專利名稱：形狀記憶合金自復(fù)位多維隔震支座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于工程結(jié)構(gòu)多維隔減震的支座，屬于土木工程結(jié)構(gòu)抗震荷載控制裝置的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
地震作用是土木工程結(jié)構(gòu)所承受的主要控制荷載，也是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞和倒塌的主要因素。準(zhǔn)確地認(rèn)識結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)并采取可靠的保護(hù)措施，不僅關(guān)系到結(jié)構(gòu)自身的抗震性能，而且直接關(guān)系到人民生命和國家經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的安全，具有巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。隔震是國內(nèi)外研究和應(yīng)用最早的被動(dòng)控制方式，并且大量的試驗(yàn)研究、實(shí)際工程建設(shè)以及多次的強(qiáng)震考驗(yàn)證明了隔震能夠極大地減小土木工程結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)。一般隔震系統(tǒng)必須具備以下特性承載特性、隔震特性、復(fù)位特性、阻尼消能特性以及穩(wěn)定性和耐久性。 形狀記憶合金(Siape Memory Alloy, SMA)是一種重要的智能材料，具有抗疲勞性好、阻尼能力強(qiáng)、可恢復(fù)變形大及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。目前，采用SMA對結(jié)構(gòu)隔震的思想主要是將形狀記憶合金材料與常規(guī)隔震裝置復(fù)合在一起①利用形狀記憶合金的高阻尼特性來提高隔震支座的耗能能力；②利用形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)或超彈性效應(yīng)使得支座在震后能自動(dòng)或通過加熱(通電)復(fù)位；③利用形狀記憶合金的強(qiáng)度和彈性模量使得隔震支座的豎向抗拔能力得到提高，并且限制了支座在振動(dòng)時(shí)的最大位移。已經(jīng)開發(fā)的各類隔震裝置大多僅僅起到水平向的隔震作用，不能起到水平和豎向同時(shí)隔離的作用。然而，大量的實(shí)際震害表明，豎向地震對于土木工程結(jié)構(gòu)的破壞是不容忽視的。因此，非常有必要開發(fā)能夠同時(shí)隔離水平和豎向地震作用的隔震裝置。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是開發(fā)一種阻尼能力強(qiáng)、可恢復(fù)變形大、性能可靠、耐久性好、施工方便的形狀記憶合金自復(fù)位多維隔震支座，該支座能夠同時(shí)隔離水平向和豎向地震，具有震后自復(fù)位的能力，同時(shí)還能具有耗散振動(dòng)能量、保護(hù)隔震裝置在外部激勵(lì)下不被拉壞以及震后自復(fù)位的能力。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種形狀記憶合金自復(fù)位多維隔震支座，該隔震支座包括支座上鋼板、與支座上鋼板相對設(shè)置的支座下鋼板、與支座上鋼板下表面連接的支座核心筒、與支座下鋼板上表面連接的支座外筒，其中支座核心筒位于支座外筒內(nèi)，該隔震支座還包括位于支座外筒內(nèi)的支撐形狀記憶合金棒和平衡形狀記憶合金棒；其中，支撐形狀記憶合金棒的兩端分別與支座外筒和支座核心筒鉸接，平衡形狀記憶合金棒的兩端分別與支座外筒和支座核心筒鉸接。優(yōu)選的，該隔震支座還包括內(nèi)萬向鉸連接和外萬向鉸連接，其中，支撐形狀記憶合金棒的兩端分別通過內(nèi)萬向鉸連接和外萬向鉸連接與支座外筒和支座核心筒鉸接，平衡形狀記憶合金棒的兩端分別通過括內(nèi)萬向鉸連接和外萬向鉸連接與支座外筒和支座核心筒鉸接。優(yōu)選的，支撐形狀記憶合金棒和平衡形狀記憶合金棒所用材料是形狀記憶合金棒材或索材。優(yōu)選的，支撐形狀記憶合金棒的截面積大于平衡形狀記憶合金棒的截面積。有益效果本發(fā)明的形狀記憶合金自復(fù)位多維隔震支座具有構(gòu)造簡單、隔震耗能效果好、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。由于主材選取形狀記憶合金材料，該支座的抗疲勞性好、阻尼能力強(qiáng)、可恢復(fù)變形大及性能穩(wěn)定。它能夠隔離水平任意方向的地震作用，表現(xiàn)出水平各向同性；而且，在承載上部結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還具有豎向隔震的作用，能夠控制上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的提離力，有效解決了隔震中多維隔震的問題；在風(fēng)荷載作用時(shí)，具有一定的初始剛度，不致發(fā)生過大的變形；同時(shí)，它具有阻尼耗能、限制結(jié)構(gòu)滑移量的能力，能夠按預(yù)先設(shè)計(jì)使隔震裝置在遭遇地震設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)有足夠的變形能力和自復(fù)位功能?？蓮V泛應(yīng)用于各類土木工程結(jié)構(gòu)。


圖1是本發(fā)明的立面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的萬向鉸節(jié)點(diǎn)示意圖；以上圖中有支座上鋼板1 ；支座下鋼板2 ；支座核心筒3 ；支座外筒4 ；支撐形狀記憶合金棒5 ；平衡形狀記憶合金棒6 ；內(nèi)萬向鉸連接7 ；外萬向鉸連接8 ；上部結(jié)構(gòu)9 ；下部結(jié)構(gòu)10 ；上部連接螺栓11 ；預(yù)埋螺栓12 ；調(diào)節(jié)螺母81 ；調(diào)節(jié)螺桿82。
具體實(shí)施例方式參見圖1-3，形狀記憶合金自復(fù)位多維隔震支座是一種用于土木工程領(lǐng)域的多維隔(減)震裝置。該支座主要由支座上鋼板1、支座下鋼板2、支座核心筒3、支座外筒4、支撐形狀記憶合金棒(索)5、平衡形狀記憶合金棒(索)6及一些連接部件等組成。支座上鋼板與支座核心筒焊接，支座下鋼板與支座外筒焊接，支座核心筒底距支座下鋼板頂留有一定的距離，支撐形狀記憶合金棒5與支座核心筒3和支座外筒4鉸接。支座內(nèi)所有支撐形狀記憶合金棒(索)5始終處于拉伸狀態(tài)，其長度、與水平向夾角和初始狀態(tài)均相同，支撐形狀記憶合金棒(索)5截面積大于平衡形狀記憶合金棒(索)6，能夠承載上部結(jié)構(gòu)。支座核心筒與支座外筒的相對運(yùn)動(dòng)使得形狀記憶合金棒拉伸和收縮，完成隔震和耗能的功能。本發(fā)明具有構(gòu)造簡單、隔震耗能效果好、耐久性好的優(yōu)點(diǎn)，它能夠在隔離水平向和豎向激勵(lì)的同時(shí)耗散振動(dòng)能量，震后能夠自動(dòng)回復(fù)到震前狀態(tài)，在大的外部激勵(lì)下不被拉壞，震后能夠自動(dòng)回復(fù)到震前狀態(tài)。它可廣泛應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)的隔震上。本發(fā)明提供的一種形狀記憶合金自復(fù)位多維隔震支座包括支座上鋼板1、與支座上鋼板1相對設(shè)置的支座下鋼板2、與支座上鋼板1下表面連接的支座核心筒3、與支座下鋼板2上表面連接的支座外筒4，其中支座核心筒3位于支座外筒4內(nèi)。該隔震支座還包括位于支座外筒4內(nèi)的支撐形狀記憶合金棒5和平衡形狀記憶合金棒6 ；其中，支撐形狀記憶合金棒5的兩端分別與支座外筒4和支座核心筒3鉸接，平衡形狀記憶合金棒6的兩端分別與支座外筒4和支座核心筒3鉸接。該隔震支座還包括內(nèi)萬向鉸連接7和外萬向鉸連接8，其中，支撐形狀記憶合金棒 5的兩端分別通過內(nèi)萬向鉸連接7和外萬向鉸連接8與支座外筒4和支座核心筒3鉸接，平衡形狀記憶合金棒6的兩端分別通過括內(nèi)萬向鉸連接7和外萬向鉸連接8與支座外筒4和支座核心筒3鉸接。支撐形狀記憶合金棒5和平衡形狀記憶合金棒6所用材料是形狀記憶合金棒材或索材。支撐形狀記憶合金棒5的截面積大于平衡形狀記憶合金棒6的截面積。具體而言，本發(fā)明的形狀記憶合金自復(fù)位多維隔震支座主要由支座上鋼板1 ； 支座下鋼板2 ；支座核心筒3 ；支座外筒4 ；支撐形狀記憶合金棒5 ；平衡形狀記憶合金棒 (索)6 ；內(nèi)萬向鉸連接7 ；外萬向鉸連接8 ；上部結(jié)構(gòu)9 ；下部結(jié)構(gòu)10 ；上部連接螺栓11 ；預(yù)埋螺栓12 ；調(diào)節(jié)螺母81 ；調(diào)節(jié)螺桿82組成。隔震支座為軸對稱結(jié)構(gòu)，支座核心筒3與支座外筒4同軸。支座上鋼板1擱置在支座核心筒3上并通過焊接與之固接，支座外筒4擱置在支座下鋼板2上并通過焊接與之固接；支撐形狀記憶合金棒(索)5和平衡形狀記憶合金棒(索)6通過內(nèi)萬向鉸連接7與支座核心筒3鉸接，通過外萬向鉸連接8與支座外筒4鉸接；支座上鋼板1通過上部螺栓11或焊接與上部結(jié)構(gòu)9連接，支座下鋼板2通過預(yù)埋螺栓 12或焊接與下部結(jié)構(gòu)10連接。具體實(shí)施步驟如下根據(jù)結(jié)構(gòu)隔震的要求，確定該支座各組成部件的材性、尺寸、 數(shù)量及支座核心筒3底距支座下鋼板2頂?shù)木嚯x。將支座核心筒3與支座上鋼板1焊接， 將支座外筒4與支座下鋼板2焊接。通過附加支架等方式使支座核心筒3與支座外筒4按設(shè)計(jì)初始位置固定。用內(nèi)萬向鉸連接7將形狀記憶合金棒(索)5和6連接到支座核心筒 3，用外萬向鉸連接8將支撐形狀記憶合金棒(索)5和平衡形狀記憶合金棒(索)6連接到支座外筒4，調(diào)節(jié)外萬向鉸連接8上的調(diào)節(jié)螺母81和調(diào)節(jié)螺桿82使支撐形狀記憶合金棒 (索)5和平衡形狀記憶合金棒(索)6到達(dá)設(shè)計(jì)初始狀態(tài)并固定。支座下鋼板2通過預(yù)埋螺栓12與下部結(jié)構(gòu)10固接，支座上鋼板1將通過連接螺栓11與上部結(jié)構(gòu)9通過連接螺栓 11與支座上鋼板1固接。結(jié)構(gòu)豎向荷載傳遞至支座后，卸除附加支架。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形狀記憶合金自復(fù)位多維隔震支座，其特征在于該隔震支座包括支座上鋼板 (1)、與支座上鋼板(1)相對設(shè)置的支座下鋼板(2)、與支座上鋼板(1)下表面連接的支座核心筒(3)、與支座下鋼板(2)上表面連接的支座外筒G)，其中支座核心筒⑶位于支座外筒⑷內(nèi)，該隔震支座還包括位于支座外筒(4)內(nèi)的支撐形狀記憶合金棒( 和平衡形狀記憶合金棒(6)；其中，支撐形狀記憶合金棒(5)的兩端分別與支座外筒⑷和支座核心筒(3)鉸接，平衡形狀記憶合金棒(6)的兩端分別與支座外筒(4)和支座核心筒(；3)鉸接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形狀記憶合金自復(fù)位多維隔震支座，其特征在于該隔震支座還包括內(nèi)萬向鉸連接(7)和外萬向鉸連接(8)，其中，支撐形狀記憶合金棒(5)的兩端分別通過內(nèi)萬向鉸連接(7)和外萬向鉸連接(8)與支座外筒(4)和支座核心筒C3)鉸接，平衡形狀記憶合金棒(6)的兩端分別通過括內(nèi)萬向鉸連接(7)和外萬向鉸連接(8)與支座外筒(4)和支座核心筒(3)鉸接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形狀記憶合金自復(fù)位多維隔震支座，其特征在于支撐形狀記憶合金棒( 和平衡形狀記憶合金棒(6)所用材料是形狀記憶合金棒材或索材。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形狀記憶合金自復(fù)位多維隔震支座，其特征在于支撐形狀記憶合金棒(5)的截面積大于平衡形狀記憶合金棒(6)的截面積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種形狀記憶合金自復(fù)位多維隔震支座，其特征在于該隔震支座包括支座上鋼板(1)、與支座上鋼板(1)相對設(shè)置的支座下鋼板(2)、與支座上鋼板(1)下表面連接的支座核心筒(3)、與支座下鋼板(2)上表面連接的支座外筒(4)，其中支座核心筒(3)位于支座外筒(4)內(nèi)，該隔震支座還包括位于支座外筒(4)內(nèi)的支撐形狀記憶合金棒(5)和平衡形狀記憶合金棒(6)；其中，支撐形狀記憶合金棒(5)的兩端分別與支座外筒(4)和支座核心筒(3)鉸接，平衡形狀記憶合金棒(6)的兩端分別與支座外筒(4)和支座核心筒(3)鉸接。本發(fā)明具有構(gòu)造簡單、隔震耗能效果好、耐久性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號E04B1/36GK102296702SQ201110130789
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者丁幼亮, 宋永生, 李愛群, 陳鑫 申請人:東南大學(xué)