本發(fā)明涉及一種sma耗能器-無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，可用于自復(fù)位結(jié)構(gòu)或有特殊要求的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

sma(shapememoryalloy,簡稱sma)是一種兼有感知和驅(qū)動(dòng)功能的金屬材料,具有形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)、阻尼效應(yīng)、電阻特性,還具有強(qiáng)度高、塑性好、抗腐蝕、疲勞壽命長等優(yōu)異特性。目前多種形式的sma耗能器、棒材、筋材等已在土木工程結(jié)構(gòu)中得到了應(yīng)用。

自復(fù)位結(jié)構(gòu)是指在地震作用下結(jié)構(gòu)首先發(fā)生一定的彎曲變形，超過一定限值后發(fā)生搖擺，通過預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)回復(fù)到原有位置。目前，自復(fù)位結(jié)構(gòu)包括自復(fù)位橋墩，自復(fù)位鋼筋混凝土框架，自復(fù)位鋼框架，自復(fù)位剪力墻等。但現(xiàn)有關(guān)于自復(fù)位結(jié)構(gòu)的研究表明，盡管采用預(yù)應(yīng)力體系的搖擺結(jié)構(gòu)可有效緩解地震力作用下結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)破壞，但與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，自復(fù)位結(jié)構(gòu)的耗能能力不足，雖然通過設(shè)置一些外置耗能器可以一定程度上改善耗能，但如何更有效地提高其耗能能力仍舊是自復(fù)位結(jié)構(gòu)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種采用sma耗能器的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，將sma耗能器與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力部分組合，由預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)力變化促使sma耗能器產(chǎn)生非線性彈性變形，為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件提供耗能；利用sma形狀記憶效應(yīng)，驅(qū)動(dòng)預(yù)應(yīng)力筋體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的主動(dòng)控制。

本發(fā)明采用的具體實(shí)施方式是：

一種sma耗能器-無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，由無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力部分和sma耗能器組成。

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力部分是采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋、鋼絞線或frp筋及相應(yīng)錨具中的一種。

sma耗能器2包括sma元件、連接器、剛性套筒及sma加熱裝置；sma元件兩端與連接器連接，將sma元件和連接器共同置于剛性套筒內(nèi)部；預(yù)應(yīng)力筋通過連接器與sma元件相連；sma元件兩端連接加熱裝置，加熱裝置通過外置預(yù)留導(dǎo)線通電加熱。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1.將sma耗能器與預(yù)應(yīng)力筋體系串聯(lián)，可使sma處于預(yù)拉狀態(tài)，同時(shí)利用預(yù)應(yīng)力筋的形變誘發(fā)sma的非線性彈性變形，sma耗能效率更高，能更有效地改善結(jié)構(gòu)的耗能能力。

2.該耗能器同時(shí)可作為驅(qū)動(dòng)器，利用sma的形狀記憶效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的主動(dòng)控制，可更有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的修復(fù)以及對(duì)結(jié)構(gòu)的殘余變形的損傷控制，彌補(bǔ)自復(fù)位結(jié)構(gòu)中因其他偶然因素引起的預(yù)應(yīng)力損失。

3.預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在使用過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失，在正常使用階段，通過sma形狀記憶效應(yīng)可彌補(bǔ)構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失，保證結(jié)構(gòu)的功能性。

4.利用sma的形狀記憶效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)震后損傷結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的主動(dòng)修復(fù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是實(shí)施例1的自復(fù)位框架示意圖。

圖3是實(shí)施例2的自復(fù)位橋墩示意圖。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步說明本發(fā)明的工作機(jī)理、突出其功能性，參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種sma耗能器-無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，由無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力部分1和sma耗能器2組成。

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力部分是采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋、鋼絞線或frp筋及相應(yīng)錨具1-2中的一種。

sma耗能器2包括sma元件2-1、連接器2-2、剛性套筒2-3及sma加熱裝置2-4；sma元件兩端與連接器連接，將sma元件和連接器共同置于剛性套筒2-3內(nèi)部；預(yù)應(yīng)力筋1-1通過連接器2-2與sma元件2-1相連；sma元件兩端連接加熱裝置2-4，加熱裝置2-4通過外置預(yù)留導(dǎo)線通電加熱。

sma元件2-1采用sma絲材、棒材或筋材中一種，極限荷載小于預(yù)應(yīng)力筋屈服荷載，在極限狀態(tài)下，sma元件首先產(chǎn)生較大的非線性彈性變形。

預(yù)應(yīng)力筋1-1與sma耗能器兩者通過連接器形成串聯(lián)體系，后張法施加預(yù)應(yīng)力后sma元件處于預(yù)拉狀態(tài)。

sma元件采用sma絲材、棒材或筋材。

連接器具構(gòu)造體形式根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋與sma元件構(gòu)造形式和數(shù)量確定，連接器能夠配合現(xiàn)有螺絲端桿錨、墩頭錨、錐形錨、夾片錨的錨具使用；連接器可以滿足強(qiáng)度、剛度及變形方面的要求。

套筒內(nèi)部具有行程空間，允許sma元件產(chǎn)生預(yù)定的變形量。

加熱裝置2-4采用多種加熱機(jī)理實(shí)現(xiàn)對(duì)sma元件的升溫，具體是采用直流電源直接通電加熱或采用sma表面布置電阻絲通電加熱。

套筒外部設(shè)有sma通電加熱裝置2-4，內(nèi)部與sma相連，外部連接構(gòu)件表面，在對(duì)構(gòu)件實(shí)施主動(dòng)控制時(shí)，可直接接通外部直流電源對(duì)sma元件加熱，觸發(fā)其形狀記憶效應(yīng)。

sma耗能器2在構(gòu)件中的布置位置及數(shù)量可根據(jù)設(shè)計(jì)使用要求確定，盡量將其布置于構(gòu)件預(yù)設(shè)破壞位置，譬如梁柱塑性鉸部位，以充分發(fā)揮其對(duì)構(gòu)件耗能及主動(dòng)控制的作用。

本發(fā)明的保護(hù)范圍包括但不限于上述具體實(shí)施方式的產(chǎn)品和樣式，任何符合本發(fā)明權(quán)利要求書的sma-預(yù)應(yīng)力筋體系且任何所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)其所做的適當(dāng)變化或修飾，都應(yīng)落在本專利的保護(hù)范圍。

實(shí)施例

如圖2所示，一混凝土自復(fù)位框架，梁內(nèi)設(shè)置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，在梁塑性鉸部位預(yù)應(yīng)力筋體系中設(shè)置該sma耗能器，在地震作用下，因耗能器內(nèi)sma首先產(chǎn)生非線性彈性變形，可使相應(yīng)部位的梁產(chǎn)生塑性鉸，往復(fù)荷載作用下，塑性鉸部位的耗能器可最大限度地為該框架提供耗能，震后，通過梁體外預(yù)留接口加熱耗能器，實(shí)現(xiàn)對(duì)框架結(jié)構(gòu)的主動(dòng)修復(fù)。

如圖3所示，一混凝土自復(fù)位節(jié)段拼裝橋墩，采用后張法無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋連接柱身各節(jié)段，在柱上下根部潛在塑性鉸區(qū)域預(yù)應(yīng)力筋體系中設(shè)置該sma耗能器，在地震作用下，此區(qū)域節(jié)段變形最為嚴(yán)重，該節(jié)段內(nèi)部耗能器的耗能效率較其他位置處更高，震后，通過通電加熱sma，可使預(yù)應(yīng)力體系產(chǎn)生回復(fù)力，進(jìn)一步減小柱體的殘余變形。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種SMA耗能器?無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，由無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力部分和SMA耗能器組成；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力部分由預(yù)應(yīng)力筋和錨具連接組成；SMA耗能器包括SMA元件、連接器、剛性套筒及SMA加熱裝置；SMA元件兩端與連接器連接，將SMA元件和連接器共同置于剛性套筒內(nèi)部；預(yù)應(yīng)力筋通過連接器與SMA元件相連；SMA元件的端部罩設(shè)有加熱裝置連接，加熱裝置通過外置導(dǎo)線通電加熱SMA元件。利用SMA的形狀記憶效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的主動(dòng)控制，可更有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的修復(fù)以及對(duì)結(jié)構(gòu)的殘余變形的損傷控制，彌補(bǔ)自復(fù)位結(jié)構(gòu)中因其他偶然因素引起的預(yù)應(yīng)力損失。

技術(shù)研發(fā)人員：朱春陽;孫麗;梁倩倩;劉凱思;劉海成;魏明海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沈陽建筑大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.07
技術(shù)公布日：2017.08.11