一種形狀記憶合金自復位橡膠阻尼器的制作方法

本發明涉及土木工程結構抗震減振技術領域，具體來說是一種形狀記憶合金自復位橡膠阻尼器，適合建/構筑物的耗能減震需求。

背景技術：

土木工程結構在諸如地震、強風等外部作用下會產生大幅振動，嚴重地影響了結構的安全性、舒適性。因此，如何合理有效地減少由地震、強風等動力荷載引起的工程結構動力響應，提高工程結構的抗震、抗風能力和抗災性能是土木工程學科中亟待解決的問題之一。較為傳統的做法是提高結構剛度、強度和延性，在小震、中震和非強風作用下，可以起到降低動力響應作用。但在強震或強風作用下，該傳統方法會導致結構部分構件損傷或破壞，因而現代土木工程結構多采用阻尼器來達到抗震減振效果。

隨著科技的發展，阻尼器越來越廣泛地應用在結構的加固中。目前，開發應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，如粘彈性材料的易老化，粘滯阻尼器的再維護成本高，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次數的影響較小，但摩擦阻尼器摩擦耗能后存在較大的殘余變形，不能自復位。因此，有必要開發一種新型的阻尼器，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到初始狀態的能力，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用前景。

形狀記憶合金正是開發上述目標阻尼器的理想材料，形狀記憶合金是一種具有多種特殊力學性能的新型功能材料，具有顯著的形狀記憶效應、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，可恢復應變很大(6％～8％)，其彈性模量隨溫度的升高而增大。基于形狀記憶合金制成的阻尼器，與其他類型的阻尼器相比，具有耐久性和耐腐蝕性能好，使用周期長，自復位等優點。現有的形狀記憶合金阻尼器主要利用形狀記憶合金的自復位能力，其耗能能力有限。結合形狀記憶合金的自復位能力及橡膠高分子阻尼材料的高耗能性能而設計的形狀記憶合金自復位橡膠阻尼器，融合了兩者的優點，具有顯著的抗震減振效果。

技術實現要素：

針對以上背景技術存在的缺陷或不足，本發明提供一種形狀記憶合金自復位橡膠阻尼器，其目的是解決由地震作用或風荷載引起的動力反應而導致建筑物或構筑物的傾斜、倒塌問題。本發明構造簡單，耗能能力強并能實現自復位。

本發明是通過下述技術方案來實現的。

一種形狀記憶合金自復位橡膠阻尼器，包括一對上下對稱分布的上主板和下主板，在上主板上固定連接有上副板，在下主板上固定連接有下副板，上副板和下副板相互插接，在上副板和下副板之間墊有兩塊橡膠板，在上副板內側設有超彈性形狀記憶合金絲；在上主板的下方左右兩側分別連接有一對圓筒，在下主板上方左右兩側分別連接有一對套于一對圓筒中的活塞，活塞在圓筒內做往返運動。

進一步，所述上副板為框型架結構，由兩側平行分布的豎向鋼板、上部一定間距的兩塊水平鋼板和底框連接構成，且底框豎直部分的截面小于兩側豎向鋼板的截面，兩側豎向鋼板的上部分別設有活動孔，活動孔中心位置與上部兩塊水平鋼板的間隙具有同一水平高度。

進一步，所述兩塊水平鋼板的間距和活動孔的寬度相同，底框的寬度小于兩塊水平鋼板的間距。

進一步，所述下副板為框型架結構，由兩側平行分布的側板和兩塊具有一定間距的下部水平鋼板構成，在側板上端部設有開孔。

進一步，在兩側板的開孔之間貫穿有一窄板；窄板兩端帶有榫頭，兩端部的榫頭通過螺栓連接在下副板的開孔中。

進一步，上副板下端的底框插入下副板兩塊下部水平鋼板之間，上副板下端的底框上表面與下副板下部水平鋼板上表面具有同一水平高度。

進一步，超彈性形狀記憶合金絲連接在上副板兩塊水平鋼板和下副板下部水平鋼板之間。

進一步，所述超彈性形狀記憶合金絲上端與上副板上部的水平鋼板通過夾具連接，下端與下副板的下部水平鋼板通過夾具連接。進一步，所述超彈性形狀記憶合金絲上端與固定在下副板上端的窄板通過夾具連接，下端與上副板下端的下部水平鋼板通過夾具連接。

進一步，所述超彈性形狀記憶合金絲為鎳鈦合金絲。

本發明的效果和優點：本發明綜合采用了超彈性形狀記憶合金絲和橡膠高分子阻尼材料，不僅具有自復位功能，而且具有強耗能能力。當上下主板發生相向運動時，超彈性形狀記憶合金絲受力分為兩種，一種受拉，另一種無拉力，上下副板間的橡膠板因受剪耗能；當上下主板發生背離運動時，超彈性形狀記憶合金絲受力同樣分為兩種，一種受拉，另一種無拉力，上下副板間的橡膠板因受剪耗能。因此，當上下主板發生往返運動時，兩種形狀記憶合金交替受拉，發揮自復位能力，橡膠板始終因受剪變形而耗散掉大量地震能量。該形狀記憶合金自復位橡膠阻尼器，結構簡單，施工方便，經濟實用，可以有效地減少結構的動力反應；同時也為結構提供強有力的恢復力，實現加固目的，增強土木工程在地震作用、強風荷載等動力荷載下的抵抗能力。

附圖說明

圖1是本發明的示意圖；

圖2是圖1中A-A線的剖面圖；

圖3(a)-(c)是上副板3的主視圖、左視圖和主視圖B-B剖視圖；

圖4(a)-(c)是下副板4的主視圖、左視圖和主視圖C-C剖視圖；

圖5是窄板示意圖。

圖中：1、下主板；2、上主板；3、上副板；4、下副板；5、左圓筒；6、右圓筒；7、左活塞；8、右活塞；9、形狀記憶合金絲；10、橡膠板；11、窄板；12、上螺栓孔；13、下螺栓孔；14、活動孔；15、水平鋼板；16、豎向鋼板；17、底框；18、側板；19、開孔；20、下部水平鋼板。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對發明作進一步的詳細說明，但并不作為對發明做任何限制的依據。

附圖中每種形狀記憶合金絲以一根為例。

如圖1、圖2所示，一種形狀記憶合金自復位橡膠阻尼器，包括一對上下對稱分布的上主板2和下主板1，上副板3通過焊接固定在上主板2上，下副板4通過焊接固定在下主板1上，上副板3和下副板4相互插接，在上副板3和下副板4之間墊有兩塊橡膠板10，在上副板3內側設有超彈性形狀記憶合金絲9；在上主板2的下方左右兩側分別連接有一對圓筒(左圓筒5和右圓筒6按照圖示位置焊接在上主板1上)，在下主板1上方左右兩側分別連接有一對套于一對圓筒中的活塞(左活塞7和右活塞8按照圖示位置焊接在下主板2上)，兩端活塞分別插入圓筒內，圓筒與活塞配套使用，即活塞在圓筒內做往返運動。

如圖1，上副板3、下副板4中的豎向鋼板間采用兩塊橡膠板10連接，豎向鋼板與橡膠板10采用工業膠水粘在一起。

上主板2和下主板1的上下兩側分別設有拉力框，上螺栓孔12和下螺栓孔13分別設在拉力框的端部框板上。

如圖3(a)-(c)所示，上副板3為框型架結構，由兩側平行分布的豎向鋼板16、上部一定間距(間距記為L)的兩塊水平鋼板15和底框17連接構成，下端水平鋼板寬度略小于L，且底框17豎直部分的截面小于兩側豎向鋼板16的截面，兩側豎向鋼板16的上部分別設有活動孔14，活動孔寬度為L，活動孔14中心位置與上部兩塊水平鋼板15的間隙具有同一水平高度。

如圖4(a)-(c)所示，下副板4為框型架結構，由兩側平行分布的側板18和兩塊具有一定間距的下部水平鋼板20構成，在側板18上端部設有開孔19，兩開孔之間貫穿有一窄板11。上副板3下端的底框17插入下副板4兩塊下部水平鋼板20之間，上副板3下端的底框17上表面與下副板4下部水平鋼板20上表面具有同一水平高度。超彈性形狀記憶合金絲9連接在上副板3的兩塊水平鋼板15和下副板4的下部水平鋼板20之間。

如圖5所示，窄板11兩端帶有榫頭，中部為長方形，長方形的兩端寬度小于中部，用于其能夠貫穿于上副板3的活動孔14，兩端部的榫頭通過螺栓連接在下副板4的開孔中。

如圖1，超彈性形狀記憶合金絲9分為兩種實施方式，一種方式為，超彈性形狀記憶合金絲9上端與上副板3上部的水平鋼板通過夾具連接，下端與下副板4下部的水平鋼板通過夾具連接。

另一種實施方式為，超彈性形狀記憶合金絲9上端與固定在下副板4上端的窄板11通過夾具連接，下端與上副板4下端的水平鋼板通過夾具連接，所述超彈性形狀記憶合金絲為鎳鈦合金絲。

當上下主板發生相向運動時，超彈性形狀記憶合金絲受力分為兩種，一種受拉，另一種無拉力，上、下副板間的橡膠板因受剪耗能；當上下主板發生背離運動時，超彈性形狀記憶合金絲受力同樣分為兩種，一種受拉，另一種無拉力，上下副板間的橡膠板因受剪耗能。因此，當上下主板發生往返運動時，兩種形狀記憶合金交替受拉，發揮自復位能力，橡膠板始終因受剪變形而耗散掉大量地震能量。

本發明并不局限于上述實施例，在本發明公開的技術方案的基礎上，本領域的技術人員根據所公開的技術內容，不需要創造性的勞動就可以對其中的一些技術特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發明的保護范圍內。