形狀記憶合金滾動(dòng)水平—豎向多維隔震支座的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利屬于土木工程結(jié)構(gòu)隔震減震技術(shù)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及形狀記憶合金滾動(dòng)水平一豎向多維隔震支座。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，工程結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震作用下容易發(fā)生破壞甚至倒塌。近年來，世界范圍內(nèi)強(qiáng)烈地震頻繁發(fā)生，對(duì)各國(guó)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響。這些破壞巨大、影響深遠(yuǎn)的地震標(biāo)志著世界已經(jīng)進(jìn)入了地震活躍期。因此，研究更安全高效、更經(jīng)濟(jì)可靠的建筑結(jié)構(gòu)隔震體系成為抗震領(lǐng)域的重要課題。
[0003]但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)隔震技術(shù)的研究主要停留在單純水平方向的隔震，對(duì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)多維水平隔震和豎向隔震的研究還不多見。通過大量的地震記錄統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，豎向地震峰值加速度與水平地震加速度比值1/2?2/3，并且已經(jīng)獲得豎向加速度分量達(dá)到甚至超過水平加速度分量的地震記錄。而大量的震害表明，豎向地震作用有時(shí)甚至超過水平地震作用，其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響不容忽視。
[0004]現(xiàn)今，普通疊層橡膠支座是比較成熟的隔震技術(shù)，由于其隔震性能顯著等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了廣泛應(yīng)用。但是隨著研究的深入和實(shí)踐的增多，普通疊層橡膠支座暴露出一些不足。目前，普通疊層橡膠支座的變形模量較低，水平變形大且大變形后支座變形難于復(fù)位;阻尼較小、耗能能力差，尤其上部結(jié)構(gòu)和隔震層的相對(duì)變形較大;普通疊層橡膠支座不具備豎向隔震的能力;普通疊層橡膠支座還存在易老化、易腐蝕等問題。形狀記憶合金作為一種全新的功能材料，具有獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)、優(yōu)良的阻尼性能、抗疲勞性能和耐腐蝕性能，適合用于新型隔震、減震裝置的開發(fā)。
[0005]公開號(hào)為CN2905932Y的中國(guó)實(shí)用新型專利公開了一種水平一豎向復(fù)合隔震裝置，該實(shí)用新型由鉛芯橡膠支座隔振器和豎向隔震器組成，豎向隔震器由中心主碟形彈簧組、輔助碟形彈簧組并聯(lián)組成;其中，中心主碟形彈簧組置于中心部位，輔助碟形彈簧組的中心均布以中心主碟形彈簧組內(nèi)部設(shè)置有主碟形彈簧組導(dǎo)向筒，輔助碟形彈簧組內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)向筒，中心主碟形彈簧組和輔助碟形彈簧組的碟形彈簧組上部均有壓套。該裝置具有的同時(shí)隔離水平和豎向地震的能力。但是該支座為了提高豎向承載力和豎向變形能力，使用了多組平行布置的碟形彈簧，且各組碟形彈簧高度較大，易產(chǎn)生搖擺導(dǎo)致傾覆，削弱支座的多維隔震效果。
[0006]公開號(hào)為CN 103899705A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種復(fù)合形狀記憶合金阻尼器，包括上連接鋼板、下連接鋼板、核心耗能元件、上帶孔鋼柱、下帶孔鋼柱，核心耗能元件固定在上連接板和下連接鋼板之間，上連接鋼板和下連接鋼板的邊數(shù)相同，上連接鋼板的各個(gè)頂點(diǎn)上安裝上帶孔鋼柱，上帶孔鋼柱和下帶孔鋼柱均位于上連接鋼板和下連接鋼板之間，相鄰的兩個(gè)上帶孔鋼柱位于其之間的下帶孔鋼柱通過上帶孔鋼柱和下帶孔鋼柱上的孔穿過形狀記憶合金絲束，形狀記憶合金絲束通過夾具與上帶孔鋼柱固定。但是該阻尼器僅適用于單一方向的耗能，難以實(shí)施水平、豎向多維隔震，同時(shí)，阻尼器采用形狀記憶合金絲，在強(qiáng)震作用下易發(fā)生損傷。
[0007]公開號(hào)為CN 203256901U的中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)公開了一種形狀記憶合金減震耗能支座，該實(shí)用新型由橡膠元件，上層連接鋼板，下層連接鋼板，形狀記憶合金絲束，光滑圓環(huán)和滑輪組成，橡膠元件與上層連接鋼板和下層連接鋼板連接，下層連接鋼板與固定參考系連接，上層連接鋼板與承載物連接，光滑圓環(huán)均勻分布焊接在上層連接鋼板和下層連接鋼板上，滑輪套在光滑圓環(huán)上，形狀記憶合金絲束、滑輪通過光滑圓環(huán)布置在支座四周。但是該支座在強(qiáng)震作用下支座提供大輸出力、大輸出位移的能力不足，且無法實(shí)現(xiàn)水平、豎向多維隔震。
[0008]公開號(hào)為CN 102839750A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種軟鋼一滾動(dòng)隔震支座，支座上部為蓋板結(jié)構(gòu)，上部連接板與上座板連接，上座板與滾動(dòng)板的立柱部分連接，連接形成整體組成蓋板結(jié)構(gòu)。滾動(dòng)板支承于滾珠上，滾珠放置于底部的座槽中，座槽為滾珠提供滾動(dòng)空間，使?jié)L珠能在底部座槽中自由滾動(dòng)。上座板與滾動(dòng)板之間形成貫通的空腔，抗拔蓋板的上部板在水平移動(dòng)時(shí)能夠插入此空腔之間，抗拔蓋板下部板與座槽之間固定連接。座槽位于抗拔蓋板下部形成的空腔內(nèi)部。在上部連接板和抗拔蓋板的四角處分別放置一個(gè)軟鋼棒。由于該支座采用的軟鋼，變形后難以復(fù)位。此外，該支座不具備水平一豎向隔震的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種形狀記憶合金滾動(dòng)水平一豎向多維隔震支座，并且該支座的特點(diǎn)為阻尼能力強(qiáng)、性能可靠、可自復(fù)位。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。
[0011]本發(fā)明提供了形狀記憶合金滾動(dòng)水平一豎向多維隔震支座，該支座包括上部蓋板、水平形狀記憶合金棒、豎直形狀記憶合金棒、下部蓋板、底板;該支座包括水平隔震子系統(tǒng)和豎向隔震子系統(tǒng)，水平隔震子系統(tǒng)由下部蓋板、底板、滾珠和豎直形狀記憶合金棒組成，豎向隔震子系統(tǒng)包括上部蓋板、側(cè)向板和水平形狀記憶合金棒；
所述上部蓋板包括頂板和中心筒，所述下部蓋板包括蓋板和側(cè)向板；
所述頂板上側(cè)與連接螺栓固定連接，所述頂板下側(cè)與所述中心筒固定連接;所述中心筒的每個(gè)側(cè)表面上固定連接所述水平形狀記憶合金棒(Shape Memory Alloy，SMA，以下簡(jiǎn)稱SMA棒)，每個(gè)所述水平SMA棒另一端與所述側(cè)向板固定連接，所述側(cè)向板固定在所述蓋板上，所述蓋板底部四周等距與所述豎直SMA棒固定連接，S卩(且)每個(gè)所述SMA棒與相鄰的兩個(gè)SMA棒之間的距離相等，所述豎直SMA棒另一端與所述底板固定連接，所述底板底部與連接螺栓固定連接。
[0012]SMA具有很好的抗阻尼作用，SMA棒的輸出力和輸出位移明顯高于SMA絲束或由SMA絲束絞制形成的絞線，同時(shí)，水平SMA棒和豎直SMA棒共同作用，能夠同時(shí)抵抗水平振動(dòng)和豎向振動(dòng)。
[0013]水平、豎向多維地震作用下，水平隔震系統(tǒng)上下連接板之間、豎向隔震系統(tǒng)的中心筒與側(cè)板之間均發(fā)生相互錯(cuò)動(dòng)，與此相應(yīng)，豎直布置和水平布置的SMA棒在該過程中均產(chǎn)生彎曲變形，并提供復(fù)位所需的恢復(fù)力。在小變形的情況下，受彎SMA棒可利用線彈性階段的恢復(fù)力實(shí)現(xiàn)復(fù)位;在大變形的情況下，受彎SMA棒輸出非線性恢復(fù)力形成滯回效應(yīng)進(jìn)行耗能，同時(shí)可提供復(fù)位功能。在隔震支座中使用受彎狀態(tài)的SMA棒，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在SMA棒安裝方便，在工作過程中將其固定后可保證其與地震力方向正交即可。拉壓受力狀態(tài)下的SMA棒往往需要配合構(gòu)造復(fù)雜的連接裝置以避免其在受壓狀態(tài)下發(fā)生屈曲，同時(shí)，SMA棒在軸向具有極高的強(qiáng)度，在外力作用下難以產(chǎn)生變形，導(dǎo)致支座不工作。小尺寸的SMA絲(一般直徑I?2mm)只能承受拉力，在實(shí)際應(yīng)用中需要經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)拉伸方可使用，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)拉伸并保證預(yù)拉伸不喪失的裝置具有更為復(fù)雜的構(gòu)造設(shè)計(jì)方案。發(fā)生地震動(dòng)時(shí)，水平地震分量主要使所述豎直SMA棒發(fā)生彎曲變形，在變形的過程的中消耗能量，實(shí)現(xiàn)水平隔震部分的振動(dòng)控制。在此期間，水平地震能量已大量消耗，支座豎向隔震部分的中心筒、側(cè)板及水平SMA棒隨蓋板產(chǎn)生剛體平動(dòng)，因此，水平地震動(dòng)幾乎不會(huì)對(duì)豎向隔震部分的工作產(chǎn)生影響。同時(shí)，豎向地震分量使中心筒上下移動(dòng)，使所述水平SMA棒發(fā)生彎曲變形并消耗能量，而所述豎直SMA棒由于自身軸向強(qiáng)度極高僅發(fā)生極小的拉壓變形，不會(huì)對(duì)豎向隔震部分的工作產(chǎn)生顯著的影響。
[0014]優(yōu)選的是，所述蓋板底部設(shè)有凹槽，所述凹槽內(nèi)有多個(gè)所述滾珠。
[0015]上述任一方案中優(yōu)選的是，所述滾珠能在所述底板上滾動(dòng)。
[0016]上述任一方案中優(yōu)選的是，所述多個(gè)滾珠在所述凹槽內(nèi)可多方向滾動(dòng)，從而帶動(dòng)所述凹槽及其上部分運(yùn)動(dòng)，同時(shí)所述蓋板底部設(shè)有凹槽，所述滾珠位于凹槽內(nèi)，并與所述底板接觸，凹槽對(duì)所述滾珠的滾動(dòng)范圍起到一定的限制作用，從而達(dá)到聚攏滾珠實(shí)現(xiàn)水平方向隔震的目的。且所述凹槽對(duì)所述滾珠在所述底板上移動(dòng)的控制，能有效配合所述豎直SMA棒進(jìn)行耗能及復(fù)位。
[0017]上述任一方案中優(yōu)選的是，所述中心筒的橫截面為矩形，S卩，所述中心筒具有四個(gè)側(cè)表面。
[0018]上述任一方案中優(yōu)選的是，所述中心筒的橫截面為正六邊形，S卩，所述中心筒具有六個(gè)側(cè)表面。
[0019]中心筒的形狀，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇，例如，若需要四個(gè)側(cè)面安裝SMA棒，那么，可選擇矩形截面的中心筒，并且，所述頂板、蓋板及底板的形狀也可以因此作出相應(yīng)的改變。
[0020]上述任一方案中優(yōu)選的是，所述中心筒的每個(gè)側(cè)表面上固定連接至少一個(gè)所述水平SMA棒。所述水平SMA棒可根據(jù)具體工程需要選擇安裝數(shù)量。
[0021]上述任一方案中優(yōu)選的是，所述中心筒的每個(gè)側(cè)表面上固定連接三個(gè)所述水平SMA棒，這三個(gè)水平SMA棒排成一列或一排。
[0022]上述任一方案中優(yōu)選的是，所述中心筒的每個(gè)側(cè)表面上固定連接四個(gè)所述水平SMA棒，這四個(gè)水平SMA棒形成矩形。
[0023]上述任一方案中優(yōu)選的是，所述中心筒的每個(gè)側(cè)表面上固定連接六個(gè)所述水平SMA棒，這六個(gè)水平SMA棒兩列或兩排