本發(fā)明涉及一種隔震減震支座，特別是一種繩索式自復(fù)位形狀記憶合金隔震減震支座，屬于建筑結(jié)構(gòu)和機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
近年來(lái)，隔震減震支座廣泛地應(yīng)用于各種建筑、機(jī)械、航空航天、交通運(yùn)輸、體育器材等重要的標(biāo)志性結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中，對(duì)此類高性能支座所選用的材料、設(shè)計(jì)技術(shù)和制造工藝都非常關(guān)鍵。針對(duì)隔震減震支座，國(guó)內(nèi)外采用的形式可分為兩大類：橡膠支座和滑移隔震支座。其中，天然夾層橡膠支座具有較大的豎向剛度，承受建筑物的重量時(shí)豎向變形小，豎向的隔震減震效果很差，而水平剛度較小，且線性性能好，由于天然夾層橡膠支座的阻尼很小，不具備足夠的耗能能力，所以在結(jié)構(gòu)使用中一般同其它阻尼器或耗能設(shè)備聯(lián)合使用。而發(fā)展前景較好的鉛芯隔震橡膠支座盡管具有較理想的豎向剛度，且本身具有一定消耗地震能量的能力，但其安全性、耐久性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性有待提高，特別是震后結(jié)構(gòu)復(fù)位能力卻很差；滑移隔震支座通過(guò)相對(duì)滑移運(yùn)動(dòng)和摩擦耗能而有效限制地震能量向上部傳遞和向下部反饋，該方法受力可靠，施工難度不大，并可考慮鋼件的防銹、損壞更換問(wèn)題，但其最大的不足是需額外配置復(fù)位機(jī)構(gòu)裝置，否則震后結(jié)構(gòu)無(wú)法復(fù)位。由以上可知，作為隔震減震支座的重要參數(shù)，其阻尼耗能特性和可恢復(fù)變形能力的強(qiáng)弱問(wèn)題，一直是工程結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域中的難點(diǎn)，同時(shí)工程上現(xiàn)有的一些支座在應(yīng)用中體現(xiàn)出一些局限性：例如老化和耐久性的問(wèn)題、長(zhǎng)期工作的可靠性、在強(qiáng)地震后的更新和替換問(wèn)題以及在強(qiáng)地震后無(wú)法恢復(fù)等等，因此，鉛芯隔震橡膠支座或用新材料加固后支座、天然夾層隔震橡膠支座、簡(jiǎn)單的普通金屬支座和滑移支座等傳統(tǒng)的隔震減震方法都難以實(shí)現(xiàn)多向智能自復(fù)位隔震減震的控制。2007年7月11日公告的中國(guó)專利“混合型形狀記憶合金阻尼器”（專利號(hào)：ZL200620200532.0，公告號(hào)：CN2921137Y），2008年2月27日公告的中國(guó)專利“自復(fù)位超彈性形狀記憶合金阻尼器’（專利號(hào)：ZL200720011605.6，公告號(hào)：CN201027352Y），2008年4月23日公告的中國(guó)專利“多維超彈性形狀記憶合金阻尼器”（專利號(hào)：ZL200720011607.5，公告號(hào)：CN201050121Y），2010年2月24日公開(kāi)的中國(guó)專利“形狀記憶合金自復(fù)位形變耗能阻尼器”（專利號(hào)：ZL200910011327.8，公開(kāi)號(hào)：CN101654935AY），以及2012年6月20日公開(kāi)的中國(guó)專利“多向六圓臺(tái)筒形狀記憶合金阻尼器”（申請(qǐng)?zhí)枺?01110318312.3，公開(kāi)號(hào)：CN102505768A）等阻尼器所采用的新材料都是形狀記憶合金，目前，為了避免這類支座應(yīng)用中的局限性，解決的方法之一就是尋找新材料進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，在2010年4月14日公布的中國(guó)專利“一種用于制作工程結(jié)構(gòu)減振裝置的鎳鈦基形狀記憶合金”(專利號(hào)：ZL200910036260，公告號(hào)：CN101693964中，技術(shù)方案中所采用新材料就是鎳鈦基形狀記憶合金，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗震效果顯著，但是適用范圍較窄，且造價(jià)過(guò)高；在2013年3月20日公告的中國(guó)專利“用于大跨度空間結(jié)構(gòu)（網(wǎng)架）的智能隔震減震鎳鈦合金支座”(專利號(hào)：ZL201210562576，公告號(hào)：CN102979181)，該裝置所采用材料也是鎳鈦基形狀記憶合金，單只有豎直方向的自復(fù)位能力，從而無(wú)法做到多向的隔震減震，且用途較為單一，沒(méi)有廣泛的市場(chǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種繩索式自復(fù)位形狀記憶合金隔震減震支座，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在具有豎向方向的自復(fù)位能力的同時(shí)，具備了橫向方向的自復(fù)位能力，且兩者合理的結(jié)合，提高支座多向隔震減震的消能穩(wěn)定性的同時(shí)，做到了多向的隔震減震；且用途廣泛，既可以單獨(dú)作為抗拉壓阻尼器使用，又可以單獨(dú)作為抗剪阻尼器使用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種繩索式自復(fù)位形狀記憶合金隔震減震支座，包括豎向抗震缸筒、豎向抗震活塞和普通偏置彈簧，豎向抗震缸筒頂部開(kāi)有圓形通孔，底部焊接有安裝法蘭，豎向抗震活塞和普通偏置彈簧設(shè)置在豎向抗震缸筒中；在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)中增加了橫向抗震缸筒、橫向抗震滑道、連接桿、橫向抗震合金絲繩、豎向抗震合金絲繩和固定立柱；其中，橫向抗震滑道為杯蓋狀，中心位置安裝有固定立柱，固定立柱上方焊接有圓形擋板，橫向抗震缸筒套在固定立柱外側(cè)，，橫向抗震缸筒上方焊接有連接法蘭，連接法蘭內(nèi)徑小于圓形擋板的直徑，同時(shí)，橫向抗震缸筒與固定立柱通過(guò)多根橫向抗震合金絲繩連接，橫向抗震合金絲繩沿固定立柱外徑圓周均勻布置，每根橫向抗震合金絲繩的一端通過(guò)活動(dòng)夾頭固定在固定立柱上，另一端通過(guò)固定夾頭連接在缸筒的內(nèi)筒壁處；連接桿焊接在橫向抗震滑道底部，并穿過(guò)豎向抗震缸筒上開(kāi)的圓孔與豎向抗震活塞連接，豎向抗震活塞上下兩側(cè)分別通過(guò)兩組豎向抗震合金絲繩與豎向抗震缸筒的上下兩缸蓋相連，豎向抗震合金絲繩設(shè)置多根，沿著豎向抗震缸筒內(nèi)壁圓周均布，每一根豎向抗震合金絲繩的一端通過(guò)活動(dòng)夾頭固定在豎向抗震活塞的一側(cè)，另一端用固定夾頭連接在缸筒缸蓋的一側(cè)；普通偏置彈簧一端設(shè)置在豎向抗震活塞下端，另一端設(shè)置在豎向抗震缸筒內(nèi)部底面。進(jìn)一步，橫向抗震合金絲繩設(shè)置三根，沿固定立柱外徑圓周均勻布置。進(jìn)一步，橫向抗震合金絲繩設(shè)置五根，沿固定立柱外徑圓周均勻布置。進(jìn)一步，橫向抗震合金絲繩設(shè)置四根，沿固定立柱外徑圓周均勻布置。進(jìn)一步，橫向抗震合金絲繩設(shè)置六根，沿固定立柱外徑圓周均勻布置。進(jìn)一步，豎向抗震缸筒內(nèi)壁、對(duì)應(yīng)豎向抗震活塞安裝位置處沿圓周處均勻布置多個(gè)凸起的定向光滑滑道。進(jìn)一步，還包括萬(wàn)向滑輪，萬(wàn)向滑輪設(shè)置多個(gè)，勻布固定安裝在橫向抗震缸筒的最下端橫截面上。對(duì)比現(xiàn)有的隔震減震支座，本發(fā)明在支座中同時(shí)設(shè)計(jì)了橫向抗震裝置和豎向抗震裝置，在支座橫向震動(dòng)波通過(guò)多根橫向抗震合金絲繩由固定立柱傳到橫向抗震缸筒上，橫向抗震缸筒作往復(fù)平移運(yùn)動(dòng)中，多根橫向抗震合金絲繩交替進(jìn)行拉伸與回縮變化，提供了較大的滯回耗能以及回復(fù)力；同時(shí)，豎向震動(dòng)波將通過(guò)豎向抗震合金絲繩由豎向抗震缸筒的缸蓋傳到豎向抗震活塞上，且豎向抗震活塞作往復(fù)上下平移運(yùn)動(dòng)中，上下對(duì)稱設(shè)置的兩組豎向抗震合金絲繩和普通偏置彈簧均交替進(jìn)行拉伸與回縮變形，使豎向抗震合金絲繩和普通偏置彈簧在發(fā)生超彈性和彈性變形的過(guò)程中，消耗了大量的震動(dòng)能量并伴隨足夠的回復(fù)力出現(xiàn)，從而做到了多向的隔震減震，且在原有結(jié)構(gòu)具有豎向方向的自復(fù)位能力的同時(shí)，具備了橫向方向的自復(fù)位能力；同時(shí)，本專利的隔震減震支座可以使用在建筑結(jié)構(gòu)中，也可以單獨(dú)作為抗拉壓阻尼器使用，又可以單獨(dú)作為抗剪阻尼器使用，具有廣泛的市場(chǎng)前景。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中A-A向截面的結(jié)構(gòu)示意圖：圖3是橫向抗震缸筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是橫向抗震滑道的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是豎向抗震活塞的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是豎向抗震缸筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；圖8為本發(fā)明在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行單向扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；圖9為本發(fā)明在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行拉扭組合試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；圖10為鎳鈦合金絲拉伸試驗(yàn)的應(yīng)變量和回復(fù)力之間的曲線圖；圖11為普通阻尼器和本發(fā)明阻尼器分別安裝在某一結(jié)構(gòu)的抗震支撐處對(duì)一多向震動(dòng)波應(yīng)力響應(yīng)情況的示意圖；圖12為普通阻尼器和本發(fā)明阻尼器分別安裝在某一結(jié)構(gòu)的抗震支撐處對(duì)一多向震動(dòng)波位移響應(yīng)情況的示意圖。圖中：1、橫向抗震缸筒，2、橫向抗震滑道，3、連接桿，4、豎向抗震缸筒，5、豎向抗震活塞，6、普通偏置彈簧，7、橫向抗震合金絲繩，8、豎向抗震合金絲繩，9、萬(wàn)向滑輪，10、固定夾頭，11、活動(dòng)夾頭，12、定向光滑滑道，13、固定立柱，14、固定法蘭，15、擋板。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，一種繩索式自復(fù)位形狀記憶合金隔震減震支座，包括豎向抗震缸筒4、豎向抗震活塞5和普通偏置彈簧6，如圖6所示，豎向抗震缸筒4頂部開(kāi)有圓形通孔，底部焊接有固定法蘭14，如圖5所示，豎向抗震活塞5為一塊原板，開(kāi)有一圈圓形通孔，和普通偏置彈簧6設(shè)置在豎向抗震缸筒4中；在上述基礎(chǔ)上，包括橫向抗震缸筒1、橫向抗震滑道2、連接桿3、豎向抗震缸筒4、豎向抗震活塞5、普通偏置彈簧6、橫向抗震合金絲繩7、豎向抗震合金絲繩9和固定立柱13；其中，如圖4所示，橫向抗震滑道2為杯蓋狀，中心位置安裝有固定立柱13，固定立柱13上方焊接有圓形擋板15，橫向抗震缸筒1套在固定立柱13外側(cè)，如圖3所示，橫向抗震缸筒1上方焊接有連接法蘭，連接法蘭內(nèi)徑小于圓形擋板15的直徑，橫向抗震缸筒1與固定立柱13通過(guò)多根橫向抗震合金絲繩7連接，橫向抗震合金絲繩7沿固定立柱13外徑圓周均勻布置，每根橫向抗震合金絲繩7的一端通過(guò)活動(dòng)夾頭11固定在固定立柱13上，另一端通過(guò)固定夾頭10連接在缸筒的內(nèi)筒壁處；連接桿3焊接在橫向抗震滑道2底部，并穿過(guò)豎向抗震缸筒4上開(kāi)的圓孔與豎向抗震活塞5連接，豎向抗震活塞5上下兩側(cè)分別通過(guò)兩組豎向抗震合金絲繩8與豎向抗震缸筒4的上下兩缸蓋相連，豎向抗震合金絲繩8設(shè)置多根，沿著豎向抗震缸筒4內(nèi)壁圓周均布，每一根豎向抗震合金絲繩8的一端通過(guò)活動(dòng)夾頭11固定在活塞的一側(cè)，另一端用固定夾頭10連接在缸筒缸蓋的一側(cè)；普通偏置彈簧6一端設(shè)置在豎向抗震活塞5下端，另一端設(shè)置在豎向抗震缸筒4內(nèi)部底面。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，橫向抗震合金絲繩7設(shè)置三根，也可以設(shè)計(jì)為五根，沿固定立柱13外徑圓周均勻布置。上述設(shè)計(jì)，橫向抗震合金絲繩7與固定立柱13的連接點(diǎn)的連線為一個(gè)基數(shù)邊的多邊形，從而起到了穩(wěn)固的作用。同樣，橫向抗震合金絲繩7設(shè)置四根，也可以設(shè)計(jì)為六根，橫向抗震合金絲繩7對(duì)稱分布，同樣起到了穩(wěn)固的作用。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，如圖2所示，豎向抗震缸筒4內(nèi)壁、對(duì)應(yīng)豎向抗震活塞5安裝位置處沿圓周處均勻布置多個(gè)凸起的定向光滑滑道12，限制了豎向抗震活塞5在豎向抗震缸筒4內(nèi)作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使豎向抗震活塞5只能在豎向抗震缸筒4內(nèi)沿著滑道方向作往復(fù)平移運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)減震的效果。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，裝置中還包括萬(wàn)向滑輪9，萬(wàn)向滑輪9設(shè)置多個(gè)，勻布固定安裝在橫向抗震缸筒1的最下端橫截面上，從而確保在工作時(shí)，橫向抗震缸筒1作往復(fù)平移運(yùn)動(dòng)更加的順暢。在工作過(guò)程中，收到震動(dòng)時(shí)，支座橫向震動(dòng)波通過(guò)多根橫向抗震合金絲繩7由固定立柱13傳到橫向抗震缸筒1上，橫向抗震缸筒1作往復(fù)平移運(yùn)動(dòng)中，多根橫向抗震合金絲繩7交替進(jìn)行拉伸與回縮變化，提供了較大的滯回耗能以及回復(fù)力；同時(shí)，豎向震動(dòng)波將通過(guò)豎向抗震合金絲繩8由豎向抗震缸筒4的缸蓋傳到豎向抗震活塞5上，且豎向抗震活塞5作往復(fù)上下平移運(yùn)動(dòng)中，上下對(duì)稱設(shè)置的兩組豎向抗震合金絲繩8和普通偏置彈簧6均交替進(jìn)行拉伸與回縮變形，使豎向抗震合金絲繩8和普通偏置彈簧6在發(fā)生超彈性和彈性變形的過(guò)程中，消耗了大量的震動(dòng)能量并伴隨足夠的回復(fù)力出現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)1：將上述制作的繩索式自復(fù)位形狀記憶合金隔震減震支座，安裝在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，進(jìn)行三類簡(jiǎn)單的加載和卸載試驗(yàn)：一是單向拉壓試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)(如圖7)；二是單向剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)(如圖8)；三是拉剪組合試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)(如圖9)。圖7-圖9，給出了本發(fā)明支座，在加載和卸載的情況下，外載荷與位移之間的關(guān)系曲線。由圖7-圖9可以看出，由于加載和卸載循環(huán)載荷的影響，導(dǎo)致了支座的外力-位移曲線明顯地呈現(xiàn)出一典型的滯后閉合曲線(遲滯環(huán))，然而該曲線在加載/卸載過(guò)程并沒(méi)有展現(xiàn)出明顯的(應(yīng))力平臺(tái)，其原因是支座中的合金絲僅僅有很少的一部分發(fā)生了馬氏體相變轉(zhuǎn)變，而大部分材料仍處于彈性變形的狀態(tài)。盡管如此，合金絲也明顯地表現(xiàn)出了良好的消能特性，具有優(yōu)良的耗能遲滯環(huán)和高恢復(fù)(或回復(fù))能力，并且遲滯環(huán)隨外載荷的增加而增大。圖10是鎳鈦合金絲的拉伸試驗(yàn)的應(yīng)變量和回復(fù)力之間的曲線，合金絲經(jīng)過(guò)適量拉伸后回復(fù)力可以達(dá)到620Mpa以上，當(dāng)合金絲的應(yīng)變量達(dá)到10﹪左右時(shí)，合金絲可產(chǎn)生約680Mpa回復(fù)力，由此可見(jiàn)此類支座的自復(fù)位能力很強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)2：將上述制作的繩索式自復(fù)位形狀記憶合金隔震減震支座，安裝在某一結(jié)構(gòu)的抗震支撐處，隔震減震效果很好。如圖11示意了普通抗震支座，在某一結(jié)構(gòu)的抗震支撐處，對(duì)一多向震動(dòng)波位移和應(yīng)力響應(yīng)的情況，從所得數(shù)據(jù)看出普通支座的隔震減震效果較差，主要原因有兩個(gè)：一是普通抗震支座的自恢復(fù)能力很差，二是阻尼消能能力弱；圖12示意了安裝本發(fā)明合金隔震減震支座后，支撐處對(duì)多向震動(dòng)波響應(yīng)的隔震減震情況，可以看到此支座的消能效果很好，且隔震減震的耐久性和穩(wěn)定性較高，由于橫向和豎向合金絲繩的超彈性作用，在很大的變形范圍內(nèi)合金絲繩的變形將在支座震動(dòng)回復(fù)到平衡位置時(shí)恢復(fù)，此過(guò)程同時(shí)耗散了工程構(gòu)件在使用過(guò)程中引起的機(jī)械能，減震效果良好。經(jīng)過(guò)對(duì)比圖11可以揭示出，在多向震動(dòng)波作用下，安裝普通支座支撐處的最大位移和應(yīng)力響應(yīng)極值分別達(dá)到15.0cm和80Mpa，而對(duì)于安裝本發(fā)明支座支撐處的最大位移和應(yīng)力響應(yīng)極值分別僅為3.5cm和25Mpa，約是前者的三分之一，同時(shí)比較兩者的響應(yīng)曲線可以看到，普通支座支撐處的位移響應(yīng)曲線，以遠(yuǎn)離平衡位置(支座位移為零)一定位移的基礎(chǔ)上發(fā)生波動(dòng)變化，同時(shí)相鄰時(shí)刻間位移和應(yīng)力變化較大，而安裝本發(fā)明支座支撐處的位移響應(yīng)曲線波動(dòng)則圍繞平衡(支座位移為零)位置發(fā)生變化，這說(shuō)明此支座自動(dòng)恢復(fù)能力強(qiáng)，同時(shí)位移和應(yīng)力波動(dòng)變化很小，即相鄰時(shí)刻間位移和應(yīng)力變化較小，延緩并降低了震動(dòng)波的危害，這進(jìn)一步表明，利用鎳鈦材料的超彈性效應(yīng)和高阻尼特性以及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，可以較大程度地抑制結(jié)構(gòu)在多向震動(dòng)波下的響應(yīng)。綜上所述，采用新材料形狀記憶合金進(jìn)行結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，則可以很容易地使支座的性能得到很大的改善和提高。