環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于屬于土木工程結(jié)構(gòu)振動控制裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于自立式高聳結(jié)構(gòu)的形狀記憶合金阻尼減振裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]自立式高聳結(jié)構(gòu)是社會生產(chǎn)生活中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式，隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電塔、自立式輸電線塔、高聳煙囪等結(jié)構(gòu)逐漸增多，并且越來越往高柔方向發(fā)展。由于斷面往往為圓形或近似圓形的多邊形，細(xì)長的結(jié)構(gòu)形式使得它們極易發(fā)生渦激共振，從而使其長期處于往復(fù)應(yīng)力的工作狀態(tài)，在未達(dá)到其極限荷載的情況下，就極有可能發(fā)生疲勞損傷導(dǎo)致的破壞，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，采取措施減輕風(fēng)致振動的影響成為這類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。
[0003]目前，在自立式高聳結(jié)構(gòu)中，多采用調(diào)諧減振的措施來抑制風(fēng)振響應(yīng)，如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)、調(diào)諧液體阻尼器(Tuned Liquid Damper, TLD)等。而這些裝置通常布置于結(jié)構(gòu)頂部，對于高度較高、結(jié)構(gòu)較柔的自立式高聳結(jié)構(gòu)而言，過高的安裝位置為裝置的安裝、調(diào)試和后期維護(hù)均帶來了不必要的麻煩；且調(diào)諧減振裝置的減振效果對結(jié)構(gòu)和荷載的特征頻率較為敏感，在結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)或荷載頻譜特性發(fā)生變化的情況下，難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，SMA)是一種重要的智能材料，具有抗疲勞性好、阻尼能力強(qiáng)、可恢復(fù)變形大及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。目前，土木工程領(lǐng)域內(nèi)所開發(fā)的形狀記憶合金阻尼裝置多針對一般土木工程結(jié)構(gòu)，并且基本為位移相關(guān)的阻尼器，很難適用于自立式高聳結(jié)構(gòu)。因此，開發(fā)一種易于安裝維護(hù)，且能夠在不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)和荷載狀態(tài)下均能為自立式高聳結(jié)構(gòu)提供有效減振效果的形狀記憶合金阻尼減振裝置具有一定的意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]要解決的技術(shù)問題:本實(shí)用新型的目的是開發(fā)一種適用于自立式高聳結(jié)構(gòu)、具有自復(fù)位功能、便于安裝維護(hù)的曲率相關(guān)的形狀記憶合金阻尼減振裝置，該裝置各個(gè)方向性能相同，對于風(fēng)荷載、地震作用等動力荷載引起的不同方向的振動均具有較好的衰減效果，且在振動衰減后能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)復(fù)位。
[0005]技術(shù)方案:本實(shí)用新型公開了環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置，包括加勁桿、內(nèi)/外軟連接外殼、上/下蓋板、SMA棒/索、限位節(jié)點(diǎn)、調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)、固定節(jié)點(diǎn)；其特征是:所述的限位節(jié)點(diǎn)包括三角錐形支架、鋼圓環(huán)、連接螺栓；所述的調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)包括固定螺母、調(diào)節(jié)螺母、轉(zhuǎn)換螺桿、轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)；所述的環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置通過上/下蓋板及加勁桿與自立式高聳結(jié)構(gòu)連接；SMA棒/索通過調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)和固定節(jié)點(diǎn)與上/下蓋板相連；限位節(jié)點(diǎn)限制SMA棒變形時(shí)與結(jié)構(gòu)的接觸，調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)SMA棒/索的初始狀
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[0006]所述的環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置，所述的環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置為軸對稱結(jié)構(gòu)。
[0007]所述的環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置，所述的內(nèi)/外軟連接外殼兩端分別與上/下蓋板連接。
[0008]所述的環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置，所述的三角錐支架和鋼圓環(huán)連接，并采用連接螺栓將限位節(jié)點(diǎn)固定于內(nèi)軟連接外殼和自立式高聳結(jié)構(gòu)上。
[0009]所述的環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置，SMA棒/索穿過鋼圓環(huán)，一端在固定節(jié)點(diǎn)，另一段與調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)連接，其中SMA棒/索通過轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)與轉(zhuǎn)換螺桿連接，利用調(diào)節(jié)螺母，調(diào)節(jié)SMA棒/索的初始狀態(tài)。
[0010]所述的環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置，所述的環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置形式為環(huán)形，力學(xué)特性與結(jié)構(gòu)曲率相關(guān)，適用于自立式高聳結(jié)構(gòu)的消能減振。
[0011]所述的環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置，SMA棒/索采用形狀記憶合金作為耗能材料，利用形狀記憶合金的超彈性提供耗能減振能力，SMA棒/索通過擰緊或放松調(diào)節(jié)螺母設(shè)置SMA棒/索的初始狀態(tài)。
[0012]所述的環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置，內(nèi)/外軟連接外殼采用具有伸縮能力和防護(hù)功能的保護(hù)材料，限位節(jié)點(diǎn)的剛度和強(qiáng)度保證SMA棒/索不與主體結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞。
[0013]其中，內(nèi)/外軟連接外殼可在一定范圍內(nèi)自由伸縮；限位節(jié)點(diǎn)用于控制SMA棒/索不至直接與煙囪表面接觸；上/下蓋板與結(jié)構(gòu)主體固接連接，并采用適當(dāng)?shù)募觿虐逡愿纳苽髁Γ煌ㄟ^調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)對SMA棒/索需進(jìn)行必要的預(yù)處理(即給SMA棒/索施加預(yù)變形，控制棒材的初始參數(shù)初應(yīng)變、初應(yīng)力和初始馬氏體百分?jǐn)?shù))，以使減振裝置在相對小的曲率屈月艮，同時(shí)產(chǎn)生相對飽滿的滯回曲線。
[0014]其主要原理是:當(dāng)振動激勵較小時(shí)，曲率較小，由奧氏體狀態(tài)的SMA提供一定的剛度分擔(dān)結(jié)構(gòu)本身所承受的部分荷載，減少主體結(jié)構(gòu)承擔(dān)的荷載；當(dāng)振動激勵較大時(shí)，曲率較大，SMA中產(chǎn)生較大的應(yīng)力，裝置屈服(此時(shí)SMA發(fā)生馬氏體相變)并在往復(fù)荷載作用下消耗能量，提供額外的附加阻尼，從而控制主體結(jié)構(gòu)的響應(yīng)；當(dāng)振動激勵消失后，由于SMA的超彈性，裝置恢復(fù)原有的形狀并拉動結(jié)構(gòu)恢復(fù)。數(shù)值模擬減振裝置的力學(xué)特性如圖6、圖7、圖8所示(其中，SMA棒/索直徑0.01m, SMA棒/索個(gè)數(shù)8，SMA棒/索長度5.8m，SMA棒/索距中心距離1.360m，與運(yùn)動方向呈O度角為I號構(gòu)件、呈45度角為2號構(gòu)件和呈90度角為3號構(gòu)件)。
[0015]有益效果:
[0016]本實(shí)用新型的一種曲率相關(guān)的環(huán)形形狀記憶合金阻尼減振裝置具有構(gòu)造簡單、耗能效果好、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。由于主材選用形狀記憶合金材料，該裝置的抗疲勞性好、阻尼能力強(qiáng)、可恢復(fù)變形大且性能穩(wěn)定；裝置整體呈環(huán)形，為一各向性能相同的曲率相關(guān)減振裝置，從而特別適用于風(fēng)力發(fā)電塔、自立式輸電線塔、高聳煙囪、高桿路燈等自立式高聳結(jié)構(gòu)；該減振裝置在靜力荷載或較小動力荷載作用時(shí)，為結(jié)構(gòu)提供附加剛度，抵抗外力，在較大動力作用下，提供一定剛度的同時(shí)，穩(wěn)定耗散振動能量，從而減小結(jié)構(gòu)響應(yīng)，在外荷載減小或消失后，使結(jié)構(gòu)具有較好的自復(fù)位能力。該裝置可廣泛應(yīng)用于自立式高聳結(jié)構(gòu)的振動控制。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是本實(shí)用新型的節(jié)點(diǎn)7結(jié)構(gòu)示意詳圖。
[0020]圖4是本實(shí)用新型的節(jié)點(diǎn)6徑向剖面示意圖。
[0021]圖5