本實(shí)用新型涉及古建筑木結(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，具體來說就是一種形狀記憶合金彈簧阻尼器，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(guó)古建筑木結(jié)構(gòu)歷史悠久，遍布全國(guó)各地，蘊(yùn)含著寶貴的傳統(tǒng)營(yíng)造技藝和建筑文化?，F(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?，F(xiàn)代木結(jié)構(gòu)在建造過程中，主要依賴古建筑木結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)，其梁柱連接方式并未發(fā)生根本性的改變。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(dòng)甚至拔出，其受彎、剪、扭等基本承載能力減弱。這種榫卯節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方式造成了木構(gòu)架抗側(cè)剛度不足，在地震、橫風(fēng)等動(dòng)力荷載作用下，整體結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生較強(qiáng)的動(dòng)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(duì)榫卯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固以降低木構(gòu)架的整體動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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，本實(shí)用新型的目的在于提供一種形狀記憶合金彈簧阻尼器，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(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)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。

本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

形狀記憶合金彈簧阻尼器，包括木柱和連接木柱的木梁，在木柱和木梁相連的轉(zhuǎn)角上連接有剛性系桿，剛性系桿一端通過木柱卡箍機(jī)構(gòu)鉸接在木柱內(nèi)側(cè)，另一端通過可滑動(dòng)支座連接在木梁底部的彈簧基座上，形狀記憶合金彈簧套在彈簧基座的滑動(dòng)圓軸上，剛性系桿帶動(dòng)可滑動(dòng)支座的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得形狀記憶合金彈簧發(fā)生拉伸或壓縮，承受木柱和木梁之間的內(nèi)力。

進(jìn)一步，所述木柱卡箍機(jī)構(gòu)包括木柱卡箍，木柱卡箍固定在木柱周壁上，在木柱內(nèi)側(cè)的木柱卡箍上設(shè)有豎向連接鋼板，鉸支座通過焊接固定在豎向連接鋼板上，剛性系桿下端連接在鉸支座上。

進(jìn)一步，所述彈簧基座連接在木梁卡箍上，木梁卡箍固定在木梁周壁上，彈簧基座為框型板結(jié)構(gòu)，其底部框板與木梁底面緊貼，可滑動(dòng)支座連接在彈簧基座上。

進(jìn)一步，在所述彈簧基座上設(shè)有一對(duì)平行分布的滑動(dòng)圓軸，兩個(gè)滑動(dòng)圓軸上分別套有一對(duì)相互通過圓軸連接的可滑動(dòng)圓環(huán)構(gòu)成的可滑動(dòng)支座，在可滑動(dòng)圓環(huán)的兩端分別連接有形狀記憶合金彈簧；剛性系桿上端與可滑動(dòng)圓環(huán)的圓軸鉸接。

進(jìn)一步，連接在可滑動(dòng)圓環(huán)兩端的形狀記憶合金彈簧共有四段，均勻布置在滑動(dòng)圓軸上，其一端與彈簧基座端部的鋼板連接，另一端與滑動(dòng)圓環(huán)連接。

進(jìn)一步，所述剛性系桿兩端分別設(shè)有雙連接環(huán)，剛性系桿一端的雙連接環(huán)夾持鉸支座上的鉸環(huán)，另一端連接在可滑動(dòng)支座上的兩個(gè)可滑動(dòng)圓環(huán)之間的圓軸上。

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。

本實(shí)用新型的效果和優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型通過加固后的節(jié)點(diǎn)剛度增大，由形狀記憶合金彈簧直接承受內(nèi)力；能夠耗散大量地震能量，阻尼器發(fā)揮耗能作用。利用形狀記憶合金彈簧的自復(fù)位，變形后無殘余特點(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，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。

本實(shí)用新型具有良好的耐久性，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(duì)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為形狀記憶合金彈簧阻尼器示意圖；

圖2分別為基座及其附屬部分示意圖；

圖3(a)為基座的示意圖；圖3(b)為可滑動(dòng)支座的示意圖；

圖4(a)和圖4(b)分別為剛性系桿正視圖和左視圖；

圖5(a)、圖5(b)和圖5(c)分別為鉸支座正視圖、右視圖和俯視圖；

圖6(a)、圖6(b)和圖6(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、彈簧基座；4、形狀記憶合金彈簧；5、可滑動(dòng)支座；6、剛性系桿；7、鉸支座；8、木柱卡箍；9、木梁卡箍；10、豎向連接鋼板；11、滑動(dòng)圓軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不作為對(duì)實(shí)用新型做任何限制的依據(jù)。

如圖1所示，本實(shí)用新型形狀記憶合金彈簧阻尼器，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)角上連接有剛性系桿6，剛性系桿6一端通過木柱卡箍機(jī)構(gòu)鉸接在木柱1內(nèi)側(cè)，另一端通過可滑動(dòng)支座5連接在木梁2底部的彈簧基座3上，形狀記憶合金彈簧4套在彈簧基座3的滑動(dòng)圓軸11上，剛性系桿6帶動(dòng)可滑動(dòng)支座5的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得形狀記憶合金彈簧4發(fā)生拉伸或壓縮，承受木柱1和木梁2之間的內(nèi)力。

其中，木柱卡箍機(jī)構(gòu)包括木柱卡箍8，木柱卡箍8固定在木柱1周壁上，在木柱1內(nèi)側(cè)的木柱卡箍8上設(shè)有豎向連接鋼板10，鉸支座7通過焊接固定在豎向連接鋼板10上，剛性系桿6下端連接在鉸支座7上。

彈簧基座3連接在木梁卡箍9上，木梁卡箍9固定在木梁2周壁上，彈簧基座3為框型板結(jié)構(gòu)，其底部框板與木梁2底面緊貼，可滑動(dòng)支座5連接在彈簧基座3上。在木梁2底彈簧基座3上連接有一對(duì)平行分布的滑動(dòng)圓軸11，見圖2，圖3(a)、圖3(b)所示，兩個(gè)圓軸中間分別套有一對(duì)相互通過滑動(dòng)圓軸11連接的可滑動(dòng)圓環(huán)，兩個(gè)圓環(huán)通過圓軸固定連接在一起，滑動(dòng)圓軸中間的圓環(huán)及其圓環(huán)間的固定圓軸共同組成可滑動(dòng)支座5；在可滑動(dòng)圓環(huán)的兩端分別連接有形狀記憶合金彈簧4，形狀記憶合金彈簧4共有四段，均勻布置在滑動(dòng)圓軸上，即圓環(huán)每側(cè)各有一段形狀記憶合金彈簧4，形狀記憶合金彈簧4一端與彈簧基座3端部的鋼板連接，另一端與滑動(dòng)圓環(huán)連接；剛性系桿6下端與焊接固定在豎向連接鋼板10上的鉸支座7連接，上端與可滑動(dòng)支座5中間的可滑動(dòng)圓環(huán)的圓軸鉸接。

圖4(a)、圖4(b)分別給出了剛性系桿正視圖和左視圖，圖5(a)、圖5(b)和圖5(c)分別給出了鉸支座正視圖、右視圖和俯視圖。剛性系桿6兩端分別設(shè)有雙連接環(huán)，剛性系桿6一端的雙連接環(huán)夾持鉸支座7上的鉸環(huán)，另一端連接在彈簧基座3上的兩個(gè)可滑動(dòng)圓環(huán)之間的圓軸上。

圖6(a)、圖6(b)和圖6(c)分別為卡箍的正視圖、左視圖和俯視圖。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(duì)應(yīng)端設(shè)有卡槽進(jìn)行對(duì)接。

小震時(shí)，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)很小，加固后的節(jié)點(diǎn)剛度增大，由形狀記憶合金彈簧直接承受內(nèi)力；大震時(shí)，節(jié)點(diǎn)往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)形狀記憶合金彈簧發(fā)生反復(fù)拉伸或壓縮，耗散大量地震能量，阻尼器開始發(fā)揮耗能作用。利用形狀記憶合金彈簧的自復(fù)位，變形后無殘余特點(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，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。

本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施例，在本實(shí)用新型公開的技術(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(dòng)就可以對(duì)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實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。