本發明屬于結構振動控制技術領域，提供了一種基于壓電和形狀記憶合金的復合型軸向耗能裝置，包括螺桿、鋼管、加勁肋、鋼片、螺母、壓電陶瓷、螺帽和SMA絲束。將結構受壓的機械能轉化為壓電陶瓷的電能，再轉化為熱能，耗能效率高，受力性能好；SMA絲束抗拉承載力大，具有形狀記憶效應，而且抗腐性抗疲勞性好；可根據實際需要對節段數量、壓電陶瓷及SMA絲束的規格進行調整，使結構可根據所受軸向力的大小及具體受力情況進行調節；具有構造簡單，易于維修，耗能能力優于普通鋼管等優點，且安裝方便，不影響外部造型，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于結構振動控制技術領域，具體是指一種基于壓電和形狀記憶合金的復合型軸向耗能裝置。

背景技術

近年來，隨著我國鋼鐵產量的不斷增長，管桁架在被越來越廣泛地使用，在建筑中所占的比例越來越大，管桁架結構截面材料繞中和軸較均勻分布，使截面同時具有良好的抗壓性能及大扭轉剛度等特點。另外，管桁架結構整體性能好、構造簡單、外表美觀，制作、安裝、翻身、起吊都比較容易。

當前很多鋼桁架構件由于長期受到動力循環荷載，容易造成疲勞裂紋和缺陷，從而產生結構承載能力、耐久性降低等結構性缺陷，不能滿足人們正常使用的需求。

本發明創造性地提出了一種基于壓電和形狀記憶合金的復合型軸向耗能裝置，利用壓電效應原理，將鋼管所受軸向壓力轉換為電能，再利用電阻絲轉化成熱能消耗，大大增加耗能效率；利用形狀記憶合金(shape memory alloys,SMA)絲束承受拉力，具有允許變形大且變形可恢復等優點，和壓電耗能裝置共同作用，可有效消耗結構在動力荷載下的能量，從而降低結構動力響應、提高其使用壽命。

發明內容

本發明的目的是設計一種構造合理，耗能效果明顯的桁架連接裝置。

本發明的技術方案：

一種基于壓電和形狀記憶合金的復合型軸向耗能裝置，主要由螺桿、鋼管、螺母、壓電陶瓷、加勁肋、鋼片、螺帽和SMA絲束組成，

整個復合型軸向耗能裝置設置若干節段，每個節段主要由鋼管、鋼片和壓電陶瓷組成，由SMA絲束串聯所有節段；

所述鋼片與鋼管剛接，節段之間壓電陶瓷與上下鋼片緊密接觸，并由鋼片與鋼管端部構成的卡扣固定；

所述鋼管與鋼片之間設置加勁肋；鋼片與壓電陶瓷中心處預留孔洞；

所述SMA絲束上端與螺桿剛接，下端與螺帽剛接，依次穿過各節段上的鋼片與壓電陶瓷中心處預留的孔洞；

所述螺母與螺桿扭緊，固定SMA絲束并施加預緊力。

各節段上的鋼片預留孔洞剛好可穿過SMA絲束，以限制SMA絲束的橫向位移。

節段的數量根據所受軸向力的大小及具體受力情況調節。

單個節段中采用八個對稱的加勁肋，使結構更加穩定。

本發明的有益效果：

(1)本發明的一種基于壓電和形狀記憶合金的復合型軸向耗能裝置，將結構受壓的機械能轉化為壓電陶瓷的電能，再轉化為熱能，耗能效率高，受力性能好；

(2)本發明的一種基于壓電和形狀記憶合金的復合型軸向耗能裝置，采用應力大應變小的SMA絲束，可承受更大的拉力；具有形狀記憶效應，可實現自復位；

(3)本發明的一種基于壓電和形狀記憶合金的復合型軸向耗能裝置，可通過螺栓對SMA絲束施加預緊力，且數值靈活，既增強了結構的安全性，也可使結構適用于不同的受力情況；

(4)本發明的一種基于壓電和形狀記憶合金的復合型軸向耗能裝置，可根據實際需要對節段的數量、壓電陶瓷及SMA絲束的規格進行調整，使結構根據所受軸向力的大小及具體受力情況進行調節；