施例提供的一种水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置的B-B截面剖视图；
[0025]图4为本专利技术实施例提供的一种水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置的变形演示示意图；
[0026]图5为本专利技术水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置应用于桥梁结构的一种安装位置示意图；
[0027]图6为本专利技术水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置应用于桥梁结构的另一种安装位置示意图。
[0028]图中：1顶板；2球面环A，2-1左球面环A，2-2右球面环A；3“葫芦型”本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置，其特征在于，该水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置包括顶板(1)、球面环A(2)、“葫芦型”转动球体(3)、球面环B(5)、球面环C(6)、杠杆臂(7)、中空圆台(8)、SMA绞线(9)、U型锁环(10)、底板(11)、紧固夹具(13)、弹簧螺栓(14)和上部结构(15)；所述顶板(1)和球面环A(2)之间装有“葫芦型”转动球体(3)的上部球体，顶板(1)和球面环A(2)通过高强螺栓连接固定；“葫芦型”转动球体(3)的下部球体安装在球面环B(5)和球面环C(6)之间，球面环B(5)和球面环C(6)通过高强螺栓连接，球面环C(6)与中空圆台(8)的上端焊接；“葫芦型”转动球体(3)的下部球体设置有一个螺栓孔腔，“葫芦型”转动球体(3)通过螺栓孔腔与杠杆臂(7)的上端连接；所述杠杆臂(7)的下端设有球面柱头，球面柱头用于保证SMA绞线(9)一端与杠杆臂(7)的有效连接；在与杠杆臂(7)的球面柱头等高的中空圆台(8)内壁上等间距地布置八个U型锁环(10)，且U型锁环(10)与中空圆台(8)内壁焊接，中空圆台(8)与底板(11)通过高强螺栓连接；所述SMA绞线(9)共设置八条，八条SMA绞线(9)的一端通过紧固夹具(13)与杠杆臂(7)的下端连接，另一端通过紧固夹具(13)与中空圆台(8)内壁的U型锁环(10)连接；顶板(1)通过弹簧螺栓(14)与上部结构(15)连接，上部结构(15)与桥面板固接，底板(11)通过高强螺栓与桥梁结构的桥墩或桥台连接。2.根据权利要求1所述的水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置，其特征在于，所述球面环A(2)由左球面环和右球面环两部分拼接构成，所述球面环B(5)由左球面环和右球面环两部分拼接构成，所述球面环A(2)和球面环B(5)的材料、外形和尺寸相同。3.根据权利要求1或2所述的水平全方向位移放大型SMA耗能减震装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：李超，刁钰城，孙丽，李宏男，周国帅，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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