一种基于sma绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑
阅读说明：本技术 一种基于sma绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑 (Assembly type self-resetting viscous energy dissipation support based on SMA stranded wire ) 是由 杜修力 古智钧 董慧慧 李辉 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑,属于土木工程减隔震技术领域,耗能模块包括油缸(1)、活塞杆(2)、多孔活塞(3)、粘滞液体(4)、密封衬套(5)；自复位耗能模块包括SMA绞线(6)、高强螺栓(7)、左连接钢板(8)、右连接钢板(9)、双头螺栓(10)、可移动钢板(11)、第一连接杆(12)、第二连接杆(13)；耗能模块与自复位耗能模块之间留有一定间距,供SMA绞线伸缩,分别安装在外套筒(14)预先设置的限位挡块(15)之间。不论是受压还是受拉,所述的SMA绞线均能保证为受拉状态,可不间断持续工作,提供自恢复力和耗能能力,耗能模块与自复位耗能模块共同作用,具有高消耗能及自复位特性。(An assembly type self-resetting viscous energy dissipation support based on an SMA stranded wire belongs to the technical field of civil engineering seismic isolation and reduction, and an energy dissipation module comprises an oil cylinder (1), a piston rod (2), a porous piston (3), a viscous liquid (4) and a sealing bush (5); the self-resetting energy dissipation module comprises an SMA stranded wire (6), a high-strength bolt (7), a left connecting steel plate (8), a right connecting steel plate (9), a stud bolt (10), a movable steel plate (11), a first connecting rod (12) and a second connecting rod (13); a certain distance is reserved between the energy consumption module and the self-resetting energy consumption module, the SMA stranded wires are used for stretching, and the energy consumption modules are respectively arranged between the limiting stop blocks (15) which are preset on the outer sleeve (14). The SMA stranded wire can be in a tensioned state no matter under compression or tension, can continuously work, provides self-restoring force and energy consumption capability, and has the characteristics of high energy consumption and self-restoring under the combined action of the energy consumption module and the self-restoring energy consumption module.)
技术领域
本发明属于土木工程减隔震技术领域，尤其涉及一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑。
背景技术
地震灾害具有突发性、可预见性低、破坏性强等特点，被认为是人类面临的最严重的自然灾害之一，特别是中震和大震发生时会释放出巨大的地震能量，会对结构产生很大的破坏，严重危及人民的生命和财产安全。我国位于世界两大地震带—欧亚地震带和环太平洋地震带的交界处，国土的大部分地区为地震区，因此结构的抗震性能亟需提高。目前的结构主要是通过提高自身的刚度和强度来抵抗地震，耗散地震能量，因此还不具有完全抵抗地震的能力，而且传统结构在震后虽然不至于倒塌，但震中会产生严重的塑性变形，导致震后残余变形很大，缺少自恢复能力。
消能减震技术是在结构的关键部位添加耗能装置来耗散地震能量，从而减轻地震对结构主体的破坏。消能减震技术构造简单、造价低廉、便于维护、减震效果明显，因此已被广泛应用于研究及实际工程中。但目前提出的自复位防屈曲支撑大多存在构造复杂，造价昂贵等问题，摩擦耗能方式会导致摩擦面粗糙程度随支撑往复而削弱，有可能会造成构件中预压力丢失，从而导致耗能能力减小。
形状记忆合金(SMA)具有形状记忆效应和超弹性效应，近年来被广泛应用于土木工程及汽车领域，其在大变形循环中具有良好的抗疲劳性，且能够自动恢复原状；粘滞阻尼工作时不会改变结构的固有动力特性，只对结构提供附加阻尼，力学滞回性能饱满，具有稳定的动力特性和很强的耗能能力。
基于上述
背景技术
存在的问题及现有的技术材料，现急需一种应用于结构中的既可以充分耗能又可以变形后自复位，减小残余位移，同时还易于拆装更换的预制装配式自复位耗能支撑。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的问题，提出一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑，可以应用于建筑结构及桥梁结构领域的重要构件位置，当受到地震作用时，可迅速进入工作耗散地震能量，同时支撑内部的SMA绞线被拉伸产生自恢复力，将结构拉回至原始位置，有效控制地震对结构的损伤；并且本发明可以实现工厂的全预制拼装，使用后便于拆卸更换，易于维修，实现高效、快捷的工业化建造方式。
为实现上述目的，本发明所述的一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑的技术方案如下：
包括一个耗能模块和两个自复位耗能模块；
耗能模块包括油缸(1)、活塞杆(2)、多孔活塞(3)、粘滞液体(4)、密封衬套(5)；
所述油缸(1)同轴设置在外套筒(14)内中部位置，在外套筒(14)内表面用第一限位挡块(15-1)卡住油缸(1)，以限制油缸(1)移动，油缸内部充满可流动的粘滞液体(4)；多孔活塞(3)设置在油缸(1)内部与油缸(1)匹配，并与活塞杆(2)连接为一体，使活塞杆(2)可带动多孔活塞(3)在油缸(1)内部移动；所述活塞杆(2)同轴位于油缸(1)内，活塞杆(2)两端分别各与一个自复位耗能模块的可移动钢板(11)连接，在油缸(1)与活塞杆(2)接触位置设置密封衬套(5)，防止粘滞液体(4)外渗；
在活塞杆(2)的左端同轴设有第一连接杆(12)，在活塞杆(2)的右端同轴设有第二连接杆(13)；共有两个自复位耗能模块均位于外套筒(14)内，且在活塞杆(2)的两端各设有一个自复位耗能模块用于与第一连接杆(12)和第二连接杆(13)配位连接；每个自复位耗能模块包括SMA绞线(6)、高强螺栓(7)、左连接钢板(8)、右连接钢板(9)、双头螺栓(10)、可移动钢板(11)；所述SMA绞线(6)在每个自复位耗能模块设置成平行的两排，每排设置成平行的多根SMA绞线(6)，SMA绞线(6)的长度方向与外套筒(14)轴向平行，SMA绞线(6)两端通过高强螺栓(7)分别固定安装在相邻的左连接钢板(8)和右连接钢板(9)上即SMA绞线(6)固定于左连接钢板(8)和右连接钢板(9)之间，所述左连接钢板(8)和右连接钢板(9)分别用轴向有间距的四个第二限位挡块(15-2)隔开，使得左连接钢板(8)和右连接钢板(9)只可背向运动不可相向运动第二限位挡块(15-2)位于外套筒(14)内表面；左连接钢板(8)和右连接钢板(9)之间设置可移动钢板(11)，可移动钢板(11)位于两排SMA绞线(6)之间；活塞杆(2)的两端均固定连接一个可移动钢板(11)；
位于活塞杆(2)左端的自复位耗能模块中的可移动钢板(11)通过双头螺栓与第一连接杆(12)连接，即左端的可移动钢板(11)将第一连接杆(12)和活塞杆(2)同轴固定连接在一起；右侧的可移动钢板(11)通过双头螺栓将第二连接杆(13)和活塞杆(2)同轴固定连接在一起。
左连接钢板(8)和右连接钢板(9)相对于第二限位挡块(15-2)、可移动钢板(11)是独立的。
油缸(1)与自复位耗能模块在轴向方向之间具有间距。
多孔活塞(3)是带有通孔的活塞。所述的多孔活塞(3)截面需略小于油缸(1)的内壁，并设置适量通孔，以便粘滞液体(4)在通孔间流过，达到粘滞耗能的目的。
无论支撑是处于拉伸状态还是处于压缩状态即拉动或推动第一连接杆(12)沿轴向运动，SMA绞线均能保持在受拉状态，可充分利用其自复位性能。
所述耗能模块与自复位耗能模块之间及自复位耗能模块与外套筒两端需间隔一段距离，为SMA绞线(6)的伸缩提供空间。
所述SMA绞线(6)材料可选用但不局限于Ni—Ti合金、Ni—Al合金、Cu—Al—Ni合金等具有相同功能特点的材料。
所述的可移动钢板(11)作用是控制左连接钢板(8)向左运动和右连接钢板(9)向右运动，以此控制SMA绞线(6)的变形。
所述的外套筒(14)为可拆卸套筒，以便于支撑内部构件的更换。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑在地震作用下对结构的减隔震及自复位效果显著，主要体现在以下几点：
1.本发明不论是受拉状态还是受压状态，支撑内部的SMA绞线总能保证为受拉状态，可使SMA绞线充分发挥其自复位及耗能效果。
2.本发明的核心耗能部分为粘滞液体阻尼耗能，只提供附加阻尼，不提供附加刚度，因而不会改变结构的自振周期，且对支撑的损耗极小，维护费用低，适用性强。
3.本发明的各个构件均可实现工厂的全预制拼装，各个构件在使用后均可立即拆卸更换，易于检修和维护，提高了利用效率，经济效果显著。
附图说明
下面通过附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑内部构造示意图。
图2是本发明的一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑受拉状态的内部构造示意图。
图3是本发明的一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑受压状态的内部构造示意图。
图4是本发明的一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑的Ⅰ—Ⅰ剖面示意图。
图5是本发明的一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑的Ⅱ—Ⅱ剖面示意图。
图6是本发明的一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑的Ⅲ—Ⅲ剖面示意图。
图7是本发明的一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑的Ⅳ—Ⅳ剖面示意图。
附图标记说明：
1—油缸；2—活塞杆；3—多孔活塞；4—粘滞液体；5—密封衬套；6—SMA绞线；7—高桥螺栓；8—左连接钢板；9—右连接钢板；10—双头螺栓；11—可移动钢板；12—第一连接杆；13—第二连接杆；14—外套筒；15-1—第一限位挡块，15-2—第二限位挡块。
具体实施方式
结合附图对本发明实施例进行详细说明。
首先应需注意的是，附图所展示的一种基于SMA绞线的装配式自复位粘滞耗能支撑，旨在能简洁、清楚、明了的说明本发明，故附图不能够作为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有说明，“左”、“右”、“第一”、“第二”、“中部”、“两端”、“左端”“右端”“内部”等指示方位或位置关系的词仅是为了更方便地描述本发明，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明包括一个耗能模块和两个自复位耗能模块，耗能模块采用粘滞阻尼耗能，自复位耗能模块采用SMA绞线提供自恢复力，并附带提供部分耗能。每个模块独立工作，滞回曲线为彼此之和，耗能及复位效果显著，可设置在建筑结构及桥梁结构等重要部位，耗散地震作用产生的能量，减小结构的残余位移，且本发明可实现工厂的全预制装配，震后便于拆卸更换，易于维修和养护，具有很好的适用性和可行性。具体实施方式如下：
所述耗能模块包括油缸(1)、活塞杆(2)、多孔活塞(3)、粘滞液体(4)、密封衬套(5)；自复位耗能模块包括SMA绞线(6)、高强螺栓(7)、左连接钢板(8)、右连接钢板(9)、双头螺栓(10)、可移动钢板(11)；所述外套筒(14)为可拆卸套筒，便于内部构件的更换，在适当位置设置有多个限位挡块(15)；
所述油缸(1)、活塞杆(2)、多孔活塞(3)、粘滞液体(4)、密封衬套(5)为一整体，更换时也需整体更换；所述油缸(1)设置在四个第一限位挡块(15-1)之间，限制其移动，内部充满粘滞液体(4)；所述多孔活塞(3)设置在油缸(1)内部，并与活塞杆(2)相连接，截面略小于油缸(1)内壁，且预先设置适量通孔，迫使粘滞液体(4)从通孔或间隙中流过，达到粘滞耗能的目的；所述密封衬套(5)设置在油缸(1)与活塞杆(2)接触位置，防止粘滞液体(4)外渗，减少油缸(1)与活塞杆(2)之间的摩擦损耗；
所述自复位耗能模块安装时，先将左连接钢板(8)和右连接钢板(9)用四个第二限位挡块(15-2)隔开，然后将SMA绞线(6)通过高强螺栓(7)安装在左连接钢板(8)和右连接钢板(9)之间，同时放置可移动钢板(11)，用双头螺栓(10)将其与第一连接杆(12)、第二连接杆(13)、活塞杆(2)连接，最后将外套筒(14)封住，支撑安装完毕；
当支撑被拉伸时，第一连接杆(12)相对于外套筒(14)向左运动，带动可移动钢板(11)、活塞杆(2)、第二连接杆(13)向左移动，则多孔活塞(3)和左连接钢板(8)向左移动，粘滞液体(4)穿过通孔和间隙向右运动，耗散绝大数能量，右连接钢板(9)被第二限位挡块(15-2)挡住不移动，从而SMA绞线(6)被向左拉伸，耗散部分能量，同时产生向右的自恢复力；
当支撑被压缩时，第一连接杆(12)相对于外套筒(14)向右运动，带动可移动钢板(11)、活塞杆(2)、第二连接杆(13)向右移动，则多孔活塞(3)和右侧连接钢板(9)向右移动，粘滞液体(4)穿过通孔和间隙向左运动，耗散绝大数能量，左连接钢板(8)被第二限位挡块(15-2)挡住不移动，从而SMA绞线(6)被向右拉伸，耗散部分能量，同时产生向左的自恢复力。
综上所述，尽管已经对本发明的实施例进行描述，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
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