一种多向拉伸复合阻尼耗能装置的制作方法

1.本发明涉及一种提高结构构件自复位能力的多向拉伸复合阻尼耗能装置，属于房屋改造加固和防灾减灾技术领域。


背景技术：

2.传统混凝土结构通常需要将底部固定于基础之上，在遭受强风、强震、爆炸等荷载作用下结构本身会发生变形，底部形成塑性铰，并依靠自身塑性变形耗散能量，导致结构会产生不可恢复的残余变形，留下永久损伤。具有自复位功能的结构通过更换构件之间的连接方式，放松了构件之间的固定连接，提高了结构整体的变形能力，有效防止了结构中抗侧力构件发生非弹性变形。
3.随着技术水平的不断提高，利用结构添加外部元件的方式提高结构构件的自复位耗能能力，已经成为近年来改善结构韧性的有效手段。形状记忆合金(shape memory alloy，简称sma)具有超弹性能好、抗老化、可靠性高、耐久性强等优点常用于结构构件的装置中，能够协助构件恢复变形，但可以提供的耗能能力有限。粘弹性材料耗能好，适应的频率范围宽，工作性能稳定，在结构减震防灾中应用广泛，但由于粘弹性材料变形后自恢复能力差，存在一定的残余变形。
4.综上，现有技术的阻尼装置多为单一耗能机制，面对荷载的随机多变性，在使用中存在一定的局限性。因此，研究具有自复位功能的复合耗能阻尼装置具有工程实际意义。


技术实现要素：

5.为了减小结构构件振动之后引起的残余变形，提高结构整体的减振耗能能力本发明提供了一种多向拉伸复合阻尼耗能装置，用以克服现有技术存在的缺陷。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.一种多向拉伸复合阻尼耗能装置，包括外套筒、内套筒、粘弹性耗能材料和弹簧，
8.所述外套筒与内套筒均由两个对称的半套筒固接组成，内套筒位于外套筒内，内、外套筒的筒壁之间沿径向连接有数根sma丝束，所述sma丝束的两端伸出筒壁并用螺母固定，
9.所述外套筒的上、下端的中间位置均设有限位槽，所述限位槽的内壁沿轴向开设有数个限位孔，上、下两个限位槽内均安装有弹簧，
10.所述内套筒的筒壁周面的上、下端分别设有数个短柱，所述短柱伸入限位孔内并可相对限位孔上下移动，外套筒上端限位槽内的弹簧套设在内套筒的周面上，所述弹簧的两端抵压在短柱和外套筒的上端面上，位于外套筒下端限位槽内的弹簧的两端抵压在内套筒的底部与外套筒的下端面上，
11.所述粘弹性耗能材料固定于外套筒的限位槽内壁与内套筒的筒壁之间。
12.进一步，所述sma丝束由上至下分布有数层，每一层的sma丝束沿外套筒的径向均匀分布。
13.进一步，每一层的sma丝束有六根。
14.进一步，所述限位孔的位置沿限位槽内壁的周向均匀分布，所述短柱的数量与限位孔的数量一致，短柱的位置沿内套筒筒壁的周向均匀分布。
15.进一步，所述外套筒的形状为圆柱，所述内套筒的形状为六棱柱。
16.进一步，所述内、外套筒的半套筒的两边分别设有翼缘，两个对称的半套筒翼缘之间通过螺母和螺帽固接。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
18.1、本发明采用sma丝束的拉伸变形和粘弹性耗能材料的剪切变形实现摇摆构件所需要的自复位能力和高耗能能力，协同发挥两种材料的优势，实现双向的sma丝束拉伸变形，有效提高sma丝束的拉伸效率，同时复合粘弹性耗能材料，具有自复位和耗能减震作用，提高整体装置的耗能能力。
19.2、利用本发明的装置，当两端连接的构件产生相对位移时，在sma丝束拉伸变形的同时粘弹性材料剪切耗能。扩大了耗能装置的适用范围。整个装置为对称结构可以承受扭转和轴向变形，受力性能稳定。
20.3、本发明可以根据实际情况调整sma丝束数量和粘弹性材料厚度，适用范围广泛；具有构造简单，便于维修等优点。
附图说明
21.图1为本发明的多向拉伸复合阻尼耗能装置的正视图。
22.图2为本发明的多向拉伸复合阻尼耗能装置的俯视图。
23.图3为沿图1中a-a处的剖面图。
24.图4为沿图3中b-b处的剖面图。
25.图5为沿图1中c-c处的剖面图。
具体实施方式
26.以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。根据下面的说明，本发明的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的优选实施例，而不是全部的实施例。
27.结合图1至图3所示，一种多向拉伸复合阻尼耗能装置，包括金属材质制成的外套筒1、内套筒2、粘弹性耗能材料5和弹簧6。
28.所述外套筒1与内套筒2均由两个对称的半套筒固接组成，内套筒2位于外套筒1内。作为优选，所述内、外套筒的半套筒的两边分别设有翼缘1c，两个对称的半套筒的翼缘之间可通过螺母7和螺杆8固接。
29.内、外套筒的筒壁之间沿径向连接有数根sma丝束3，所述sma丝束3的两端伸出筒壁并用螺母固定，通过螺母调整松紧程度，实现sma丝束3的预拉和固定。参考图3和图5，所述sma丝束3由上至下分布有数层，每一层的sma丝束3共有六根，沿外套筒的径向均匀分布。
30.所述外套筒1的上、下端的中间位置均设有限位槽1a，所述限位槽的内壁沿轴向开设有数个限位孔1b，上、下两个限位槽内均安装有弹簧6。参考图3与图4，所述限位孔1b的位置沿限位槽内壁的周向均匀分布，所述短柱2a的数量与限位孔的数量一致，短柱2a的位置
沿内套筒筒壁的周向均匀分布。
31.所述内套筒2的筒壁周面的上、下端分别设有数个短柱2a，所述短柱2a伸入限位孔1b内并可相对限位孔上下移动，外套筒上端限位槽内的弹簧套设在内套筒2的周面上，所述弹簧6的两端抵压在短柱和外套筒的上端面上，位于外套筒下端限位槽内的弹簧的两端抵压在内套筒的底部与外套筒的下端面上。所述粘弹性耗能材料5固定于外套筒1的限位槽内壁与内套筒的筒壁之间。
32.当外套筒1和内套筒2之间产生相对位移时，分布在两个套筒之间的sma丝束3产生拉伸变形、粘弹性材料5产生剪切变形，内套筒2上、下两端的短柱2a在外套筒1顶部、底部的限位孔中滑动，同时分别压缩或拉伸两端的弹簧6，此时sma丝束3、粘弹性材料5和弹簧6同时工作，为整个装置提供自复位能力、耗能能力和附加刚度。
33.结合图5所示，所述外套筒1的形状为圆柱，所述内套筒2的形状为六棱柱。
34.本发明还可以通过改变sma丝束3数量和粘弹性材料5的厚度调整所述装置的力学性能，使得所述装置的应用范围更加广泛。
35.与现有技术相比，本发明兼具自复位和耗能减震作用，可以承受扭转和轴向变形，受力性能稳定，适用范围广泛；具有构造简单，便于维修等优点。
36.以上所述，仅是本发明优选实施例的描述说明，并非对本发明保护范围的限定，显然，任何熟悉本领域的技术人员基于上述实施例，可轻易想到替换或变化以获得其他实施例，这些均应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种多向拉伸复合阻尼耗能装置，其特征在于：包括外套筒、内套筒、粘弹性耗能材料和弹簧，所述外套筒与内套筒均由两个对称的半套筒固接组成，内套筒位于外套筒内，内、外套筒的筒壁之间沿径向连接有数根sma丝束，所述sma丝束的两端伸出筒壁并用螺母固定，所述外套筒的上、下端的中间位置均设有限位槽，所述限位槽的内壁沿轴向开设有数个限位孔，上、下两个限位槽内均安装有弹簧，所述内套筒的筒壁周面的上、下端分别设有数个短柱，所述短柱伸入限位孔内并可相对限位孔上下移动，外套筒上端限位槽内的弹簧套设在内套筒的周面上，所述弹簧的两端抵压在短柱和外套筒的上端面上，位于外套筒下端限位槽内的弹簧的两端抵压在内套筒的底部与外套筒的下端面上，所述粘弹性耗能材料固定于外套筒的限位槽内壁与内套筒的筒壁之间。2.根据权利要求1所述的多向拉伸复合阻尼耗能装置，其特征在于：所述sma丝束由上至下分布有数层，每一层的sma丝束沿外套筒的径向均匀分布。3.根据权利要求2所述的多向拉伸复合阻尼耗能装置，其特征在于：每一层的sma丝束有六根。4.根据权利要求1所述的多向拉伸复合阻尼耗能装置，其特征在于：所述限位孔的位置沿限位槽内壁的周向均匀分布，所述短柱的数量与限位孔的数量一致，短柱的位置沿内套筒筒壁的周向均匀分布。5.根据权利要求1所述的多向拉伸复合阻尼耗能装置，其特征在于：所述外套筒的形状为圆柱，所述内套筒的形状为六棱柱。6.根据权利要求1所述的多向拉伸复合阻尼耗能装置，其特征在于：所述内、外套筒的半套筒的两边分别设有翼缘，两个对称的半套筒翼缘之间通过螺杆和螺母固接。

技术总结
本发明公开了一种多向拉伸复合阻尼耗能装置，涉及房屋改造加固技术和防灾减灾领域，旨在解决现有房屋加固、残余变形大、构件损伤严重等问题。该组合耗能包括外套筒、内套筒、SMA丝束、粘弹性耗能材料、弹簧和螺母。本发明采用SMA丝束的拉伸变形和粘弹性耗能材料的剪切变形实现摇摆构件所需要的自复位能力和高耗能能力，协同发挥两种材料的优势，实现双向的SMA丝束拉伸变形，有效提高SMA丝束的拉伸效率，同时复合粘弹性耗能材料，具有自复位和耗能减震作用，提高整体装置的耗能能力。提高整体装置的耗能能力。提高整体装置的耗能能力。


技术研发人员：张富文 张偲严 李向民 许清风 王卓琳 冷予冰
受保护的技术使用者：上海建科预应力技术工程有限公司
技术研发日：2022.11.11
技术公布日：2023/1/12