专利名称：形状记忆合金管网抗震加固方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及管道技术，具体说就是一种形状记忆合金管网抗震加固方法及其装置。
背景技术：
随着经济和社会的发展以及城市化进程加快，我国人口和财富都逐步向城市集 中，城市在遭受强烈地震灾害时，将不可避免地出现重大损失。管网是城市运行的重要基础 设施，承担了工业和民用供水、供气、供油和排污等运载功能，为工业生产及人们的日常生 活运送各种资源，如同城市的血液循环系统。生命线管网系统一旦遭到地震破坏，整个城市 的运转就将停止，从而带来巨大的不可估量经济损失。自从1971年以来世界各国发生的多 次大地震，例如 1971 年 SanFernando 地震、1986 年Palm Springs 地震、1989 年Loma Prieta 地震、1994年Northridge地震、1995年Kobe地震等，都对城市生命线工程和管网系统造成 严重的地震灾害。上述地震灾害表明，由地震所造成的直接经济损失远没有间接经济损失 严重，而造成间接经济损失的原因很大一部分又要归咎于城市生命线系统的脆弱。有效地 提高生命线系统的安全是一项意义极为深远的工作。与此同时，我国处于几大板块交界处， 是世界公认的地震高发地区。自从08年5月12日汶川特大地震以来，我国又发生多次地 震，专家预测中国即将进入下一个地震高发期。由此可见，对城市生命线系统，尤其是既有 管网进行抗震加固和改造迫在眉睫。世界发达国家尤其是美国，早在1971年San Fernando地震后就开始着手进行生 命线系统，包括城市管网的抗震加固。先后成立了十余个相关组织及部门开展管网的抗震 加固研究，并在工程实践应用中取得了较好的效果。Sim和Siien研究发现，对于非焊接连 接管道而言，80%管道的破坏与管道的连接处破坏有关，所以管道的加固是减少管道地震 破坏的最有效方法。目前对于管道加固方法主要有两种一种是加强连接强度，增强其抵抗 能力，但该方法易造成连接部位的脆性破坏；另一种方法是将连接形式设定为柔性连接，在 地震过程中可以产生较大的变形，从而将主要的变形集中在管道的连接处，保护了管道本 身的破坏。但该方法由于变形集中在管道接口处，易造成管道接口变形过大，引起泄漏等问 题。结构振动控制和智能材料的发展为土木工程结构抗震加固提供了新的技术途径。 土木工程中主要的控制方法有主动控制、被动控制与智能控制。形状记忆合金是一种具有 感知、驱动和自复位等多种力学性能的新型功能材料。其中处于奥氏体状态的形状记忆合 金具有超弹性特性，当其最大变形不超过8%时，材料变形完全可以自动恢复。由于形状记 忆合金超弹性特性的良好自复位功能，是一种对结构进行抗震加固的优良材料。形状记忆 合金材料在航空航天、机械、医用和土木工程等领域都得到了广泛的应用，其中在土木建筑 工程领域开发了多种自复位结构振动控制装置，是一种具有广泛前景的智能材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减小地震下管道的拉应力和弯曲应力、耗散地震输入的能量、减小管网的地震反应、保护管网在地震作用下不发生损伤破坏的形状记忆合金管 网抗震加固方法装置。本发明的目的是这样实现的所述的形状记忆合金管网抗震加固装置，它是由管 道、固定连接件法兰、管道法兰、管道连接螺栓、形状记忆合金棒和形状记忆合金棒连接螺 栓组成的，管道连接管道法兰，管道法兰连接管道连接螺栓，固定连接件法兰位于管道法兰 两侧，固定连接件法兰连接形状记忆合金棒，形状记忆合金棒连接形状记忆合金棒连接螺 栓。所述的一种形状记忆合金管网抗震加固方法，步骤如下第一步选择IOmm厚的Q235钢板，制作形状记忆合金棒固定连接件，连接件的内 径与管道外径相等，外径不小于内径加上8cm，根据形状记忆合棒的数量，连接件沿外径周 边对称开孔，孔径大小与形状记忆合棒的直径相等；第二步选择直径范围在10_30mm的奥氏体NiTi形状记忆合金细棒，通过机械加 工在形状记忆合金棒两端形成螺纹；第三步将固定连接件与管道管壁焊接固定，将形状记忆合金棒穿入连接件连接 孔，并通过螺栓进行紧密固定。本发明形状记忆合金管网抗震加固方法及其装置，利用形状记忆合金的超弹性大 变形自复位功能，以及在大变形作用下的耗能能力，减小地震下管道的拉应力和弯曲应力， 耗散地震输入的能量，减小管道的地震反应，以保护管道在地震作用下不发生损伤破坏。在 地震结束后，由于形状记忆合金具有自复位能力，本发明将使管道的变形得到自动复位，不 需任何维修和替换。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明作进一步说明。实施例1 结合图1，本发明一种形状记忆合金管网抗震加固方法采用的装置是由 管道(1)、固定连接件法兰O)、管道法兰(3)、管道连接螺栓G)、形状记忆合金棒( 和形 状记忆合金棒连接螺栓(6)组成的，管道(1)连接管道法兰(3)，管道法兰C3)连接管道连 接螺栓G)，固定连接件法兰( 位于管道法兰C3)两侧，固定连接件法兰( 连接形状记 忆合金棒(5)，形状记忆合金棒( 连接形状记忆合金棒连接螺栓(6)。实施例2 结合图1，本发明包含管道法兰两端固定连接件以及在奥氏体状态下的 NiTi形状记忆合金细棒。其中形状记忆合金棒的直径和数量根据管道的大小以及抗震设防 目标进行设计。固定连接件与管道焊接固定，在连接件上根据形状记忆合金棒的数量对称 开孔，并将形状记忆合金棒与连接件进行螺栓固定。本发明主要针对管道的抗震加固，其主要的思想是借助形状记忆合金超弹性特性 的大变形和自复位能力，可以更好地保护管道在震害中不受损害，所以在整个地震过程中 极大提高生命线系统正常工作的可能性，也会减少诸如天然气泄漏造成大爆炸所带来的次 生灾害的危险；而在震后，借助其可自动恢复的能力，可以在很短时间内自动复位，从而消 除了由于长时间的管道修复所给经济发展带来的巨大损失。
实施例3 本发明形状记忆合金管网抗震加固方法，技术方案通过以下三个步骤 实现第一步选择不小于IOmm厚的Q235钢板，制作形状记忆合金棒固定连接件。连接 件的内径与管道外径相等，外径不小于内径加上8cm。根据形状记忆合棒的数量，连接件沿 外径周边对称开孔，孔径大小与形状记忆合棒的直径相等。第二步选择直径范围在10_30mm的奥氏体NiTi形状记忆合金细棒，通过机械加 工在形状记忆合金棒两端形成螺纹。第三步将固定连接件与管道管壁焊接固定，将形状记忆合金棒穿入连接件连接 孔，并通过螺栓进行紧密固定。形状记忆合金管网抗震加固装置的工作原理在地震作用下，管道受到拉力作用时，同时引起形状记忆合金棒的张拉，形状记忆 合金棒将对管道提供拉力，限制管道的轴向变形。同时，如果地震对管道产生弯曲变形，则 管道受拉区域布置的形状记忆棒也同时受拉，其拉力也抑制管道的弯曲变形，减小结构的 损伤破坏。同时形状记忆合金材料的自复位功能，将使管道能够在震后复位到原始状态。形 状记忆合金棒在变形过程中，也耗散地震输入的能量，减小管道的地震反应。
权利要求
1.一种形状记忆合金管网抗震加固装置，它是由管道(1)、固定连接件法兰O)、管道 法兰(3)、管道连接螺栓G)、形状记忆合金棒( 和形状记忆合金棒连接螺栓(6)组成的， 其特征在于管道(1)连接管道法兰(3)，管道法兰C3)连接管道连接螺栓(4)，固定连接件 法兰( 位于管道法兰C3)两侧，固定连接件法兰( 连接形状记忆合金棒(5)，形状记忆 合金棒( 连接形状记忆合金棒连接螺栓(6)。
2.一种由权利要求1所述形状记忆合金管网抗震加固装置实现的方法，其特征在于 步骤如下第一步选择IOmm厚的Q235钢板，制作形状记忆合金棒固定连接件，连接件的内径与 管道外径相等，外径不小于内径加上8cm，根据形状记忆合棒的数量，连接件沿外径周边对 称开孔，孔径大小与形状记忆合棒的直径相等；第二步选择直径范围在10-30mm的奥氏体Ni Ti形状记忆合金细棒，通过机械加工在 形状记忆合金棒两端形成螺纹；第三步将固定连接件与管道管壁焊接固定，将形状记忆合金棒穿入连接件连接孔，并 通过螺栓进行紧密固定。
全文摘要
本发明提供一种减小地震下管道的拉应力和弯曲应力、耗散地震输入的能量、减小管网的地震反应、保护管网在地震作用下不发生损伤破坏的形状记忆合金管网抗震加固方法及其装置。它是由管道、固定连接件法兰、管道法兰、管道连接螺栓、形状记忆合金棒和形状记忆合金棒连接螺栓组成的，管道连接管道法兰，管道法兰连接管道连接螺栓，固定连接件法兰位于管道法兰两侧，固定连接件法兰连接形状记忆合金棒，形状记忆合金棒连接形状记忆合金棒连接螺栓。本发明耗散地震输入能量，减小管道地震反应，保护管道在地震作用下不发生损伤破坏。在地震结束后，由于形状记忆合金具有自复位能力，使管道的变形得到自动复位，不需任何维修和替换。
文档编号F16L27/10GK102095040SQ201010585958
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者李惠, 郭安薪, 高宇 申请人:哈尔滨工业大学