本發(fā)明屬于土木工程結(jié)構(gòu)減震控制領(lǐng)域，涉及一種多層板式sma-壓電復(fù)合摩擦阻尼器，它對(duì)建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)起到抑制作用。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)耗能減震技術(shù)是在建筑結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置耗能裝置，通過耗能裝置產(chǎn)生摩擦、彎曲、變形來耗散或吸收地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，以減小主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或倒塌，達(dá)到減震控制的目的。常用的耗能減震裝置可以分為四種：粘彈性阻尼器、金屬阻尼器、液體粘滯阻尼器和摩擦阻尼器。其中摩擦阻尼器構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝方便、耗能性好，且性能不受溫度影響，是建筑結(jié)構(gòu)中常用的一種耗能減震裝置。但傳統(tǒng)的摩擦阻尼器結(jié)構(gòu)單一，無自復(fù)位能力，只能提供恒定的摩擦力，耗能效果不佳，而且當(dāng)阻尼器的起滑摩擦力較大時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)抱死現(xiàn)象，不能起到耗能減震的功能。壓電陶瓷材料由于其獨(dú)特的壓電效應(yīng)已廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域，利用壓電智能材料進(jìn)行變摩擦阻尼器的開發(fā)與研制，已成為研究的一個(gè)熱點(diǎn)。形狀記憶合金(shapememoryalloy——縮寫為sma)材料作為一種新型材料，具有耐久性、耐腐蝕性和自復(fù)位等優(yōu)點(diǎn)，但單獨(dú)的sma阻尼器耗能減震能力有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述阻尼器中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種多層板式sma-壓電復(fù)合摩擦阻尼器，其結(jié)合壓電摩擦阻尼器和sma阻尼器，具有耗能能力強(qiáng)、減震效果好、構(gòu)造簡(jiǎn)單、自復(fù)位和方便工程應(yīng)用等特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種多層板式sma-壓電復(fù)合摩擦阻尼器，包括滑動(dòng)軸1、第一左連接板2、n組滑動(dòng)板、n+1組摩擦板、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5、4n+2組形狀記憶合金絲、力傳感器8、第一彈簧支座15、第一輔助彈簧16、第二彈簧支座17、第一右連接板20、第三彈簧支座21、第二輔助彈簧22、第四彈簧支座23、第二左連接板24和第二右連接板25，n≥3；

所述滑動(dòng)軸1固定在所述第一左連接板2上；所述第一彈簧支座15安裝固定在所述第一左連接板2上，所述第二彈簧支座17安裝固定在所述第二左連接板24上；所述第一輔助彈簧16的一端安裝固定在所述第一彈簧支座15上，其另一端安裝固定在所述第二彈簧支座17上；所述第三彈簧支座21安裝固定在所述第一右連接板20上，所述第四彈簧支座23安裝固定在所述第二右連接板24上；所述第二輔助彈簧22的一端安裝固定在所述第一右連接板20上，其另一端安裝固定在所述第二右連接板24上；所述n組滑動(dòng)板的每組滑動(dòng)板3分別插在n+1組摩擦板中的兩組摩擦板4之間，在與所述滑動(dòng)板3接觸的摩擦板4表面涂有摩擦材料10；所述滑動(dòng)板3上有兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)滑孔13對(duì)稱于中心線，所述滑動(dòng)板3的一端為t型結(jié)構(gòu)，另一端設(shè)有兩個(gè)第二鋼板端部圓孔11-1；所述滑動(dòng)板3的t型結(jié)構(gòu)端嵌裝在第二左連接板24上，另一端的兩個(gè)第二鋼板端部圓孔11-1固定二組第一形狀記憶合金絲7的一端，二組第一形狀記憶合金絲7的另一端穿過第二右連接板25通孔中的第一sma絲固定栓26通過第一有拉緊環(huán)的螺栓12連接固定在第一右連接板20上，所述第一有拉緊環(huán)的螺栓12能夠調(diào)節(jié)第一形狀記憶合金絲7的預(yù)拉力；所述摩擦板4的一端安裝固定在第二右連接板25上，另一端的兩個(gè)第一鋼板端部圓孔11固定二組第二形狀記憶合金絲7-1的一端，二組第二形狀記憶合金絲7-1的另一端穿過第二左連接板24通孔中的第二sma絲固定栓26-1通過第二有拉緊環(huán)的螺栓12-1連接固定在第一左連接板2上，第二有拉緊環(huán)的螺栓12-1能夠調(diào)節(jié)第二形狀記憶合金絲7-1的預(yù)拉力；通過四組預(yù)緊螺栓9穿過每組滑動(dòng)板3的細(xì)長(zhǎng)滑孔13和每組摩擦板4上的螺栓孔14將滑動(dòng)板3和摩擦板4緊固在一起；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5通過預(yù)緊螺栓9固定在頂部摩擦板的上部，通過調(diào)節(jié)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5的電壓來改變預(yù)壓力，進(jìn)而改變滑動(dòng)板3和摩擦板4的初始摩擦力；力傳感器8通過預(yù)緊螺栓9固定在底部摩擦板的下部，通過調(diào)節(jié)力傳感器8來精確的控制螺栓預(yù)緊力和滑動(dòng)摩擦力；在第一右連接板20的外端連接固定有阻尼器安裝連接螺栓孔。

本發(fā)明的工作過程：滑動(dòng)軸1與第一左連接板2連接，第一輔助彈簧16壓縮時(shí)，使第二左連接板24帶動(dòng)滑動(dòng)板3滑動(dòng)；通過第一輔助彈簧16帶動(dòng)與第二左連接板24連接的滑動(dòng)板3，與摩擦板4進(jìn)行摩擦耗能，第一、第二形狀記憶合金絲7、7-1與摩擦板4同時(shí)進(jìn)行耗能；通過調(diào)節(jié)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5的電壓，控制電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5的伸縮，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5的橫向伸縮擠壓摩擦板4，轉(zhuǎn)換成橫向的壓力，橫向壓力使滑動(dòng)板3和摩擦板4產(chǎn)生橫向的擠壓，通過不同的壓力來控制滑動(dòng)摩擦力的大小。本發(fā)明阻尼器的第一、第二形狀記憶合金絲7、7-1共分為2n+1組，每組的形狀記憶合金絲施加相同的預(yù)拉力，隨著滑動(dòng)板3的滑動(dòng)帶動(dòng)形狀記憶合金絲的伸縮，利用其超彈性能實(shí)現(xiàn)耗能。每組形狀記憶合金絲一端與有拉緊環(huán)的螺栓連接，另一端與滑動(dòng)板3或摩擦板4端部的圓孔11連接，通過有拉緊環(huán)的螺栓的拉緊環(huán)調(diào)節(jié)形狀記憶合金絲的預(yù)拉力。

本發(fā)明具有電致變形、響應(yīng)時(shí)間快、驅(qū)動(dòng)力大的特點(diǎn)。在本發(fā)明中應(yīng)用多層摩擦板來實(shí)現(xiàn)摩擦耗能，并且與sma組合，耗能效果顯著；安裝簡(jiǎn)單，不需要大量的連接件；本發(fā)明中滑動(dòng)板和摩擦板都連接有形狀記憶合金絲，可以實(shí)現(xiàn)部分自復(fù)位效果；通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)摩擦板的接觸正壓力，能夠滿足不同強(qiáng)度地震的耗能要求；本發(fā)明中預(yù)緊力螺栓底部安裝有力傳感器，可以通過精確調(diào)節(jié)預(yù)緊力螺栓來消除螺栓應(yīng)力松弛的不利影響。

本發(fā)明中，當(dāng)振動(dòng)發(fā)生時(shí)，首先形狀記憶合金絲利用自身的相變偽彈性性能進(jìn)行被動(dòng)耗能，當(dāng)振動(dòng)更強(qiáng)時(shí)，形狀記憶合金絲與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器開始工作，此時(shí)，二者同時(shí)耗能，具有較強(qiáng)的減振能力。且形狀記憶合金絲在耗能的同時(shí)也可起到復(fù)位功能。當(dāng)斷電時(shí)，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器不能正常工作，而sma絲可以繼續(xù)被動(dòng)耗能來達(dá)到減振的目的。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的一種多層板式sma-壓電復(fù)合摩擦阻尼器具有這樣的有益效果：

1、本發(fā)明改變傳統(tǒng)單層板式摩擦阻尼器為多層板式摩擦阻尼器，將sma阻尼器和壓電摩擦阻尼器結(jié)合，摩擦耗能效果顯著，解決了傳統(tǒng)摩擦阻尼器耗能效果低的缺陷；構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工方便，耗能能力強(qiáng)，不需要大量的連接件，并有自復(fù)位效果。

2、本發(fā)明將sma阻尼器與壓電摩擦阻尼器復(fù)合使用，通過輔助彈簧和sma材料的性能使阻尼器具有自復(fù)位效果；

3、本發(fā)明電陶瓷驅(qū)動(dòng)器和力傳感器通過預(yù)緊螺栓固定在阻尼器的上部和下部，通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器改變滑動(dòng)摩擦力，以精確控制預(yù)緊力與滑動(dòng)摩擦力，能夠滿足不同耗能的要求。

4、本發(fā)明解決了傳統(tǒng)摩擦阻尼器在實(shí)際應(yīng)用中構(gòu)造復(fù)雜和施工不方便的問題。本發(fā)明可通過人字形支撐，連接到建筑結(jié)構(gòu)中，能夠更有效地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的耗能減震控制中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)體外觀示意圖；

圖2是阻尼器的頂部俯視示意圖；

圖3是阻尼器的底部仰視示意圖；

圖4是阻尼器的右側(cè)面示意圖；

圖5是阻尼器的a-a剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是阻尼器中滑動(dòng)板的主視圖；

圖7是阻尼器中滑動(dòng)板的底部仰視示意圖；

圖8是阻尼器中摩擦板的主視圖；

圖9是阻尼器中摩擦板的底部仰視示意圖；

圖10是工程中阻尼器的人字型連接。

圖中：1—滑動(dòng)軸；2—第一左連接板；3—n組滑動(dòng)板；4—n+1組摩擦板；5—壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器；6—阻尼器安裝連接螺栓孔；7—第一形狀記憶合金絲；7-1—第二形狀記憶合金絲；8—力傳感器；9—預(yù)緊螺栓；10—滑動(dòng)板與摩擦板之間的摩擦材料；11—第一鋼板端部圓孔；11-1—第二鋼板端部圓孔；12—第一有拉緊環(huán)的螺栓；12-1—第二有拉緊環(huán)的螺栓；13—滑動(dòng)板上的細(xì)長(zhǎng)滑槽；14—摩擦板上的螺栓孔；15—第一彈簧支座；16—第一輔助彈簧；17—第二彈簧支座；18—第一凸起圓臺(tái)；19—第二凸起圓臺(tái)；20—第一右連接板；21—第三彈簧支座；22—第二輔助彈簧；23—第四彈簧支座；24—第二左連接板；25—第二右連接板；26—第一sma絲固定栓；26-1—第二sma絲固定栓；27—框架梁；28—阻尼器；29—框架柱；30—節(jié)點(diǎn)板；31—?jiǎng)傂詶U件；32—高強(qiáng)度螺栓。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

一種多層板式sma-壓電復(fù)合摩擦阻尼器，如圖1—4所示，包括滑動(dòng)軸1、第一左連接板2、3組滑動(dòng)板、4組摩擦板、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5、8組形狀記憶合金絲、力傳感器8、第一彈簧支座15、第一輔助彈簧16、第二彈簧支座17、第一右連接板20、第三彈簧支座21、第二輔助彈簧22、第四彈簧支座23、第二左連接板24和第二右連接板25；

如圖4所示，所述滑動(dòng)軸1焊接固定在所述第一左連接板2上，所述第一左連接板2上設(shè)有第一凸起圓臺(tái)18，所述第一凸起圓臺(tái)18與第一左連接板2為一體結(jié)構(gòu)，第一左連接板2上設(shè)有連接螺栓孔，如圖7所示；所述第一彈簧支座15安裝固定在所述第一左連接板2上，所述第二彈簧支座17安裝固定在所述第二左連接板24上，所述第一輔助彈簧16的一端安裝固定在所述第一彈簧支座15上，其另一端安裝固定在所述第二彈簧支座17上；所述第三彈簧支座21安裝固定在所述第一右連接板20上，所述第四彈簧支座23安裝固定在所述第二右連接板24上，所述第二輔助彈簧22的一端安裝固定在所述第一右連接板20上，其另一端安裝固定在所述第二右連接板24上；所述第一彈簧支座15和第二輔助彈簧22用于滑動(dòng)板3和摩擦板4的定位和形狀記憶合金絲7的自復(fù)位；所述第一右連接板20上設(shè)有連接螺栓孔，所述第一右連接板20上設(shè)有第二凸起圓臺(tái)19，所述第二凸起圓臺(tái)19與第一右連接板20為一體結(jié)構(gòu)，如圖9所示；所述3組滑動(dòng)板的每組滑動(dòng)板3分別插在4組摩擦板中的兩組摩擦板4之間，在與所述滑動(dòng)板3接觸的摩擦板4表面涂有摩擦材料10；如圖6所示，所述滑動(dòng)板3上有兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)滑孔13對(duì)稱于中心線，在所述滑動(dòng)板3的一端為t型結(jié)構(gòu)，另一端設(shè)有兩個(gè)第二鋼板端部圓孔11-1；所述滑動(dòng)板3的t型結(jié)構(gòu)端嵌裝在第二左連接板24上，另一端的兩個(gè)第二鋼板端部圓孔11-1固定二組第一形狀記憶合金絲7的一端，二組第一形狀記憶合金絲7的另一端穿過第二右連接板25通孔中的第一sma絲固定栓26通過第一有拉緊環(huán)的螺栓連接12固定在第一右連接板上，所述第一有拉緊環(huán)的螺栓12能夠調(diào)節(jié)第一形狀記憶合金絲7的預(yù)拉力；所述摩擦板4的一端安裝固定在第二右連接板25上，另一端的兩個(gè)第一鋼板端部圓孔11固定二組第二形狀記憶合金絲7-1的一端，二組第二形狀記憶合金絲7-1的另一端穿過第二左連接板24通孔中的第二sma絲固定栓26-1通過第二有拉緊環(huán)的螺栓12-1連接固定在第一左連接板2上，第二有拉緊環(huán)的螺栓12-1能夠調(diào)節(jié)第二形狀記憶合金絲7-1的預(yù)拉力；隨著滑動(dòng)板3的滑動(dòng)帶動(dòng)第二形狀記憶合金絲7-1的伸縮，利用其超彈性能實(shí)現(xiàn)耗能；通過第二有拉緊環(huán)的螺栓12-1的拉緊環(huán)調(diào)節(jié)第二形狀記憶合金絲7-1的預(yù)拉力，來實(shí)現(xiàn)阻尼器的自復(fù)位功能；本發(fā)明通過控制滑動(dòng)板3與摩擦板4壓力的大小，來實(shí)時(shí)調(diào)整滑動(dòng)摩擦力的大??；

如圖1、圖4-6和圖8所示，通過四組預(yù)緊螺栓9穿過每組滑動(dòng)板3的細(xì)長(zhǎng)滑孔13和每組摩擦板4上的螺栓孔14將滑動(dòng)板3和摩擦板4緊固在一起；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5通過預(yù)緊螺栓9固定在頂部摩擦板的上部，通過調(diào)節(jié)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5的電壓來改變預(yù)壓力，進(jìn)而改變滑動(dòng)板3和摩擦板4的初始摩擦力；力傳感器8通過預(yù)緊螺栓9固定在底部摩擦板的下部，通過調(diào)節(jié)力傳感器8來精確的控制螺栓預(yù)緊力和滑動(dòng)摩擦力；根據(jù)減震性能的要求，通過調(diào)節(jié)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5來實(shí)時(shí)地改變滑動(dòng)摩擦力；在第一右連接板20的外端連接固定有阻尼器安裝連接螺栓孔6。

具體地，當(dāng)振動(dòng)發(fā)生時(shí)，首先第一、第二形狀記憶合金絲7、7-1利用自身的相變偽彈性性能進(jìn)行被動(dòng)耗能，當(dāng)振動(dòng)更強(qiáng)時(shí)，第一、第二形狀記憶合金絲7、7-1與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5開始工作，此時(shí)，二者同時(shí)耗能，具有較強(qiáng)的減振能力。且第一、第二形狀記憶合金絲7、7-1在耗能的同時(shí)也可起到復(fù)位功能。通過力傳感器8來改變預(yù)壓力，進(jìn)而改變滑動(dòng)板3與摩擦板4的初始摩擦力。調(diào)節(jié)外部電壓可以改變壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5的出力，從而實(shí)時(shí)調(diào)整本發(fā)明的控制力以實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)控制。當(dāng)斷電時(shí)，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5不能正常工作，而阻尼器中的第一、第二形狀記憶合金絲7、7-1可以繼續(xù)被動(dòng)耗能來達(dá)到減振的目的。

本發(fā)明的工作過程是：

滑動(dòng)軸1與第一左連接板2連接，通過第一輔助彈簧16帶動(dòng)與第二左連接板24連接的滑動(dòng)板3，與摩擦板4進(jìn)行摩擦耗能。通過調(diào)節(jié)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5的電壓，控制電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5的伸縮，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5的橫向伸縮擠壓摩擦板，轉(zhuǎn)換成橫向的壓力，橫向壓力使滑動(dòng)板3和摩擦板4產(chǎn)生橫向的擠壓，通過不同的壓力來控制滑動(dòng)摩擦力的大小。每組形狀記憶合金絲一端與有拉緊環(huán)的螺栓連接，另一端與滑動(dòng)板3或摩擦板4端部的鋼板端部圓孔連接，隨著滑動(dòng)板3的滑動(dòng)帶動(dòng)形狀記憶合金絲的伸縮，利用其超彈性能實(shí)現(xiàn)耗能。通過螺栓的拉緊環(huán)調(diào)節(jié)形狀記憶合金絲的預(yù)拉力，來實(shí)現(xiàn)阻尼器的自復(fù)位功能。第一輔助彈簧16通過第二彈簧支座17與滑動(dòng)板3連接，第二輔助彈簧22通過第四彈簧支座23與摩擦板4連接，用于安裝時(shí)板的定位和輔助形狀記憶合金絲的自復(fù)位。本阻尼器通過控制滑動(dòng)板3與摩擦板4壓力的大小，來實(shí)時(shí)調(diào)整滑動(dòng)摩擦力的大小。

在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明可以按照?qǐng)D10的方式進(jìn)行連接。在圖10中，本發(fā)明和鋼支撐一起布置在結(jié)構(gòu)中，剛性桿通過大強(qiáng)度螺栓與預(yù)埋在框架中的節(jié)點(diǎn)板連接。當(dāng)結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生側(cè)移振動(dòng)時(shí),人字形支撐則直接產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)位移反向的水平阻尼力，并通過人字支撐將力傳至該層下角部。