技术领域
[0001] 本
申请属于建筑结构技术领域，具体涉及结构减震消能技术领域，一种复合式弹簧-SMA自复位阻尼器。
背景技术
[0002] 传统的结构抗震是通过增强结构本身的抗震性能来抵抗
自然灾害，依靠主体结构的塑性
变形来耗散
能量，结构在震后往往形成难以修复的大残余变形。利用新型智能材料形状记忆
合金(shape memory alloy，简称SMA)的超弹性及其滞回特性研制适用于工程结构振动控制的被动耗能自复位阻尼器，可以克服目前其它类型阻尼器面临的老化、可靠性、维护及残余变形等问题。但是现有的SMA自复位阻尼器存在构造复杂、设计繁琐、连接困难等技术
缺陷。
发明内容
[0003] 本申请的目的在于，克服
现有技术的不足，提供一种复合式弹簧-SMA自复位阻尼器，兼具良好的耗能能
力和自复位能力，构造简单，实用性强，工程应用前景好。
[0004] 为了实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：
[0005] 一种复合式弹簧-SMA自复位阻尼器，包括固定外
钢管、活动内钢管、连接件、活动柱、SMA丝带和弹簧；
[0006] 活动内钢管通过其后端同轴套设于固定外钢管内，其前端延伸至固定外钢管外；固定外钢管与活动内钢管的嵌套部分沿径向方向可前后移动地安装有两根活动柱；两根活动柱在两者相对的一侧各自通过一组弹簧连接一个连接件，两个连接件之间通过SMA丝带连接。
[0007] 进一步，可以根据实际情况对SMA丝带进行预拉，使其产生2％左右的预
应力，以避免SMA丝带的松弛，并使前后两根活动柱之间靠近。
[0008] 进一步，SMA丝带的横截面积及数量等参数根据阻尼器受力设置。
[0009] 进一步，固定外钢管与活动内钢管嵌套部分的左右两侧分别开设两对活动柱孔洞，活动柱的两端分别可活动地安装于左右对应的一对活动柱孔洞中，使活动柱可在活动柱孔洞中前后运动。
[0010] 进一步，活动柱孔洞的外侧均加盖活动板扣板，活动板扣板通过连接
螺栓连接于固定外钢管外侧上，以保证活动柱沿固定外钢管轴向运动。
[0011] 在优选的实施方式中，活动柱孔洞沿固定外钢管轴向方向为长椭圆形的，以便于活动柱的两端可以在活动柱孔洞中前后运动。
[0012] 进一步，活动内钢管的后端固定有控制
块，固定外钢管的后端固接有与其同轴设置的导向棒，导向棒依次穿过活动内钢管的后端及控制块，并与活动内钢管同轴设置；由导向棒和控制块共同保证固定外钢管与活动内钢管的轴线重合以及活动内钢管沿固定外钢管轴向方向的单向运动。
[0013] 进一步，活动内钢管的后端中心
位置及控制块中心位置均开设有孔洞，用于穿设导向棒。
[0014] 进一步，固定外钢管和活动内钢管的上侧分别加盖外钢管盖板和内钢管盖板，使整体成为封闭结构。
[0015] 进一步，在固定外钢管的后端和活动内钢管的前端分别安装连接板，并在连接板上设连接孔，以便阻尼器与结构连接。
[0016] 在
地震作用下，活动柱在活动柱孔洞中沿固定外钢管的轴向运动，并带动弹簧、连接件和SMA丝带运动，SMA丝带受拉应变，提供饱和的滞回曲线和稳定的恢复力，消耗地震能量；外力撤去后，弹簧提供初始回复力，阻止活动柱继续运动，SMA丝带恢复变形，实现阻尼器的自复位功能。
[0017] 在本申请中，不论连接板是受压状态或受拉状态，SMA丝带都处于受拉状态。
[0018] 进一步，在抗震设防烈度在8度及以上地区使用此阻尼器时，可在活动内钢板后端的控制块附近处，增设粘滞阻尼器，以提供更大的耗能能力。
[0019] 与现有技术相比，本申请的优点在于：
[0020] 在本申请中，不论阻尼器连接板受拉还是受压，SMA丝带都是受拉状态，充分利用了新型SMA材料的形状记忆效应及超弹性效应，确保了结构震后的残余变形小。在连接板未受力时，两根活动柱前后靠近，阻尼器自平衡；连接板受压时，前活动柱不动，后活动柱向后运动，带动弹簧和SMA丝带的伸长；连接板受拉时，前活动柱向前运动，后活动柱不动，同样带动弹簧和SMA丝带的伸长；本申请阻尼器的力学性能可以根据实际情况灵活调整，如改变SMA丝带的横截面积、丝带长度，改变孔洞洞距等，适用性强，使用范围广。
附图说明
[0021] 图1为本申请
实施例提供的复合式弹簧-SMA自复位阻尼器的组装示意图。
[0022] 图2为本申请实施例提供的复合式弹簧-SMA自复位阻尼器的整体示意图。
[0023] 图3为本申请实施例提供的复合式弹簧-SMA自复位阻尼器的平面示意图。
[0024] 图4为本申请实施例提供的复合式弹簧-SMA自复位阻尼器的剖面示意图。
[0025] 图5为本申请实施例提供的固定外钢管的示意图。
[0026] 图6为本申请实施例提供的活动内钢管的示意图。
[0027] 图7为本申请实施例提供的控制块的示意图。
[0028] 图8为本申请实施例提供的连接件的示意图。
[0029] 图9为本申请实施例提供的弹簧的示意图。
[0030] 图10为本申请实施例提供的的活动柱、弹簧、连接件、SMA丝带的连接示意图。
[0031] 图11为本申请实施例提供的复合式弹簧-SMA自复位阻尼器的受压示意图。
[0032] 图12为本申请实施例提供的复合式弹簧-SMA自复位阻尼器的受拉示意图。
[0033] 图中标号：1为固定外钢管，2为活动内钢管，3为外钢管盖板，4为内钢管盖板，5为导向棒，6为控制块，7为连接件，8为活动柱，9为SMA丝带，10为弹簧，11为活动柱扣板，12为连接螺栓，13为连接板，14为连接孔。
具体实施方式
[0034] 以下结合附图和实施例对本申请进行进一步说明。
[0035] 如图1至图12所示，一种复合式弹簧-SMA自复位阻尼器，包括固定外钢管1、活动内钢管2、连接件7、活动柱8、SMA丝带9和弹簧10。
[0036] 其中，固定外钢管1和活动内钢管2的横截面均为矩形，且固定外钢管1的前端及顶部敞口，活动内钢管2的顶部敞口；活动内钢管2通过其后端同轴套设于固定外钢管1内，其前端延伸至固定外钢管1外；活动内钢管2的后端设置有控制块6，控制块6沿径向设置在活动内钢管2中，固定外钢管1的后端设置有与其同轴的导向棒5，导向棒5固接于固定外钢管1后端并穿过活动内钢管2和控制块6，由导向棒5和控制块6共同保证固定外钢管1与活动内钢管2的轴线重合以及活动内钢管2沿固定外钢管1轴向方向的单向运动。
[0037] 进一步，为了便于导向棒5穿过，在活动内钢管1的后端中心位置及控制块6中心位置均开设有孔洞。
[0038] 进一步，固定外钢管1与活动内钢管2的嵌套部分沿其径向方向安装有两根活动柱8，两根活动柱8均位于导向棒5的前端，固定外钢管1与活动内钢管2嵌套部分的左右两侧分别开设两对活动柱孔洞，活动柱8的两端分别可活动地安装于左右对应的一对活动柱孔洞中，且活动柱8可在活动柱孔洞中前后运动；活动柱孔洞的外侧均加盖活动板扣板11，活动板扣板11通过连接螺栓12连接于固定外钢管1外侧上，以保证活动柱8沿固定外钢管1轴向运动。
[0039] 在优选的实施方式中，活动柱孔洞可以设计为在横向上长椭圆形的，以便于活动柱8的两端可以在活动柱孔洞中前后运动。
[0040] 进一步，两根活动柱8在两者相对的一侧各自通过一组弹簧10连接一个连接件7，两个连接件7之间通过SMA丝带9连接。
[0041] 在优选的实施方式中，可以根据实际情况对SMA丝带9进行预拉，使其产生2％左右的预应力，以避免SMA丝带9的松弛，并使前后两根活动柱8之间靠近，即使位于前端的活动柱8紧靠活动柱孔洞的后端，使位于后端的活动柱8紧靠活动柱孔洞的前端
[0042] 进一步，SMA丝带9的横截面积及数量等参数根据阻尼器受力设置。例如，若自由状态下两活动柱8之间距离为600mm，SMA丝带9采用200根直径为1mm的Ni-Ti SMA丝组成，则该阻尼器最大能提供约200kN的输出力，此时SMA丝带9的形变为7％。若需要在阻尼器中
串联多组SMA丝带，可以在固定外钢管1和活动内钢管2
侧壁加设孔洞，供活动柱8运动，并连接弹簧10、连接件7和SMA丝带9。
[0043] 进一步，固定外钢管1和活动内钢管2的上侧分别加盖外钢管盖板3和内钢管盖板4，并由连接螺栓12连接，使整体成为封闭结构。
[0044] 进一步，在固定外钢管1的后端和活动内钢管2的前端分别安装连接板13，并在连接板13上设连接孔14，以便阻尼器与结构连接。
[0045] 在地震作用下，活动柱8在活动柱孔洞中沿固定外钢管1的轴向运动，并带动弹簧10、连接件7和SMA丝带9运动，SMA丝带受拉应变，提供饱和的滞回曲线和稳定的恢复力，消耗地震能量；外力撤去后，弹簧10提供初始回复力，阻止活动柱8继续运动，SMA丝带9恢复变形，实现阻尼器的自复位功能。
[0046] 在本申请中，不论连接板13是受压状态或受拉状态，SMA丝带9都处于受拉状态。在连接板13未受力时，两根活动柱8前后靠近，该阻尼器自平衡；连接板13受压时，位于前端的活动柱8不动，位于后端的活动柱8向后运动，带动弹簧10和SMA丝带9的伸长；连接板13受拉时，位于前端的活动柱8向前运动，位于后端的活动柱8不动，同样带动弹簧10和SMA丝带9的伸长。
[0047] 进一步，在抗震设防烈度在8度及以上地区使用此阻尼器时，可在活动内钢板后端的控制块附近处，增设粘滞阻尼器，以提供更大的耗能能力。
[0048] 本申请提供的复合式弹簧-SMA自复位阻尼器的装配方式如下：
[0049] 首先，固定外钢管1、活动内钢管2、外钢管盖板3、内钢管盖板4等钢结构构件在工厂生产完成，并利用线切割对固定外钢管1和活动内钢管2的打孔，以及将连接板13与活动内钢管2
焊接连接。
[0050] 然后，将活动内钢管2套入固定外钢管1中，并安装导向棒5和控制块6，将导向棒5契合插入控制块6的孔洞中。
[0051] 再将活动柱8套入活动柱孔洞中，并加盖活动柱扣板11，并将活动柱扣板11与固定外钢管1通过连接螺栓12连接。
[0052] 再将弹簧10与活动柱8和连接件7连接，并在两组连接件7之间设置SMA丝带9，SMA丝带9的横截面、根数等参数根据实际情况确定，且SMA丝带9可根据实际情况设置一定的预应力，使阻尼器结构在不受外力状态下达到自平衡，并使位于前端的活动柱8紧靠活动柱孔洞的后端，使位于后端的活动柱8紧靠活动柱孔洞的前端。
[0053] 再将内钢管盖板4与活动内钢板2进行焊接和螺栓连接，外钢管盖板3与固定外钢管1进行焊接和螺栓连接。
[0054] 最后，在固定外钢管1的后端和活动内钢管2的前端分别设置连接板13，连接板13设置连接孔14，以便阻尼器与结构的连接。
[0055] 至此该复合式弹簧-SMA自复位阻尼器试件装配完成。
[0056] 上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非是对本申请范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本申请技术方案保护的范围。
