一种基于记忆合金的隔振减振支座

摘要

本发明公开了一种基于记忆合金的隔振减振支座，包括板弹簧组、上面板和下面板，所述板弹簧组由记忆金属制成；工作时，当上面板或下面板在振动荷载作用下，会使其之间的相对竖向间距发生变化，一方面使得记忆合金板弹簧组被压缩变形而能量吸收或者恢复原状而能量释放，这样依靠记忆合金板弹簧组特有的结构和材料特点就达到了隔振减振的目的，另一方面记忆合金绳索也同时随着记忆合金板弹簧组的交替变形而进行拉伸或回缩变形，依靠记忆合金绳索的结构与材料的功能提供了较大的滞回耗能以及回复力。本发明可以有效抵抗竖向的震动，阻尼效果好，耗能能力强，长期工作时具有极高的可靠性和稳定性，且可以再振后自动恢复，无需额外配置复位装置。

说明书

技术领域

本发明涉及机械工程和土木工程的减震技术领域，具体是一种基于记忆合金的隔振减振支座。

背景技术

隔振减振支座是安装在上下两结构之间或上部结构和基座之间的装置，这种装置主要是通过增加结构的柔度、延长结构的自振周期、增大结构的阻尼用来耗散、隔离或延缓振动能量，达到减小结构的振动响应，保护结构的目的，避免振害的发生。

现有技术中的隔振减振支座主要分为橡胶垫支座、滑动摩擦支座和摩擦摇摆支座三类；其中，橡胶垫支座在水平方向具有一定的隔振减振性能，但是因为其阻尼很小，不具备足够的耗能能力，所以对于地震、轨道交通或冲压机床等引起的竖向振动无能为力，在结构使用中一般同其它阻尼器或耗能设备联合使用；另外，橡胶材料在使用中还存在老化、腐蚀和污染环境的问题；滑动摩擦支座和摩擦摇摆支座是通过相对滑移运动和摩擦耗能进行有效限制振动能量的传递和反馈，该方法受力可靠，施工难度不大，且无需考虑钢件的防锈、损坏更换问题，其最大的不足是需额外配置复位机构装置，否则振后结构无法复位，另外，滑动摩擦支座和摩擦摇摆支座也存在竖向抗振能力差、稳定性能差的缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于记忆合金的隔振减振支座，该支座在进行隔振减振工作时，可以有效抵抗竖向的震动，阻尼效果好，耗能能力强，长期工作时具有极高的可靠性和稳定性，且可以再振后自动恢复，无需额外配置复位装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于记忆合金的隔振减振支座，包括板弹簧组、上面板和下面板；

所述板弹簧组为不少于1个十字型的板弹簧叠加而成，每个板弹簧具有4个弹簧臂，最上方的板弹簧的4个弹簧臂的末端依次设有2个凸耳和2个卷耳；所述卷耳为卷曲的弯板；所述板弹簧由记忆合金打造而成；所述每个板弹簧的中部开有螺纹通孔；

所述下面板为圆形钢板，其中部设有圆球状凹槽，该凹槽的曲率半径与最下方的板弹簧的下边缘的曲率半径相等；所述最下方的板弹簧通过摩擦力与凹槽固定连接；所述下面板的中部开有与板弹簧相配合的螺纹通孔，通过螺栓与板弹簧组固定连接；所述板弹簧组中还设有不少于1个用于固定数个板弹簧的弹簧臂的弹簧卡箍；

所述上面板的主体为圆形钢板，其下方的边缘上设有半圆环状的凸台；所述上面板远离凸台的一侧设有2个与卷耳相配合的槽口，每个槽口的末端设有2个相对的卷耳链接；所述卷耳链接通过螺栓与卷耳铰接；所述凸台与凸耳相配合，压覆在凸耳上。

进一步地，所述最上方的板弹簧的4个板弹簧的近末端处分别开有1个绳索通孔，每2个相对的弹簧臂通过该绳索通孔与记忆合金绳索收紧加固。

进一步地，所述板弹簧组由不少于1个板弹簧由小到大堆叠而成，较小的板弹簧的板弹簧短于较长的板弹簧的弹簧臂。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明使用了记忆合金板弹簧和记忆合金绳索，既利用了记忆合金材料具有的良好的超弹性效应和高阻尼特性，也利用了其结构的特点，两者有效地结合极好地抑制了支座在振动下的响应，极大地提高了支座的自复位能力和隔振减振的效果，提高了结构的使用寿命和可靠性，特别地，记忆合金绳索同时可以起到阻尼器和复位机构装置的双重效果，降低了结构的维护成本。

2、本发明由结构形式简单的部件组成，操作时只需要调整板弹簧的形状、尺寸或数量等就可以改变板弹簧的刚度，进而可以控制结构的振动频率，也可以通过改变板弹簧和绳索的形状、尺寸或数量等调整结构的阻尼系数，进而改变整个系统的阻尼比，提高了对支座使用的便捷性。

3、本发明的板弹簧和绳索使用的材料具有良好的耐腐蚀性和塑性、较高的强度和抗疲劳性能，提高了支座的耐久性和参数的稳定性，降低了环境的影响。

4、本发明将普通材料的隔振减振构件用记忆合金材料板弹簧和绳索来代替，显著地扩大了支座的应用范围，使得此类支座不仅适用于大型结构中的隔振减振要求，而且也适用于小型结构中的隔振减振需要。

附图说明

图1为本发明的立体剖视结构示意图；

图2为图1中A-A方向的剖视图；

图3为本发明的上面板的下方视角的立体结构示意图；

图4为本发明的最上方的板弹簧立体结构示意图；

图5为本发明的下方的板弹簧的立体结构示意图；

图6为本发明的下面板的立体结构示意图；

图7为本发明的记忆合金绳索的应力与应变之间曲线；

图8为本发明的记忆合金绳索的回复应力和回复率曲线；

图9为本发明的支座的上面板和下面板振动位移响应频谱比较曲线。

图中：1、板弹簧组，2、凸耳，3、卷耳，4、记忆合金绳索，5、上面板，6、槽口，7、卷耳链接，8、凸台，9、螺栓，10、弹簧卡箍，11、下面板，12、凹槽，13、板弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图6所示，一种基于记忆合金的隔振减振支座，包括板弹簧组1、上面板5和下面板11；

所述板弹簧组1为不少于1个十字型的板弹簧13叠加而成，每个板弹簧13具有4个弹簧臂，最上方的板弹簧13的4个弹簧臂的末端依次设有2个凸耳2和2个卷耳3；所述卷耳3为卷曲的弯板；所述板弹簧13由记忆合金打造而成；所述每个板弹簧13的中部开有螺纹通孔；

所述下面板11为圆形钢板，其中部设有圆球状凹槽12，该凹槽12的曲率半径与最下方的板弹簧13的下边缘的曲率半径相等；所述最下方的板弹簧1-2通过摩擦力与凹槽12固定连接；所述下面板11的中部开有与板弹簧13相配合的螺纹通孔，通过螺栓9与板弹簧组1固定连接；所述板弹簧组1中还设有不少于1个用于固定数个板弹簧13的弹簧臂的弹簧卡箍10；

所述上面板5的主体为圆形钢板，其下方的边缘上设有半圆环状的凸台8；所述上面板5远离凸台8的一侧设有2个与卷耳3相配合的槽口6，每个槽口6的末端设有2个相对的卷耳链接7；所述卷耳链接7通过螺栓9与卷耳3铰接；所述凸台8与凸耳2相配合，压覆在凸耳2上。

所述最上方的板弹簧13的4个板弹簧13的近末端处分别开有1个绳索通孔，每2个相对的弹簧臂通过该绳索通孔与记忆合金绳索4收紧加固。

所述板弹簧组1由不少于1个板弹簧13由小到大堆叠而成，较小的板弹簧13的板弹簧13短于较长的板弹簧13的弹簧臂。

工作时，当上面板5或下面板11在振动荷载作用下，会使其之间的相对竖向间距发生变化，一方面使得记忆合金板弹簧组1被压缩变形而能量吸收或者恢复原状而能量释放，这样依靠记忆合金板弹簧组1特有的结构和材料特点就达到了隔振减振的目的，另一方面记忆合金绳索4也同时随着记忆合金板弹簧组1的交替变形而进行拉伸或回缩变形，依靠记忆合金绳索4的结构与材料的功能提供了较大的滞回耗能以及回复力。

将上述制作的记忆合金隔振减振支座进行实验，获取的实验数据如图7至图9所示。图7给出了本发明支座的记忆合金绳索4在加载和卸载的情况下，应力与应变之间的关系曲线，由图7可以看出，由于加载和卸载循环载荷的影响，导致了记忆合金绳索4的应力与应变曲线呈现出典型的滞后闭合曲线，即耗能迟滞环，迟滞环越大耗能效果越好；然而，该曲线在加载/卸载过程中并没有展现出明显的应力平台，或较大的耗能迟滞环，其原因是绳索中的合金材料仅仅有很少的一部分发生了马氏体相变转变，而大部分材料仍处于弹性变形的状态。尽管如此，记忆合金绳索4明显地表现出了良好的消能特性，具有优良的耗能迟滞环和高恢复能力，并且耗能迟滞环随外载荷的增加而增大(如图7所示，其中，曲线2的外载荷大于曲线1的)。图8是记忆合金绳索4拉伸回缩实验的回复力和回复率曲线，由图8可以看出，记忆合金绳索4经过适量的拉伸后回复力可以达到590Mpa以上，当记忆合金绳索4的应变量达到10﹪左右时，可产生高达690Mpa回复力(如图8曲线4)；另外，记忆合金绳索4最大可完全回复应变高达10﹪，当应变低于此值卸载时，绳索产生的应变可以完全回复，即回复率为100﹪，当应变高于此值卸载时，绳索产生的应变不能完全回复(如图8曲线3)；由此可见，本发明的支座的自复位能力很强。图9给出了本发明支座上面板5和下面板11振动位移响应频谱的比较曲线，在下面板11施加激振荷载后，上面板5不同频率的位移响应约是下面板11的1/4，即上面板5结构的频率位移响应大大减小了，由此说明此时上面板5处的抗振能力比下面板11处的结构有了很大的改善和提高。综上所述，本发明支座的自复位能力强，隔振减振效果突出。

由上述可见，本发明支座通过在传统支座的基础上，吸取了新型形状记忆合金材料的优点，把原来普通材料的支座改为形状记忆合金材料的来代替，借助于形状记忆合金本身具有的优点，即，高阻尼、较大的回复力和变形、较高的耐腐蚀性、较高的强度、较好的塑性等特性，此外还具有疲劳寿命长和环境因素影响小的优点，进而大大降低了支座在应用中的局限性，所以支座的隔振减振就不必依靠橡胶垫或摩擦来提供，而是简单地通过形状记忆合金构件来达到目的。同时，支座的隔振减振控制就转化为对记忆合金构件的形状、尺寸或数量等处理，这样对现场施工来说，其施工工艺和设备简单、操作方便、效果安全可靠。由此可见，形状记忆合金的隔振减振支座不仅提高了结构的自复位力、隔振减振性、稳定性、安全性、耐久性和适用范围，而且还表现在其工艺简单、可靠、投资和造价费用低等优点。

本领域设计技术人员应当理解本发明的主体思路，虽然本发明是对一个或一组十字型的记忆合金板弹簧组1进行描述的，但是本发明适用范围并非仅仅局限于此。举例来说，本领域技术人员完全可以将图4中记忆合金板弹簧组1设计为六角星形、八角星形、工字形等其它形式，又可将其扩展为滑动摩擦支座，还可以将其设计成为花瓣状的结构，当然也可以将记忆合金板弹簧组1替换为其它材料的板弹簧组1等等，以图4和图5进行具体的描述仅仅是为了清楚说明本发明的思路，本领域设计技术人员应当理解其精髓，只要利用板弹簧组1隔振减振设计的思想均为本发明的保护范围。