具有自復(fù)位功能的分散式形狀記憶合金芯減隔震橡膠支座的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于橋梁、高層建筑及大跨建筑工程基礎(chǔ)隔震減震系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)明特別涉及形狀記憶合金的超彈性、形狀記憶效應(yīng)和高阻尼的隔震減震的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，減隔震支座已廣泛應(yīng)用于橋梁建設(shè)中，也逐漸在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、高層建筑和大跨建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中得到推廣。通過(guò)在建筑結(jié)構(gòu)基底或其它部位設(shè)置隔震裝置來(lái)降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)是一種較為成熟的振動(dòng)控制措施。對(duì)于此類減隔震裝置一般要求豎向剛度足夠大以起到支撐上部結(jié)構(gòu)的作用，水平剛度小可延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期但應(yīng)具備合適的初始水平剛度以保證結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)和小震下的正常使用，還應(yīng)具有大變形和自復(fù)位的能力。
[0003]目前工程中使用最多的隔震裝置是普通疊層橡膠支座和鉛芯橡膠支座，然而都存在一定的局限性。普通橡膠支座自身阻尼小、耗能不足且在工作過(guò)程中上部結(jié)構(gòu)和隔震層的相對(duì)變形較大易導(dǎo)致支座失穩(wěn)；鉛芯橡膠支座利用鉛芯塑性變形進(jìn)行耗能，可為隔震層提供有效的阻尼，但鉛芯塑性變形后無(wú)法恢復(fù)自身原有形狀即自恢復(fù)能力不強(qiáng)，殘余變形較明顯，給震后恢復(fù)帶來(lái)極大困難。近些年，也出現(xiàn)了部分有關(guān)SMA橡膠復(fù)合支座的設(shè)計(jì)，但均普遍存在加工難度大，性能不穩(wěn)定且不易得到廣泛推廣的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是為了解決橋梁、高層建筑、網(wǎng)架網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)及大跨建筑工程的隔震減震問(wèn)題，而提出一種具有自復(fù)位功能的分散式SMA芯減隔震橡膠支座裝置。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的具有自復(fù)位功能的分散式形狀記憶合金芯減隔震橡膠支座包括上封板、下封板、疊層橡膠支座內(nèi)部鋼板層、疊層橡膠支座內(nèi)部橡膠層、疊層橡膠支座外部橡膠層、形狀記憶合金芯棒、高強(qiáng)螺帽和預(yù)留孔洞；在疊層橡膠支座中預(yù)留多個(gè)孔道，用于放置形狀記憶合金芯棒，所述的孔道以疊層橡膠支座的中心呈對(duì)稱分布。
[0006]所述的疊層橡膠支座預(yù)留孔道直徑略大于SMA芯棒的直徑，并通過(guò)高強(qiáng)螺帽固定在上封板、下封板之間；當(dāng)疊層橡膠支座發(fā)生水平變形時(shí)，整個(gè)SMA芯棒能夠自由變形，充分發(fā)揮耗能能力。
[0007]所述的疊層橡膠支座中的孔道及SMA芯棒均為4個(gè)。
[0008]本發(fā)明可以充分利用SMA芯棒的超彈性性能以消耗地震波能量并通過(guò)產(chǎn)生較高的回復(fù)力，以實(shí)現(xiàn)自復(fù)位功能，從而達(dá)到減隔震及自復(fù)位效果。
[0009]芯棒在支座中布置簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)加工且形狀記憶合金芯棒與鉛芯相比對(duì)支座豎向剛度的削弱要小，能更好滿足豎向承載力的要求，具備顯著自復(fù)位能力及耗能能力，極大改善了普通橡膠支座耗能不足及震后殘余應(yīng)變大等缺點(diǎn)。
[0010]有益效果:本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011]1.該新型支座中使用了 SMA芯棒，可以充分利用其超彈性性能以消耗地震波能量以及產(chǎn)生較高回復(fù)力，與普通橡膠支座相比，其具有更高的阻尼，耗能能力顯著增強(qiáng)且具備自復(fù)位功能。
[0012]2.SMA芯棒與鉛芯相比對(duì)支座豎向剛度的削弱要小，能更好滿足豎向承載力的要求；SMA芯棒相比于鉛芯其剛度更大，可提高橡膠支座的水平剛度，有利于控制結(jié)構(gòu)在正常使用階段不發(fā)生過(guò)大變形；SMA芯棒具有優(yōu)異的自恢復(fù)能力，可顯著控制建筑物震后殘余變形。
[0013]3.SMA芯棒的直徑要稍小于預(yù)留孔的直徑，通過(guò)高強(qiáng)螺母將SMA芯棒能夠緊固在上下封板中，保證在地震荷載作用下芯棒可以自由變形。另外，通過(guò)擰緊或放松高強(qiáng)螺帽可方便調(diào)節(jié)SMA芯棒受力長(zhǎng)度，可施加SMA芯棒預(yù)應(yīng)變以增大支座耗能能力和水平剛度，亦可放松螺帽增大SMA芯棒有效拉伸長(zhǎng)度，以增大支座水平變形能力。
[0014]4.本發(fā)明中采用多根芯棒分散布置在疊層橡膠支座中，可避免采用粗芯棒布置于支座中心時(shí)粗芯棒價(jià)格昂貴性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。
[0015]5.本發(fā)明中芯棒分散布置于疊層橡膠支座中，與布置在支座外相比，避免受外界環(huán)境的侵蝕以保障其優(yōu)異效果，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工生產(chǎn)，利于工程上的推廣使用。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明分散式SMA芯減隔震橡膠支座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明分散式SMA芯減隔震支座沿豎直平面剖開(kāi)后內(nèi)部構(gòu)造示意圖。
[0018]圖3為SMA芯棒及尚強(qiáng)螺帽構(gòu)造不意圖。
[0019]圖中有:上封板1.1、下封板1.2、疊層橡膠支座內(nèi)部鋼板層2、疊層橡膠支座內(nèi)部橡膠層3、疊層橡膠支座外部橡膠層4、形狀記憶合金芯棒5、高強(qiáng)螺帽6、預(yù)留孔道7。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明提供了一種具有自復(fù)位功能的分散式SMA芯減隔震裝置(如圖1)，包括上封板1.1、下封板1.2、疊層橡膠支座內(nèi)部鋼板層2、疊層橡膠支座內(nèi)部橡膠層3、疊層橡膠支座外部橡膠層4、SMA芯棒5、高強(qiáng)螺帽6和預(yù)留孔洞7，在所述疊層橡膠支座中預(yù)留多個(gè)孔道，用于放置SMA芯棒，所述的孔道以疊層橡膠支座的中心呈對(duì)稱分布。所述的疊層橡膠支座中的孔道為4個(gè)，SMA芯棒也為4個(gè)。
[0021]疊層橡膠支座預(yù)留孔道直徑略大于SMA芯棒的直徑，形狀記憶合金芯棒能夠緊固在上下封板中，當(dāng)疊層橡膠支座發(fā)生水平變形時(shí)，整個(gè)SMA芯棒能夠自由變形，充分發(fā)揮耗能能力。
[0022]該裝置不僅具有較強(qiáng)的隔震減震效果，而且還具有震后自復(fù)位的能力。
[0023]本發(fā)明具體實(shí)施的過(guò)程如下:地震波作用在支座上，支座發(fā)生變形。SMA芯棒通過(guò)超彈性變形而消耗地震波的能量并產(chǎn)生恢復(fù)力，不但達(dá)到了隔震減震的目的，而且獲得了震后結(jié)構(gòu)智能自復(fù)位的能力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有自復(fù)位功能的分散式形狀記憶合金芯減隔震橡膠支座，其特征在于，該支座包括上封板(1.1)、下封板(1.2)、疊層橡膠支座內(nèi)部鋼板層(2)、疊層橡膠支座內(nèi)部橡膠層(3)、疊層橡膠支座外部橡膠層(4)、形狀記憶合金芯棒(5)、高強(qiáng)螺帽(6)和預(yù)留孔洞(7);在疊層橡膠支座中預(yù)留多個(gè)孔道(7)，用于放置形狀記憶合金芯棒(5)，所述的孔道(7)以疊層橡膠支座(8)的中心呈對(duì)稱分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自復(fù)位功能的分散式形狀記憶合金芯減隔震橡膠支座，其特征在于，所述的疊層橡膠支座預(yù)留孔道(7)直徑略大于SMA芯棒(5)的直徑，并通過(guò)高強(qiáng)螺帽固定在上封板(1.D、下封板(1.2)之間；當(dāng)疊層橡膠支座發(fā)生水平變形時(shí)，整個(gè)SMA芯棒(5)能夠自由變形，充分發(fā)揮耗能能力。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可應(yīng)用于橋梁、高層建筑、網(wǎng)架網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震減震系統(tǒng)的具有自復(fù)位功能的分散式形狀記憶合金芯減隔震橡膠支座，包括1個(gè)普通疊層橡膠支座和4根分散布置的形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,SMA)芯棒，充分利用了形狀記憶合金的超彈性、形狀記憶效應(yīng)和高阻尼特性。本發(fā)明將普通橡膠支座和形狀記憶合金芯棒合為一體，把形狀記憶合金芯棒分散布置于普通橡膠支座中，使得新型支座具有耗能能力高、阻尼大、耐疲勞且具備自恢復(fù)能力，同現(xiàn)有的技術(shù)方法相比，本裝置具有顯著的隔震減震效果并降低了震后維修費(fèi)用。
【IPC分類】E01D19-04, E04B1-36, E04B1-98
【公開(kāi)號(hào)】CN104831622
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510250797
【發(fā)明人】王景全, 李帥, 郭大偉
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月15日