本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制隔震裝置，特別是涉及一種復(fù)合式三向智能隔震支座，可用于房屋建筑、橋梁、文物底座等其他不同結(jié)構(gòu)的隔震體系。

背景技術(shù)：

地震作為一種自然災(zāi)害，易造成各類建(構(gòu))筑物坍塌、重要文物破壞、交通通訊中斷以及其他生命線工程破壞進(jìn)而導(dǎo)致人類生命與財(cái)產(chǎn)的損失。我國是一個(gè)地震多發(fā)國家，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國地震發(fā)生次數(shù)約占全球大陸地震總次數(shù)的33％，平均每年發(fā)生5級以上地震30余次，6級以上強(qiáng)震6次，7級以上大震1次。同時(shí)由于地質(zhì)構(gòu)造等原因，導(dǎo)致我國地震活動(dòng)具有震源淺、強(qiáng)度大、頻度高、分布廣等特征，對公民人身財(cái)產(chǎn)安全及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重危害。

傳統(tǒng)上部結(jié)構(gòu)和基底連為一體，地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)的能量經(jīng)基底傳輸至上部結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)通過振動(dòng)和變形耗散能量。隔震技術(shù)是在結(jié)構(gòu)的基底與上部結(jié)構(gòu)之間增加一層柔性裝置，地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)的能量部分被柔性裝置耗散，從而減少了向地上結(jié)構(gòu)傳輸?shù)哪芰浚档蜕喜拷Y(jié)構(gòu)的損壞程度，保障了上部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部人員、設(shè)備、重要文物的安全。大量地震災(zāi)害和研究結(jié)果表明：在水平耗能方面，傳統(tǒng)隔震支座由于阻尼方式單一、耗能出力恒定等缺陷，造成支座耐久性能以及水平耗能效果不顯著；同時(shí)豎向地震作用對結(jié)構(gòu)的影響同樣不能忽視，由于結(jié)構(gòu)大多豎向剛度較大,其豎向基本周期與豎向地震波作用周期相近，導(dǎo)致豎向地震作用危害性可能將超過水平向地震作用。

現(xiàn)今市場上的隔震裝置主要以橡膠隔震支座、滑移隔震支座等為主，具有可靠水平耗能以及豎向隔震的裝置也少有報(bào)道；對于三維隔震體系國內(nèi)外也有初步研究，但基本都停留在理論階段，具體應(yīng)用經(jīng)歷以及抗拔抗震性能研究也少有報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)今隔震裝置水平隔震性能不顯著、豎向隔震考慮較少的問題，提出了一種復(fù)合式三向智能隔震支座的設(shè)計(jì)。該隔震支座主要由形狀記憶合金、智能摩擦盤、碟形彈簧三大核心體系組成，在水平地震作用下，形狀記憶合金以及智能摩擦盤產(chǎn)生該向的減振效果；在豎向地震作用下，碟形彈簧提供該向的隔震作用。并且該支座的各大部件均可提供足夠的剛度，并在地震時(shí)可迅速做出反應(yīng)。

本發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種復(fù)合式三向智能隔震支座，所述隔震支座是由形狀記憶合金、固定套管、螺栓、支撐鉸接鏈桿、棱形鋼頂板、壓電材料板、內(nèi)摩擦板、外摩擦板、智能摩擦盤、棱形鋼底板、碟形彈簧、碟形彈簧套箍、外側(cè)位移限制箍、套箍翼緣、壓電驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)器墊片、緊固螺栓等組成，棱形鋼底板與棱形鋼頂板在兩者垂直投影面上完全重合，六根形狀記憶合金通過固定套管以及支撐鉸接鏈桿上部連接棱形鋼頂板，下部連接噴涂阻尼材料的棱形鋼底板，同時(shí)棱形鋼底板上的六塊碟形彈簧與智能摩擦盤共同支撐棱形鋼頂板。于棱形鋼底板上正中位置焊接有半徑為棱形鋼底板邊長1.4倍的圓形外側(cè)位移限制箍，外側(cè)位移限制箍范圍內(nèi)的底板上噴涂阻尼涂料；于棱形鋼底板與碟形彈簧正中部焊接有半徑與碟形彈簧半徑相同的碟形彈簧套箍，并均通過鉚釘或螺栓加固。

為使形狀記憶合金與上、下鋼板連接更加緊密，所述頂板以及底板六角處分別焊接有六根固定套管以及支撐鉸接鏈桿，固定套管半徑可根據(jù)實(shí)際工程確定，下部截面圓心分別位于底板對角線與外側(cè)位移限制箍相交的六個(gè)點(diǎn)上，上部截面圓心分別位于頂板對角線上邊緣的六個(gè)點(diǎn)上。

為達(dá)到最佳的水平恢復(fù)力作用，所述形狀記憶合金高度等于碟形彈簧與智能摩擦盤高度之和。

為提高摩擦盤的耐久性能，所述智能摩擦盤厚度不小于20mm，一面拋光磨平，另一面則有便與碟形彈簧相連的焊接孔。

為限制碟形彈簧最大變形量，所述外側(cè)位移限制箍的高度不小于碟形彈簧套箍的高度，兩者高度相差值作為碟形彈簧豎向變形限值；

為防止碟形彈簧發(fā)生滑移失穩(wěn)現(xiàn)象，所述碟形彈簧套箍由內(nèi)徑與碟形彈簧外徑相同的筒體和帶有螺栓孔的套箍翼緣組成。

為充分利用形狀記憶合金材料性能，所述形狀記憶合金采用niti合金(馬氏體)制作，與兩側(cè)固定套管通過焊接連接，固定套管則通過支承鉸接鏈桿與上下兩層鋼板焊接連接。

為充分利用碟形彈簧材料性能，所述碟形彈簧組合方式為對合組合，其上端通過螺栓與智能摩擦盤連接，下端與棱形鋼底板焊接相連。

為取得最佳的摩擦盤智能摩擦耗能作用，智能摩擦盤擬采用五層結(jié)構(gòu)疊加組合,自上而下依次為外摩擦板、內(nèi)摩擦板、圓形芯板、內(nèi)摩擦板、外摩擦板。五層結(jié)構(gòu)厚度均相同，各層摩擦板采用聚四氟乙烯材料制作，五層材料板通過三個(gè)螺栓連接，每個(gè)螺栓上部各自安裝一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器；在受力過程中，壓電驅(qū)動(dòng)器通過上下兩層鋼板相對位移產(chǎn)生輸入電壓，使得驅(qū)動(dòng)器墊片發(fā)生電致形變，從而調(diào)節(jié)緊固螺栓錨固力，智能控制摩擦盤摩擦力。

為加強(qiáng)螺栓與摩擦板間滑動(dòng)效應(yīng)，于各層磨擦板以及圓形芯板分別設(shè)計(jì)三個(gè)圓弧槽孔構(gòu)造，圓弧槽孔寬度與滑動(dòng)螺栓直徑相適配。

為達(dá)到最佳的壓電性能，所述壓電材料板采用環(huán)氧ipns/碳納米管壓電材料制作，取pu組份為環(huán)氧的50％。

為降低驅(qū)動(dòng)器所需電壓，壓電驅(qū)動(dòng)器采用多層壓電材料片疊加方式。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有隔震技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明易實(shí)現(xiàn)，理論簡單，容易被工程人員接受，且材料易得到，較為便宜，適合大部分抗震建筑使用；

2、本發(fā)明構(gòu)造簡單，傳力明確，體系穩(wěn)定，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)能夠迅速反應(yīng)，充分發(fā)揮隔震支座減震效果；

3、本發(fā)明中形狀記憶合金在上下兩層鋼板發(fā)生相對移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生較大的恢復(fù)力，從而保證隔震支座的復(fù)位性能；

4、本發(fā)明可智能調(diào)節(jié)摩擦片間摩擦力大小，改善傳統(tǒng)隔震支座減震效果單一有限的情況，且增強(qiáng)隔震支座耐久性，使得維修成本降低；

5、本發(fā)明中碟形彈簧與壓電摩擦板搭配使用，橫向與豎向共同隔震，解決三向隔震問題，為抗震結(jié)構(gòu)保駕護(hù)航。

附圖說明

圖1為本發(fā)明組裝后的立體圖；

圖2為本發(fā)明組裝后的剖面圖；

圖3為形狀記憶合金的溫度-應(yīng)力曲線圖；

圖4為壓電材料驅(qū)動(dòng)器模型圖；

圖5為智能摩擦盤構(gòu)造圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的一種復(fù)合式三向智能隔震支座做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明中棱形鋼底板10與棱形鋼頂板5在垂直投影面上完全重合，當(dāng)二者發(fā)生相對移動(dòng)時(shí)，形狀記憶合金1連接著棱形鋼頂板5并帶動(dòng)智能摩擦盤9在碟形彈簧11范圍內(nèi)與噴涂阻尼材料的棱形鋼頂板5間發(fā)生摩擦移動(dòng)，同時(shí)棱形鋼底板10上的碟形彈簧11對棱形鋼頂板5起支撐作用，并可在支撐域內(nèi)做相應(yīng)移動(dòng)。棱形鋼底板10為六邊形鋼板，其上正中位置焊接有碟形彈簧11，碟形彈簧11半徑取棱形鋼底板10邊長的0.2倍，當(dāng)智能摩擦盤9在其內(nèi)相對滑動(dòng)時(shí)，起到使相對移動(dòng)控制在一定范圍內(nèi)的作用，同時(shí)碟形彈簧11范圍內(nèi)的底板上噴涂阻尼涂料。頂板以及底板六角處焊接有六根支撐鉸接鏈桿4，由合金鋼焊接而成，防止形狀記憶合金1因頂板在壓力作用下因剛度不夠發(fā)生變形，保證隔震支座受力均勻。頂板以及底板六角處分別焊接有六根固定套管2，其半徑可根據(jù)實(shí)際工程確定，下部截面圓心分別位于底板對角線與外側(cè)位移限制箍13相交的六個(gè)點(diǎn)上，上部截面圓心分別位于頂板對角線上邊緣的六個(gè)點(diǎn)上。形狀記憶合金1高度等于碟形彈簧11與智能摩擦盤9高度之和。智能摩擦盤9厚度不小于20mm，其與頂板接觸的一面打磨剖平，另一面焊接于六塊碟形彈簧11上并加固；摩擦盤9擬采用五層結(jié)構(gòu)疊加組合,自上而下依次為外摩擦板8、內(nèi)摩擦板7、圓形芯板6、內(nèi)摩擦板7、外摩擦板8，五層結(jié)構(gòu)厚度均相同，各層摩擦板采用聚四氟乙烯材料制作，五層材料板通過三個(gè)螺栓連接，每個(gè)螺栓上部各自安裝一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器15；壓電驅(qū)動(dòng)器15采用多層壓電材料片疊加方式，壓電驅(qū)動(dòng)器15采用環(huán)氧ipns/碳納米管壓電材料制作，為發(fā)揮最佳的壓電性能，取pu組份為環(huán)氧的50％。于各層磨擦板以及圓形芯板6分別設(shè)計(jì)三個(gè)圓弧槽孔構(gòu)造，圓弧槽孔寬度與滑動(dòng)螺栓直徑相適配。形狀記憶合金1在碟形彈簧11的可移動(dòng)范圍與智能摩擦盤9在外側(cè)位移限制箍13內(nèi)的可移動(dòng)范圍一致，最大移動(dòng)距離為0.2倍的頂板邊長，以保證智能摩擦盤9不受移限制可自由滑動(dòng)。于棱形鋼底板10與碟形彈簧11正中部焊接有碟形彈簧相同半徑的碟形彈簧套箍12，并均通過鉚釘或螺栓加固。所述外側(cè)位移限制箍13的高度不小于碟形彈簧套箍12的高度，兩者高度相差值作為碟形彈簧豎向變形最大值；碟形彈簧套箍12由內(nèi)徑與碟形彈簧11外徑相同的筒體和帶有螺栓孔的套箍翼緣14組成，碟形彈簧套箍12材質(zhì)為鋼材，主要起到輔助限制，通過螺栓或鉚釘將翼緣板固定到鋼底板上。棱形鋼底板10、棱形鋼頂板5六邊鉆取螺栓孔，便于與結(jié)構(gòu)相連接。

本發(fā)明也可根據(jù)實(shí)際工程確定支座尺寸，各構(gòu)件尺寸也可做相應(yīng)合理調(diào)整，各部件制作完成后，碟形彈簧套箍12、外側(cè)位移限制箍13、智能摩擦盤9表面進(jìn)行剖光打磨處理。再將支撐鉸接鏈桿4與上下兩板、外側(cè)位移限制箍13與棱形鋼底板10、棱形鋼頂板5與智能摩擦盤9、智能摩擦盤9與碟形彈簧11、碟形彈簧11與棱形鋼底板10分別采用焊接連接。其中支撐鉸接鏈桿4與上下兩板在焊接前先將形狀記憶合金1套于固定套管2上，待焊接完成后，將碟形彈簧套箍7用螺栓或鉚釘進(jìn)一步加固在棱形鋼底板10上。并在底板上碟形彈簧11所圍的范圍內(nèi)噴涂阻尼涂料，在頂板上智能摩擦盤9內(nèi)涂抹潤滑劑。將棱形鋼底板10等下部構(gòu)件和棱形鋼頂板5等上部構(gòu)件嵌套后，通過螺栓錨固于建筑結(jié)構(gòu)上，即完成安裝。

本發(fā)明易實(shí)現(xiàn)，理論簡單，容易被工程人員接受，且材料易得到，較為便宜；構(gòu)造簡單，方便安裝，各構(gòu)件受力均勻，傳力明確，體系穩(wěn)定，便于加工，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)能夠迅速反應(yīng)；形狀記憶合金可提供較大的恢復(fù)力，從而保證隔震支座的復(fù)位性能；可智能調(diào)節(jié)摩擦片間摩擦力大小，改善傳統(tǒng)隔震支座減震效果單一有限的情況；碟形彈簧與壓電摩擦板搭配使用，橫向與豎向共同隔震，解決三向隔震問題。為建筑結(jié)構(gòu)的安全以及重要文物的保護(hù)提供保障。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。