新型SMA自復(fù)位耗能支撐的研發(fā)及其性能研究與應(yīng)用.pdf

1、地震災(zāi)害中，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要依靠主體結(jié)構(gòu)的塑性變形來耗散地震能量，結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震后會(huì)有較大的殘余變形，造成結(jié)構(gòu)在震后不能繼續(xù)使用，并且難以修復(fù)。雖然耗能減震技術(shù)在一定程度上能保護(hù)主體結(jié)構(gòu)不被損壞，但震后結(jié)構(gòu)殘余變形的問題依舊沒能得到解決。近年來，自復(fù)位結(jié)構(gòu)體系的研究和發(fā)展為土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制開辟了新的天地。
　　形狀記憶合金（Shape Memory Alloys，簡(jiǎn)稱SMA）作為一種新型的智能材料，具有獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)、超彈性、高阻

2、尼、抗腐蝕及抗疲勞性能，是一種理想的耗能減震材料，在結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
　　國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者致力于SMA在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域的研究，開發(fā)出數(shù)量眾多的SMA自復(fù)位耗能裝置，但目前開發(fā)出來的SMA自復(fù)位耗能裝置均處在試驗(yàn)研究階段，還存在構(gòu)造復(fù)雜、設(shè)計(jì)繁瑣、不便連接等諸多的問題，難以應(yīng)用到實(shí)際工程中。在此背景下，本文采用理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研發(fā)了一種新型SMA自復(fù)位耗能裝置，并對(duì)其進(jìn)行了研究。本文的

3、主要研究工作如下:
　　(1)詳細(xì)介紹了結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及SMA在土木工程領(lǐng)域的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀;描述了SMA形狀記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng)的微觀機(jī)理，并總結(jié)歸納了SMA幾種典型的宏觀唯象本構(gòu)模型。
　　(2)進(jìn)行了超彈性Ni-Ti SMA絲的力學(xué)性能試驗(yàn)，研究了循環(huán)次數(shù)、應(yīng)變幅值、加載速率、環(huán)境溫度及預(yù)應(yīng)變等因素對(duì)SMA滯回曲線及各力學(xué)性能參數(shù)的影響，得到了各因素對(duì)該Ni-TiSMA絲性能影響的變化規(guī)律?；贏NSYS有

4、限元分析軟件，采用內(nèi)置的SMA超彈性本構(gòu)模型模擬試驗(yàn)用Ni-Ti SMA絲的超彈性性能，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，ANSYS程序自帶的SMA超彈性本構(gòu)模型具有較高的精度，能夠很好地模擬SMA材料的超彈性本構(gòu)關(guān)系。
　　(3)研發(fā)了一種新型SMA自復(fù)位耗能支撐。利用SMA超彈性性能，研發(fā)了一種兼具耗能和復(fù)位功能且構(gòu)造簡(jiǎn)單的新型SMA自復(fù)位耗能支撐。
　　(4)對(duì)研發(fā)的新型SMA自復(fù)位耗能支撐，進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)研究，考

5、察了SMA絲束面積、位移幅值、加載速率及SMA預(yù)應(yīng)力等因素對(duì)支撐滯回曲線及力學(xué)性能參數(shù)的影響。采用ANSYS有限元分析軟件對(duì)新型SMA自復(fù)位耗能支撐進(jìn)行數(shù)值模擬，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，SMA自復(fù)位耗能支撐的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
　　(5)分別對(duì)安裝普通支撐、防屈曲支撐及自復(fù)位耗能支撐的9層鋼框架進(jìn)行了低周往復(fù)加載和彈塑性時(shí)程分析，對(duì)比不同類型的支撐對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。結(jié)果表明，新型SMA自復(fù)位耗能支撐