SMA-叠层橡胶复合隔震支座耗能能力的影响因素研究

为研究SMA丝-叠层橡胶支座和SMA绞线-叠层橡胶支座力学性能,基于AuricchioSacco本构模型分析形状记忆合金材料的超弹性特性,采用有限元方法分别建立这两种橡胶支座模型,在此基础上以位移幅值和竖向荷载作为主要影响因素,数值模拟分析得出两种橡胶支座的恢复力-位移滞回曲线,建立了位移和荷载变量对支座的等效水平刚度、等效阻尼比和单位循环耗能的关系,进而分析两种橡胶支座的性能差异,为该支座的工程设计和使用提供理论依据。     

SMA绞线-叠层橡胶复合支座振动台试验研究

对一组SMA绞线-叠层橡胶复合支座进行了振动台试验。根据试验结果比较分析了SMA绞线-叠层橡胶复合支座与普通叠层橡胶支座的隔震性能,着重分析了位移幅值对支座工作性能基本参数如等效水平刚度、最大恢复力、单位循环耗能和等效阻尼比的影响以及这些参数的变化规律。从而证明了在罕遇地震作用下发生较大水平位移幅值时,SMA绞线-叠层橡胶复合支座比普通叠层橡胶支座可提供更大的恢复力和阻尼,更有利于阻隔地震对上部结构的作用和强震作用后上部结构的自动复位。     

基于SMA隔震支座的双层球面网壳结构地震响应分析

采用橡胶支座的隔震方式是目前较成熟的隔震技术,但橡胶支座存在着水平变形大、阻尼较小、耗能不足等问题。SMA-橡胶复合隔振支座充分利用了形状记忆合金(SMA)丝的超弹性特点,在支座工作时起到恢复力主要补充作用,使得支座在抗侧移能力和耗能方面都得到了加强。通过建立双层球面网壳模型,对其在普通橡胶支座和SMA复合橡胶支座两种不同工况下的隔震效果进行对比分析,说明在采用后者的双层球面网壳结构其杆件的内力值和节点位移值都明显降低,受拉的上弦杆和受压的下弦杆无论是受力峰值及其杆件数量都有所减少,提高了网壳结构的变形协调能力,限制了网壳结构薄弱杆件的破坏,SMA复合橡胶支座起到了较好的减震耗能作用,对双层球面网壳的隔振作用优于橡胶支座。     

基于状态空间法的SMA-复合支座隔震结构分析

研究了SMA(shape memory alloy)绞线-叠层橡胶复合支座的工作原理,将结构控制理论中的结构状态空间法应用到该复合支座隔震结构的数值模拟分析中。建立了普通框架、安装叠层橡胶支座和安装SMA复合支座框架的结构状态方程,应用SIMULINK工具箱建立结构仿真模型,得出不同条件下框架结构的时程反应曲线。通过对比分析可以看出SMA-复合支座能很好地改变结构的隔震效果,应用状态空间法进行SMA-复合支座隔震结构的数值模拟分析简单准确。     

II型SMA-橡胶隔震支座及其理论模型

将形状记忆合金(SMA)索与普通叠层橡胶垫复合可以形成具有滞回阻尼性能的SMA-橡胶隔震支座。在原SMA-橡胶支座(I型)的基础上,在支座中增加弹簧改善SMA耗能拉索的功能,设计了II型SMA-橡胶支座,建立了支座的理论模型。通过数值计算详细考察了此种支座的工作特性,并与Ⅰ型SMA-橡胶支座的性能进行了对比。     

SMA复合支座-巨型框架结构体系减震效果分析

在研究形状记忆合金（SMA）绞线-叠层橡胶复合支座基础上,本文提出了SMA复合支座-巨型框架减震结构体系,建立了SMA复合支座-巨型框架减震结构体系的计算模型和运动方程,研究了该结构的动力反应特性,并将其与普通巨型框架结构、应用普通橡胶支座巨型框架结构进行了非线性时程对比分析。结果表明,SMA复合支座-巨型框架减震结构体系能有效地减小结构的地震响应,同时避免了地震时主次结构之间产生碰撞破坏。     

Ⅱ型SMA-橡胶隔震支座及其理论模型

将形状记忆合金（SMA）索与普通叠层橡胶垫复合可以形成具有滞回阻尼性能的SMA-橡胶隔震支座。在原SMA-橡胶支座（Ⅰ型）的基础上，在支座中增加弹簧改善SMA耗能拉索的功能，设计了Ⅱ型SMA-橡胶支座，建立了支座的理论模型。通过数值计算详细考察了此种支座的工作特性，并与Ⅰ型SMA-橡胶支座的性能进行了对比。     

SMA-橡胶支座的力学性能试验研究

SMA-橡胶支座是一种由叠层橡胶垫和形状记忆合金（SMA）复合而成的新型隔震支座。阐明了SMA-橡胶支座的设计思路和工作机理,通过SMA-橡胶支座实物模型的伪动力试验,考察了支座的水平和竖向刚度、耗能能力和等效阻尼比,研究了位移幅值、加载频率、竖向荷载等参数对支座力学性能的影响。研究结果表明,SMA-橡胶支座工作性能稳定,耗能能力较强,是一种性能优良的新型隔震装置。     

应用SMA复合橡胶支座的桥梁隔震

本文提出了一种基于形状记忆合金的复合橡胶支座（简称SMA复合橡胶支座）的智能桥梁隔震系统，应用SMA复合橡胶支座对一受El Centro地震激励的多跨简支桥的一标准跨进行了时程分析，并与应用普通橡胶支座进行了减震、隔震效果的比较，结果表明，应用SMA复合橡胶支座隔震，不仅能取得更为显著的减震、隔震效果，而且能使地震后隔震桥梁的梁体得以复位，从而验证了SMA复合橡胶支座在桥梁隔震中的有效性、智能性和自恢复能力。     

一种SMA复合摩擦阻尼器的设计与性能研究

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性特性,将SMA丝与摩擦阻尼器复合,提出了一种SMA复合摩擦阻尼器,给出了SMA复合摩擦阻尼器的工作机理和设计方法,建立了其理论模型,确定了SMA复合摩擦阻尼器的力-位移滞回曲线,并对一SMA复合摩擦阻尼器控震单自由度体系在地震作用下的动力响应进行了数值模拟。结果表明,提出的SMA复合摩擦阻尼器具有优良的耗能减振性能。     

SMA弹簧-摩擦支座基础隔震体系的地震响应分析

大尺寸超弹性形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)螺旋弹簧是一种可用于结构减振控制的阻尼器。然而,迄今为止这种超弹性阻尼器在土木工程结构隔震领域的研究较少。本文提出了一种SMA弹簧-摩擦支座(SMA Spring-Friction Bearing,简称SFB)并研究了其隔震性能。首先,在考虑材料内部相变过程的SMA本构关系模型的基础上,针对超弹性SMA弹簧的恢复力性能建立了一种便于工程应用的新的宏观现象模型。随后,推导了SFB隔震结构体系运动方程,利用MATLAB程序进行了结构地震响应的数值模拟。最后,将SFB隔震体系的地震响应与具有相同结构参数的纯摩擦支座(Pure Friction Bearing,简称PFB)隔震体系和摩擦摆(Friction Pendulum System,简称FPS)隔震体系的地震响应进行了对比分析。研究结果表明,SFB对上部结构具有良好的加速度减振效果,同时,该支座较其它两种滑动支座在降低隔震层位移峰值响应和抑制隔震支座残余位移两方面具有明显的优势。     

SMA-橡胶复合支座的设计与隔震性能

利用形状记忆合金超弹性变形下的滞回耗能性能，设计了一种SMA-橡胶复合隔震支座，建立了隔震支座的力学模型，对其隔震性能进行了研究。结果表明，本文提出的SMA-橡胶复合支座良好地改善了橡胶支座的隔震性能。     

一种新型变形可恢复SMA阻尼器力学性能的研究

利用形状记忆合金（Shape Memory Alloy,简称"SMA"）丝材的超弹性与复位弹簧特性,开发出一种新型变形可恢复SMA阻尼器,以增强其变形可恢复的能力。同时,为了解决SMA丝材在实际工程中锚固难的问题,提出了一种新型可调节夹具,不仅解决了SMA丝材的不易锚固问题,而且增强了调节预应变的能力。对所提出的新型SMA阻尼器进行了循环加载试验研究和数值仿真分析,探讨不同加载频率及位移幅值对其力学性能的影响,建立了恢复力模型。结果表明:新型SMA阻尼器在循环荷载作用下滞回性能稳定,具有良好的耗能性能;内置弹簧对新型SMA阻尼器变形可恢复能力有较大帮助。基于所建立恢复力模型的数值模拟结果与试验结果符合情况很好,验证了阻尼器恢复力力模型的正确性。     

超弹性形状记忆合金螺旋弹簧恢复力的数值模拟

形状记忆合金(SMAs)在土木工程被动控制领域的研究近年来得到了极大的关注。研究人员已经提出了多种含有SMA丝的隔震器和阻尼器,大尺寸SMA超弹性螺旋弹簧是一种可输出较大位移的阻尼器。由于以往在结构防震减灾领域有关SMA螺旋弹簧力学性能的研究较少,因此在Liang和Rogers提出的SMA应力-应变本构模型的基础上,针对SMA螺旋弹簧恢复力特性建立了一种便于工程应用的新型宏观模型,并利用MATLAB程序进行了数值模拟以验证所提出模型的适用性和正确性。研究结果表明:SMA螺旋弹簧具有较好的复位和耗能能力;同时,根据该宏观模型得到的数值模拟结果与其他学者的试验研究结果吻合较好。总的来看,数值模拟方法可较准确描述超弹性弹簧的力学行为,且方便在现有常规结构软件中实现。     

小型叠层橡胶支座水平刚度的实验研究

对小型叠层橡胶支座（Ｄ〈１００ｍｍ）进行了压剪试验研究,总结了这类支座的一些基本性能。试验表明,当用现有的大型叠层橡胶支座水平刚度公式计算小型叠层橡胶支座的水平刚度时,结果偏小,必须进行适当修正。本文还对一组锡芯叠层橡胶支座进行了试验研究,并得到了一些初步结果。     

不规则框架结构的组合隔震反应分析

为研究不规则框架隔震结构的地震反应,分别对一个传统抗震结构、一个铅芯叠层橡胶支座隔震结构和四个组合隔震结构(隔震层由铅芯支座和滑板支座组成)进行了弹塑性地震反应时程分析,研究隔震支座参数对隔震效果的影响。结果表明:采用组合隔震技术时,合理选择隔震层的铅芯支座布置位置、滑板支座的摩擦系数和铅芯叠层橡胶支座的型号,可以有效地降低上部结构的扭转效应;对于不规则的建筑隔震结构,为减小地面运动带来的扭转效应,建议采用由铅芯支座和滑板支座组合而成的隔震层,可对上部结构的扭转起到很好的抑制作用。     

SMA三维隔震复合支座单层柱面网壳结构的地震响应

大跨空间结构具有空间跨度大,结构整体刚度大、受力合理、耗材少、重量轻等优点,在世界各地应用前景非常广阔。但在强震作用下,此种结构破坏严重,经济损失惨重。震害经验与理论研究表明地震动是一种复杂的多维运动,只考虑单分量水平地震作用是不够的,还应考虑竖向地震分量对整体结构的影响。在作者研制的SMA-叠层橡胶支座的基础上,针对竖向刚度大、竖向隔震效果不明显的问题,研制一种在上部串联加入碟形弹簧的新型三维隔震支座,并建立一典型的单层柱面网壳结构模型,在输入不同峰值地震动情况下,通过时程反应分析可见,SMA三维隔震支座下结构位移、加速度峰值与普通橡胶支座对比明显降低,时程曲线趋于平缓,典型的杆件轴力也有明显降低,说明了SMA三维隔震复合支座隔震效果更好。     

单层框架建筑模型基础隔震实验研究

对带叠层橡胶隔震基础的钢筋混凝土单层框架模型进行了振动台地震模拟试验,比较了隔震结构与非隔震结构的地震反应,结果表明,用叠层橡胶支座隔震后,框架模型的地震反应比不隔震时大大减小,证明叠层橡胶支座基础隔震技术是一种既有效又很安全的减震措施。     

形状记忆合金超弹性阻尼性能的试验研究

本文分析了形状记忆合金（SMA）超弹性阻尼减振的机理，通过试验研究了温度、加载频率、循环次数及预变形等因素对SMA超弹性阻尼的影响。研究结果表明，利用SMA的超弹性阻尼特性可以研制出性能良好的耗能减振装置，在工程结构振动控制方面具有比较好的应用前景。     

超弹性形状记忆合金滞回参数模型研究

基于超弹性形状记忆合金丝(SMA)的力学性能试验,分析影响SMA滞回特性的主要因素及变化规律,建立一种超弹性SMA的滞回参数模型。通过试验数据结果分析,应变幅值和加载速率是影响SMA滞回行为的两大主要因素;研究通过引入sinh函数和运用粒子群算法,提出了一种考虑了双因素影响的SMA滞回参数模型。基于试验数据进行模型的参数识别和确定关系,并对不同工况下的试验值和模型理论计算值进行比较分析,最终得出的对比结果吻合程度较好。证明了本文建立的滞回参数模型可以很好地模拟SMA在多影响因素下的应力-应变关系,及其滞回力学特性。