一種形狀記憶合金絞線自復(fù)位摩擦防屈曲支撐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程抗震技術(shù)領(lǐng)域，是一種應(yīng)用于建筑工程建設(shè)領(lǐng)域中的耗能減震構(gòu)件，自復(fù)位摩擦防屈曲支撐具有良好的耗能能力和自復(fù)位能力。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，地震造成的社會和經(jīng)濟(jì)問題使得結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)受到越來越多的關(guān)注?？蚣苤误w系在一定程度上解決了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度問題，但是普通支撐在大震往復(fù)荷載作用下易造成自身和連接處的失效與破壞，同時支撐屈曲后耗能能力變差，難以有效耗散地震輸入能量。防屈曲支撐在受拉和受壓時都可屈服而不屈曲，因此克服了傳統(tǒng)支撐受壓時屈曲強(qiáng)度明顯低于受拉時的拉伸強(qiáng)度，并且滯回環(huán)面積過小的缺點(diǎn)。將屈曲約束支撐運(yùn)用到鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)中，在正常使用情況下，對于結(jié)構(gòu)以提供剛度為主，當(dāng)遭受強(qiáng)烈地震時，屈曲約束支撐進(jìn)入塑性變形階段，利用其屈服但不屈曲的特性，依靠鋼材的高屈服力及較大的塑性變形來給結(jié)構(gòu)耗能，但是，防屈曲支撐通過鋼材發(fā)生塑性變形來耗散地震能量，導(dǎo)致震后結(jié)構(gòu)留有較大殘余變形，增大了后期加固修復(fù)難度。強(qiáng)烈地震作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的過大側(cè)向變形及殘余變形正是結(jié)構(gòu)破壞倒塌的直接原因，對于即將倒塌或可能經(jīng)歷后續(xù)地震的結(jié)構(gòu)，殘余變形會對其產(chǎn)生嚴(yán)重影響，此外，當(dāng)殘余變形角大于0.5%時，結(jié)構(gòu)修復(fù)成本大于重建成本，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]2009年1月在NEES/E-defense美國地震工程第二階段合作研究計(jì)劃會議上，美日學(xué)者首次提出將“可修復(fù)功能城市”作為地震工程合作的大方向。2011年我國學(xué)者明確了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的新概念-可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)?？苫謴?fù)功能抗震結(jié)構(gòu)是指地震(設(shè)防或罕遇地震)后不需修復(fù)或在部分使用狀態(tài)下稍許修復(fù)即可恢復(fù)其使用功能的結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)體系易于建造和維護(hù)，全壽命成本效益高。為了解決支撐耗能和自復(fù)位的問題，國內(nèi)外學(xué)者對其展開了大量研究。目前，國內(nèi)外學(xué)者已研制的自復(fù)位支撐根據(jù)支撐自復(fù)位恢復(fù)力產(chǎn)生的原理主要分為兩類:耗能部分與自復(fù)位系統(tǒng)并聯(lián)連接；耗能部分與自復(fù)位系統(tǒng)串聯(lián)連接安裝。目前所研究的各種自復(fù)位支撐基本都能夠在耗能的同時實(shí)現(xiàn)自復(fù)位能力，但也有一些不足之處，例如耗能部分與自復(fù)位系統(tǒng)并聯(lián)的自復(fù)位支撐與傳統(tǒng)的支撐相比大多構(gòu)造較復(fù)雜，對加工工藝要求很高，而且較難找到合適的材料自恢復(fù)預(yù)應(yīng)力材料。因此，接下來的研究主要聚焦在構(gòu)造簡單，工作機(jī)理明確的自復(fù)位耗能支撐的研發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明的目的是為了解決防屈曲支撐在大震或中震作用下出現(xiàn)過量的殘余變形而加大的震后維護(hù)和重建成本以及耗能能力不足的問題而提出的一種形狀記憶合金絞線自復(fù)位摩擦防屈曲支撐。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的方案是:自復(fù)位摩擦防屈曲支撐主要由防屈曲支撐、摩擦裝置、自復(fù)位系統(tǒng)三部分來實(shí)現(xiàn)良好的耗能能力和自復(fù)位功能，其特征在于:該支撐由一字型鋼板內(nèi)芯、內(nèi)外鋼套管、摩擦板、高強(qiáng)度螺栓、形狀記憶合金絞線、左右端板、墊板以及錨具構(gòu)成。
[0006]所述的防屈曲支撐部分:一字型鋼板內(nèi)芯的兩端分別焊接在左右端板上，并且一字型鋼板內(nèi)芯的兩端焊接加勁肋以實(shí)現(xiàn)內(nèi)芯截面的平緩過渡從而避免應(yīng)力集中。一字型鋼板內(nèi)芯外還有左套管和右套管，左套管和右套管充當(dāng)外圍約束鋼管套，左套管和右套管截面為長方形，左套管的左端固定在左端板上，左套管的右端距離右端板有一定的空間，右套管的右端固定在左端板上，右套管的左端距離右端板有一定的空間；右套管和左套管一個套在另一個內(nèi)部，內(nèi)部的稱為內(nèi)套管，外部的稱為外套管，一字型鋼板內(nèi)芯位于內(nèi)套管的對角面位置；內(nèi)套管與一字型鋼板內(nèi)芯之間設(shè)有一定的空隙；內(nèi)套管和外套管之間也有一定的空隙；外套管每個側(cè)面設(shè)有長方形通孔；
[0007]所述的摩擦裝置部分:外套管每個側(cè)面長方形通孔內(nèi)壁處緊貼摩擦板，摩擦板向內(nèi)與內(nèi)套管的外壁焊接在一起；外套管每個側(cè)面長方形通孔的外壁處有(3)，高強(qiáng)度螺栓穿過(3)、外套管側(cè)面長方形通孔、摩擦板、內(nèi)套管，將外套管、摩擦板和內(nèi)套管緊密貼合在一起;
[0008]所述的自復(fù)位部分:自復(fù)位材料選用形狀記憶合金絞線，外套管每個側(cè)面，形狀記憶合金絞線穿過摩擦板傾斜的錨固于內(nèi)外套管相互嵌套重疊之間，每側(cè)形狀記憶合金絞線至少包括軸向鏡像對稱布置的兩對，這樣當(dāng)內(nèi)外鋼套管有相對位移時，總有一組形狀記憶合金絞線處于受拉狀態(tài)以保證自復(fù)位功能的實(shí)現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明外套管每個側(cè)面設(shè)置多個長方形通孔，設(shè)置多個高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行加固貼合；可以設(shè)置多組鏡像對稱布置的形狀記憶合金絞線。
[0010]摩擦板由橡膠和鋼板固定連接組成，鋼板部分焊接在內(nèi)套管外壁上，橡膠部分緊貼在外套管內(nèi)壁上，鋼板部分和橡膠部分均設(shè)有開孔和開槽來安裝高強(qiáng)度螺栓和錨固形狀記憶合金絞線。
[0011]在一字型鋼板外，一字型鋼板在內(nèi)套管中傾斜對角布置，內(nèi)鋼套管與一字型鋼板內(nèi)芯之間設(shè)有一定的空隙，從而保證內(nèi)芯可以自由變形耗能，同時能構(gòu)成防屈曲機(jī)構(gòu)防止內(nèi)芯單元發(fā)生局部屈曲。
[0012]摩擦板通過高強(qiáng)度螺栓固定在內(nèi)外鋼套管相互嵌套重疊部分之間，摩擦板的下端焊接在內(nèi)鋼套管外徑壁上，摩擦板的上端緊貼在外鋼套管的內(nèi)徑壁上，外鋼套管設(shè)有開槽，這樣當(dāng)內(nèi)外鋼套管間有相對位移時，通過摩擦板與外鋼套管相互滑動產(chǎn)生的摩擦力來耗能。利用形狀記憶合金絞線的超彈性對其進(jìn)行預(yù)拉，使其在預(yù)拉過程中不出現(xiàn)松弛狀態(tài)，通過控制形狀記憶合金絞線的預(yù)拉力來控制支撐的殘余位移，同時形狀記憶合金絞線的高阻尼特性也可以改善支撐的耗能能力。
[0013]本發(fā)明的工作機(jī)理是:自復(fù)位摩擦防屈曲支撐在地震作用下所承受的軸向力，一方面由防屈曲部分的內(nèi)芯來承擔(dān)，另一方面由摩擦部分的摩擦板來承擔(dān)。當(dāng)支撐所受的軸向力大于摩擦部分的靜摩擦力時，內(nèi)外鋼套管開始相對滑動，此時摩擦部分開始耗能起作用，由于形狀記憶合金絞線預(yù)拉力的存在，形狀記憶合金絞線會提供給摩擦板一定的預(yù)緊力，且該力隨著相對位移的增大而增大，此時摩擦力也越來越大。隨著相對位移的繼續(xù)增大，防屈曲部分的內(nèi)芯達(dá)到屈服承載力，防屈曲部分開始耗能起作用，此時自復(fù)位摩擦防屈曲支撐開始由內(nèi)芯的屈服和摩擦板的摩擦共同耗能。由于形狀記憶合金絞線僅有受拉承載力，將每側(cè)形狀記憶合金絞線成反對成傾斜布置后，無論自復(fù)位摩擦防屈曲支撐處于受拉還是受壓狀態(tài)，總有一組形狀記憶合金絞線處于受拉狀態(tài)，使其具有一定的自復(fù)位功能，減小內(nèi)芯的殘余變形，確保了支撐的自復(fù)位能力。形狀記憶合金絞線預(yù)拉力的存在加大了摩擦力，顯著改善了摩擦部分的耗能效果。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015]本發(fā)明的一種形狀記憶合金絞線自復(fù)位摩擦防屈曲支撐，在地震作用下減震效果明顯，且具有良好的自復(fù)位功能，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):
[0016]1、該支撐通過內(nèi)芯的屈服和摩擦板的摩擦來共同耗能，即在同一耗能減震器中，利用不同的耗能機(jī)理共同耗能，這是對耗能減震設(shè)計(jì)新思想的一種應(yīng)