【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，属于结构振动控制。
技术介绍
1、地震是建筑物在使用过程中面临的最重要的威胁，在强震作用下，建筑物可能产生严重的塑性损伤，在震后，按照目前基于延性设计理念设计的结构虽然能够避免倒塌，但是较大的残余位移使建筑物功能丧失，建筑物的修复或者重建往往造成巨大的财产损失。为了减小结构的残余位移，使其在震后尽快恢复功能，自复位技术被认为是最有潜力的解决方法之一，其原理在于，将自复位装置与结构有机结合，有效减小甚至消除结构的残余位移，实现结构震后功能可恢复，在这一范畴下，许多自复位阻尼器、连接和支撑装置被成功提出，其中，基于超弹性形状记忆合金的防屈曲支撑因其良好的耗能能力和复位能力被广泛应用于自复位
2、为了使形状记忆合金的防屈曲支撑走向实际工程应用，学者们进行了一系列的研究，这些研究主要分为两类：基于超弹性形状记忆合金板材的防屈曲支撑和基于超弹性形状记忆合金棒材的防屈曲支撑，结果表明，基于超弹性形状记忆合金板材的防屈曲支撑由于超弹性形状记忆合金板材的缺口效应显著，无法发生多波形屈曲，变形能力差，基于超弹性形状记忆合金棒材的防屈曲支撑由于超弹性形状记忆合金棒材的缺口效应不显著，能够发生多波形屈曲，变形能力强，能够满足实际工程得到需求。
3、在研究中同时发现，按照小震设计的超弹性形状记忆合金棒材防屈曲支撑，在遭遇强震时提前破坏，主体结构可能有倒塌的风险，按照强震设计的超弹性形状记忆合金棒材防屈曲支撑，由于有较大的初始刚度和强度，在结构小变形时不能提
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的上述缺陷，本专利技术提出了一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其竹节式形状记忆合金棒材内芯有多个不同直径的耗能段组成，内侧的直径小，外侧的直径大，直径小的部分提前屈服，在中小震时发挥作用，直径大的部分在强震时发挥作用，能够实现多阶段抗震设计。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，所述多阶段防屈曲支撑包括约束板a、约束板b以及竹节式形状记忆合金棒材内芯；
4、所述约束板a和约束板b上均为开孔钢板，其上分别设置有沉孔a和沉孔b，与沉孔垂直的一面的中心、约束板a和约束板b的内侧开有多个不规则圆弧形的凹槽；沉孔a和沉孔b内设置有螺栓；
5、所述竹节式形状记忆合金棒材内芯为一形状记忆合金棒材，其上设置有中心限位栓、端部限位栓、第一屈服段a、第一屈服段b、第二屈服段a、第二屈服段b、螺纹端a和螺纹端b；端部限位栓设置在中心限位栓的两侧；第一屈服段a和第一屈服段b分别位于中心限位栓以及两侧的端部限位栓之间；第二屈服段a、第二屈服段b分别位于端部限位栓与螺纹端a、螺纹端b之间；
6、所述竹节式形状记忆合金棒材内芯放置在约束板a和约束板b的不规则圆弧形的凹槽内，其端部预留有足够的变形空间；其中，竹节式形状记忆合金棒材内芯的中心限位栓与约束板a和约束板b中心的不规则圆弧形凹槽匹配接触，保证竹节式形状记忆合金棒材内芯始终在约束板a和约束板b的中心，而端部限位栓与约束板a和约束板b的不规则圆弧形凹槽的轴向预留有间隙，其左侧间隙为l1，右侧间隙为l2，l1＝l2，径向的间隙为t1。
7、进一步地，所述螺栓为高强螺栓，其放置在沉孔a和沉孔b内，用于固定约束板a和约束板b，保证二者不发生相对位移，为竹节式形状记忆合金棒材内芯提供可靠的约束。
8、进一步地，所述第一屈服段a、第一屈服段b、第二屈服段a和第二屈服段b的直径分别为d1、d2、d3和d4，d3和d4均大于d1和d2。
9、进一步地，各个屈服段数量以及参数l1、l2、t1、d1、d2、d3和d4均可根据实际结构的抗震需求进行设计。
10、进一步地，所述螺纹端a、螺纹端b分别与两侧的结构相连。
11、进一步地，所述沉孔a、沉孔b、螺栓避开竹节式形状记忆合金棒材内芯，并设置在竹节式形状记忆合金棒材内芯的两侧。
12、当结构由于地震作用发生振动时，会带动螺纹端a和螺纹端b发生相对运动，进而引起竹节式形状记忆合金棒材内芯的第一屈服段a、第一屈服段b、第二屈服段a和第二屈服段b发生屈服，消耗地震能量的同时为结构提供复位能力；在中小震发生时，直径小的竹节式形状记忆合金棒材内芯的第一屈服段a和第一屈服段b首先屈服，进入滞回耗能状态，为结构提供阻尼力，提高结构在中小震下的耗能能力和复位能力，而第二屈服段a和第二屈服段b由于直径大，未进入屈服状态，只发生弹性变形；在强震作用下，当结构的变形大到l1时，第一屈服段a和第一屈服段b的端部限位栓与约束板a和约束板b的不规则圆弧形凹槽接触，第一屈服段a和第一屈服段b停止变形，第二屈服段a和第二屈服段b继续发生变形，保证结构在强震下的抗震效果。
13、本专利技术能够取得如下技术效果：
14、(1)利用形状记忆合金棒材作为主要耗能和复位材料，复位效果好、变形能力强；
15、(2)通过在形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑的竹节式形状记忆合金棒材内芯设置不同直径的屈服段，达到分阶段屈服的效果，实现多阶段抗震设计；
16、(3)装置能够实现多阶段抗震设计，在小震、中震和大震情况下，均有良好的抗震效果；
17、(4)在地震作用下，装置发生小变形的概率更大，如果装置的第一屈服段由于疲劳损伤发生断裂，装置不会立刻失效，依然能够很好的保护结构，具有风险可控的突出优势；
18、(5)装置整体为装配式，安装、维修方便，具有广泛的应用前景。
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1.一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其特征在于：所述多阶段防屈曲支撑包括约束板a(1)、约束板b(2)以及竹节式形状记忆合金棒材内芯(4)；
2.根据权利要求1所述的一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其特征在于：所述螺栓(3)为高强螺栓，其放置在沉孔a(11)和沉孔b(21)内，用于固定约束板a(1)和约束板b(2)，保证二者不发生相对位移，为竹节式形状记忆合金棒材内芯(4)提供可靠的约束。
3.根据权利要求1所述的一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其特征在于：所述第一屈服段a(43)、第一屈服段b(44)、第二屈服段a(45)和第二屈服段b(46)的直径分别为D1、D2、D3和D4，D3和D4均大于D1和D2。
4.根据权利要求1所述的一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其特征在于：各个屈服段数量以及参数L1、L2、T1、D1、D2、D3和D4均可根据实际结构的抗震需求进行设计。
5.根据权利要求1所述的一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其特征在于：所
6.根据权利要求1所述的一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其特征在于：所述沉孔a(11)、沉孔b(21)、螺栓(3)避开竹节式形状记忆合金棒材内芯(4)，并设置在竹节式形状记忆合金棒材内芯(4)的两侧。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其特征在于：当结构由于地震作用发生振动时，会带动螺纹端a(45)和螺纹端b(46)发生相对运动，进而引起竹节式形状记忆合金棒材内芯(4)的第一屈服段a(43)、第一屈服段b(44)、第二屈服段a(45)和第二屈服段b(46)发生屈服，消耗地震能量的同时为结构提供复位能力；在中小震发生时，直径小的竹节式形状记忆合金棒材内芯(4)的第一屈服段a(43)和第一屈服段b(44)首先屈服，进入滞回耗能状态，为结构提供阻尼力，提高结构在中小震下的耗能能力和复位能力，而第二屈服段a(45)和第二屈服段b(46)由于直径大，未进入屈服状态，只发生弹性变形；在强震作用下，当结构的变形大到L1时，第一屈服段a(43)和第一屈服段b(44)的端部限位栓(42)与约束板a(1)和约束板b(2)的不规则圆弧形凹槽接触，第一屈服段a(43)和第一屈服段b(44)停止变形，第二屈服段a(45)和第二屈服段b(46)继续发生变形，保证结构在强震下的抗震效果。
...【技术特征摘要】
1.一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其特征在于：所述多阶段防屈曲支撑包括约束板a(1)、约束板b(2)以及竹节式形状记忆合金棒材内芯(4)；
2.根据权利要求1所述的一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其特征在于：所述螺栓(3)为高强螺栓，其放置在沉孔a(11)和沉孔b(21)内，用于固定约束板a(1)和约束板b(2)，保证二者不发生相对位移，为竹节式形状记忆合金棒材内芯(4)提供可靠的约束。
3.根据权利要求1所述的一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其特征在于：所述第一屈服段a(43)、第一屈服段b(44)、第二屈服段a(45)和第二屈服段b(46)的直径分别为d1、d2、d3和d4，d3和d4均大于d1和d2。
4.根据权利要求1所述的一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其特征在于：各个屈服段数量以及参数l1、l2、t1、d1、d2、d3和d4均可根据实际结构的抗震需求进行设计。
5.根据权利要求1所述的一种基于竹节式形状记忆合金棒材的多阶段防屈曲支撑，其特征在于：所述螺纹端a(47)、螺纹端b(48)分别与两侧的结构相连。
6.根据权利要求1所述的一种基于竹节式形状记忆...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨智乐，杜修力，董振华，董慧慧，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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