本發(fā)明涉及古建筑木結(jié)構(gòu)及現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)減震控制、防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域，具體來說就是一種圓盤形狀記憶合金阻尼器，符合傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)古建筑及現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)抗震減災(zāi)需求。

背景技術(shù)：

中國古建筑木結(jié)構(gòu)歷史悠久，遍布全國各地，蘊(yùn)含著寶貴的傳統(tǒng)營造技藝和建筑文化。現(xiàn)存的古建筑有北京故宮、山西應(yīng)縣木塔、承德避暑山莊、薊縣獨(dú)樂寺等。古建筑木結(jié)構(gòu)梁柱連接方式主要為榫卯連接，即梁端做成榫頭形式，柱端做成卯口形式。榫卯連接具有剛?cè)岵?jì)的作用，為典型的半剛性連接。在諸如地震、風(fēng)荷載作用下，榫卯節(jié)點(diǎn)發(fā)生擠壓變形，榫頭松動甚至拔出，其受彎、剪、扭等基本承載能力減弱?，F(xiàn)代木結(jié)構(gòu)連接方式大多采用鋼連接件連接或部分采用榫卯節(jié)點(diǎn)連接，但連接較弱，其抗彎剛度較小，屬于半剛性連接。上述木結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方式造成了木構(gòu)架整體抗側(cè)剛度不足，在地震、橫風(fēng)等動力荷載作用下，整體結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生較強(qiáng)的動力響應(yīng)和較大的層間側(cè)移，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞甚至倒塌。因此，對榫卯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固以降低木構(gòu)架的整體動力響應(yīng)和限制層間側(cè)移是木結(jié)構(gòu)修繕加固的重點(diǎn)。

現(xiàn)行常見的木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)加固方式有很多，比如L型鐵箍加固、U型扁鋼加固、節(jié)點(diǎn)處附加支撐加固、纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固等。但是，這些常用的加固方式在大幅度提高了節(jié)點(diǎn)剛度的同時(shí)，也大幅度地提高了結(jié)構(gòu)整體剛度，而且上述加固方式不具備耗能能力或者僅能提供較小的耗能能力。因此，地震作用下結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)大幅度提高，使結(jié)構(gòu)潛伏著巨大的安全隱患。此外，震后木構(gòu)架存在著較大的殘余變形，難以自動恢復(fù)到初始狀態(tài)，仍需要二次糾偏加固。

隨著科技的發(fā)展，阻尼器越來越廣泛地應(yīng)用在結(jié)構(gòu)的加固中。目前，開發(fā)應(yīng)用較多的是基于粘彈性材料、粘滯流體、軟鋼等材料的阻尼器，但該類材料制作的阻尼器仍然存在著許多缺點(diǎn)，如粘彈性材料的易老化，粘滯阻尼器的再維護(hù)成本高，軟鋼阻尼器的塑性殘余變形大等。此外，采用摩擦阻尼器進(jìn)行加固也是一種常見的類型，其具有良好可靠的耗能能力，且耗能性能受荷載大小、加載頻率和加載循環(huán)次數(shù)的影響較小，但摩擦阻尼器摩擦耗能后存在較大的殘余變形，不能自復(fù)位。因此，有必要開發(fā)一種新型的阻尼器，該阻尼器既要具有良好的耗能能力，又要具有變形后自動恢復(fù)到初始狀態(tài)的能力，如此便可以消除地震后更換阻尼器及二次加固帶來的巨額成本，并具有良好的工程應(yīng)用前景。

形狀記憶合金正是開發(fā)上述目標(biāo)阻尼器的理想材料，形狀記憶合金是一種具有多種特殊力學(xué)性能的新型功能材料，具有顯著的形狀記憶效應(yīng)、相變超彈性和高阻尼特性。較其他材料相比，形狀記憶合金的抗疲勞性能很好，變形可恢復(fù)應(yīng)變很大(6％～8％)。因此，基于形狀記憶合金制成的阻尼器，較其他類型的阻尼器相比，具有變形可自動回復(fù)的特點(diǎn)，又具有較高的阻尼耗能能力，是減輕建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下?lián)p傷，減小地震后修復(fù)結(jié)構(gòu)本身或修復(fù)、更換阻尼器費(fèi)用的有效方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明給出的是一種圓盤形狀記憶合金阻尼器，其目的是克服以上背景技術(shù)存在的缺陷與不足，采用節(jié)點(diǎn)加固的方法，限制層間側(cè)移，顯著提高結(jié)構(gòu)在地震作用下的耗能及自復(fù)位能力，從而解決因地震、風(fēng)振或者機(jī)械振動產(chǎn)生的動力響應(yīng)而導(dǎo)致的建筑物傾斜、倒塌等問題，并避免建筑物震后的二次糾偏加固。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

一種圓盤形狀記憶合金阻尼器，包括木柱和連接木柱的木梁，在木柱和木梁相連的轉(zhuǎn)角處連接有基座，基座內(nèi)設(shè)有能夠沿其轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動圓盤，基座通過豎向連接鋼板和木柱卡箍固定在木柱內(nèi)側(cè)；轉(zhuǎn)動圓盤通過L型固定鋼板連接其中心圓軸分別連接豎向連接鋼板和木梁，轉(zhuǎn)動圓盤通過剛性系桿連接其偏心圓軸與木梁底面連接，所述基座與轉(zhuǎn)動圓盤間的空隙處設(shè)有超彈性形狀記憶合金絲，通過剛性系桿的上下往復(fù)運(yùn)動帶動轉(zhuǎn)動圓盤的往復(fù)轉(zhuǎn)動，使得超彈性形狀記憶合金絲發(fā)生反復(fù)拉伸及復(fù)位，承受木柱和木梁的內(nèi)力。

進(jìn)一步，所述剛性系桿為沿轉(zhuǎn)動圓盤兩側(cè)對稱布置的雙臂桿，其一端與轉(zhuǎn)動圓盤右側(cè)偏心圓軸鉸接，另一端與固定在木梁底部的水平連接鋼板鉸接。

進(jìn)一步，所述水平連接鋼板通過木梁卡箍固定在木梁底面，通過水平連接鋼板使剛性系桿沿轉(zhuǎn)動圓盤豎直設(shè)置。

進(jìn)一步，所述豎向連接鋼板通過木柱卡箍固定在木柱內(nèi)側(cè)，一側(cè)與基座焊接固定，上端與木柱和木梁相連的對角節(jié)點(diǎn)之間的間隙為10～30mm。

進(jìn)一步，所述基座與豎向連接鋼板焊接一側(cè)開有供木柱卡箍通過的方形通孔。

進(jìn)一步，所述基座為在頂邊削去一角的五邊形開孔板，頂邊為傾斜邊，開孔半徑為R，轉(zhuǎn)動圓盤通過基座中的中心圓軸連接在開孔中。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)動圓盤半徑小于基座通孔半徑50～100mm。

進(jìn)一步，所述基座孔壁上均布至少2個(gè)基座夾具，轉(zhuǎn)動圓盤圓周面上均布與基座孔壁上同等數(shù)量的圓盤夾具，超彈性形狀記憶合金絲通過交替設(shè)置的基座夾具和圓盤夾具固定在基座和轉(zhuǎn)動圓盤上。

進(jìn)一步，所述超彈性形狀記憶合金絲位于基座孔壁與轉(zhuǎn)動圓盤外側(cè)圓周面之間，并且等距依次穿過基座孔壁和轉(zhuǎn)動圓盤圓周面上的夾具，形成閉合線圈。

進(jìn)一步，所述木柱卡箍和木梁卡箍均由一個(gè)框型板連接一個(gè)矩形板構(gòu)成，連接端通過螺栓連接或卡槽形式連接，即在框型板的端部設(shè)凸起狀的銷釘，矩形板對應(yīng)端設(shè)有卡槽進(jìn)行對接。

本發(fā)明的效果和優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明利用形狀記憶合金的自復(fù)位、變形后無殘余等特點(diǎn)，加固后的木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)，其抗剪承載能力、抗彎承載能力明顯提高，耗能能力也顯著提高，震后可恢復(fù)，無殘余變形。節(jié)點(diǎn)加固后的抗震性能提高，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)抗震性能得到優(yōu)化。

本發(fā)明具有良好的耐久性、抗腐蝕性能和抗疲勞性能。

采用卡箍將阻尼器與木結(jié)構(gòu)連接，不使用木釘或木螺絲，對原有結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生任何損壞，達(dá)到了修舊如舊及保持結(jié)構(gòu)原狀的修繕加固原則。

附圖說明

圖1為圓盤形狀記憶合金阻尼器示意圖；

圖2為圓盤形狀記憶合金阻尼器后視圖；

圖3為圓盤形狀記憶合金阻尼核心部件裝置示意圖；

圖4(a)-(b)分別為基座及其附屬部分的正視圖圖4(a)A-A剖視圖；

圖5(a)-(b)分別為轉(zhuǎn)動圓盤及其附屬件正視圖和圖5(a)B-B剖視圖；

圖6(a)-(b)分別為剛性系桿的正視圖和圖6(a)C-C剖視圖；

圖7(a)-(c)分別為卡箍的正視圖、左視圖和俯視圖。

圖中：1、木柱；2、木梁；3、基座；4、轉(zhuǎn)動圓盤；5、剛性系桿；6、豎向連接鋼板；7、水平連接鋼板；8、木柱卡箍；9、木梁卡箍；10、基座夾具；11、圓盤夾具；12、超彈性形狀記憶合金絲；13、L型固定鋼板；14、中心圓軸；15、偏心圓軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不作為對發(fā)明做任何限制的依據(jù)。

如圖1、圖2所示，一種圓盤形狀記憶合金阻尼器，包括木柱1和連接木柱1的木梁2，在木柱1和木梁2相連的轉(zhuǎn)角處連接有基座3，基座3內(nèi)設(shè)有能夠沿其轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動圓盤4，基座3通過豎向連接鋼板6和木柱卡箍8固定在木柱1內(nèi)側(cè)；轉(zhuǎn)動圓盤4通過L型固定鋼板13連接其中心圓軸14分別與豎向連接鋼板6和木梁2連接，轉(zhuǎn)動圓盤4通過剛性系桿5連接其偏心圓軸15與木梁2底面連接；基座3與轉(zhuǎn)動圓盤4間的空隙處設(shè)有超彈性形狀記憶合金絲12，通過剛性系桿5的上下往復(fù)運(yùn)動帶動轉(zhuǎn)動圓盤4的往復(fù)轉(zhuǎn)動，使得超彈性形狀記憶合金絲12反復(fù)拉伸及復(fù)位，承受木柱1和木梁2的內(nèi)力。

其中，剛性系桿5為沿轉(zhuǎn)動圓盤兩側(cè)對稱布置的雙臂桿，其一端與轉(zhuǎn)動圓盤的偏心圓軸15鉸接，另一端與固定在木梁2底部的水平連接鋼板7鉸接。水平連接鋼板7通過木梁卡箍9固定在木梁2底面，其位置通過使剛性系桿5保持豎直來確定，通過水平連接鋼板7使剛性系桿5沿轉(zhuǎn)動圓盤4豎直設(shè)置。

豎向連接鋼板6通過木柱卡箍8固定在木柱1內(nèi)側(cè)，其一側(cè)與基座3焊接固定，上端與木柱1和木梁2相連的對角節(jié)點(diǎn)之間的間隙為10～30mm。

如圖3、圖4(a)-(b)所示，基座3與豎向連接鋼板6焊接一側(cè)開有供木柱卡箍8通過的方形通孔?；?為在頂邊削去一角的五邊形開孔板，頂邊為傾斜邊，基座3頂邊從左到右傾斜，使得與木梁2底部留有一段距離，目的是保證木梁2可以發(fā)生微轉(zhuǎn)動?；?開孔半徑為R，轉(zhuǎn)動圓盤4通孔圓心軸處有一半徑為r的中心圓軸14，r約為R的八分之一。中心圓軸14兩端通過螺栓與L型固定鋼板13固定。L型固定鋼板13呈前后對稱布置，一端與基座3焊接固定，另一端與圓軸14通過螺栓固定。如圖5(a)-(b)所示，轉(zhuǎn)動圓盤4中間開通孔，通孔半徑比轉(zhuǎn)動圓盤4中心圓軸14半徑略大，轉(zhuǎn)動圓盤4半徑小于基座3開孔半徑50～100mm。

基座3孔壁上均布至少2個(gè)基座夾具10(本發(fā)明以3個(gè)為例)，轉(zhuǎn)動圓盤4圓周面上均布有與基座3孔壁上同等數(shù)量的圓盤夾具11，固定超彈性形狀記憶合金絲12通過交替設(shè)置的基座夾具10和圓盤夾具11固定在基座和轉(zhuǎn)動圓盤上。

如圖3所示，超彈性形狀記憶合金絲12位于基座3孔壁與轉(zhuǎn)動圓盤4外側(cè)圓周面之間，并且等距依次穿過基座3孔壁和轉(zhuǎn)動圓盤4圓周面上的夾具，形成閉合線圈。

如圖6(a)-(b)所示，剛性系桿兩端部設(shè)有螺釘孔。

如圖7(a)-(c)所示，木柱卡箍8和木梁卡箍9均由一個(gè)框型板連接一個(gè)矩形板構(gòu)成，連接端通過螺栓連接或卡槽形式連接，即在框型板的端部設(shè)凸起狀的銷釘，矩形板對應(yīng)端設(shè)有卡槽進(jìn)行對接。

分別在小震和大震作用下，對木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工程分析，根據(jù)所要到達(dá)的性能要求確定阻尼器的尺寸和參數(shù)。

采用本發(fā)明阻尼器，小震時(shí)，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動很小，加固后的節(jié)點(diǎn)剛度增大，由形狀記憶合金直接承受內(nèi)力；大震時(shí)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生較大轉(zhuǎn)動，帶動剛性系桿上下移動，從而帶動轉(zhuǎn)動圓盤繞基座中心的固定圓軸往復(fù)轉(zhuǎn)動，此時(shí)，形狀記憶合金發(fā)生反復(fù)拉伸及復(fù)位，耗散大量地震能量，阻尼器開始發(fā)揮耗能作用。

本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，在本發(fā)明公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要?jiǎng)?chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。