【摘要】：本文針對(duì)普通橡膠支座初始水平剛度較小,耗能能力差,地震作用下支座水平位移過(guò)大等缺點(diǎn),利用形狀記憶合金(SMA)的超彈性和高阻尼特性設(shè)計(jì)了一種新型SMA-疊層橡膠隔震支座并對(duì)支座的力學(xué)性能以及應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)中的隔震效果進(jìn)行研究。包括了以下研究?jī)?nèi)容:為了獲得水平各個(gè)方向上穩(wěn)定的隔震效果還有豎向的抗拔力同時(shí)要使支座能具有較大的運(yùn)動(dòng)距離,支座采用了呈直角三角形拉結(jié)的SMA絲組合形成六邊形的受力體系。根據(jù)SMA絲的組合方式不同設(shè)計(jì)了兩種不同的支座方案。通過(guò)對(duì)支座不同方向上運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析和公式推導(dǎo),得到了支座沿著兩個(gè)正交方向運(yùn)動(dòng)時(shí)水平恢復(fù)力和豎向拉力與運(yùn)動(dòng)距離的關(guān)系式,并確定其在SMA超彈性范圍內(nèi)的極限位移的計(jì)算公式,為后續(xù)進(jìn)行支座的受力分析與比較做好理論基礎(chǔ)。為了分析支座的力學(xué)性能,首先利用MATLAB軟件對(duì)SMA本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行編程,對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本構(gòu)模型進(jìn)行擬合,確定合理的模型參數(shù)。采用確定好的本構(gòu)關(guān)系對(duì)兩種支座方案的水平恢復(fù)力和豎向拉力和SMA超彈性范圍內(nèi)的極限位移的計(jì)算公式編制擬合程序。利用程序?qū)χёM(jìn)行了構(gòu)造參數(shù)的影響分析,考察了SMA絲受力體系凈高和水平投影長(zhǎng)度、SMA絲截面積、SMA預(yù)施加應(yīng)變、預(yù)應(yīng)力對(duì)支座的影響以及不同位移下支座性能的變化,總結(jié)其性能指標(biāo)的變化規(guī)律,為實(shí)際應(yīng)用時(shí)進(jìn)行性能調(diào)整提供理論指導(dǎo)。為了了解SMA-疊層橡膠隔震支座的隔震效果,根據(jù)MATLAB程序計(jì)算出的支座恢復(fù)力的計(jì)算結(jié)果建立了新型SMA-疊層橡膠隔震支座的單自由度隔震體系,在不同循環(huán)頻率的簡(jiǎn)諧波激勵(lì)下進(jìn)行響應(yīng)分析。結(jié)果表明,形狀記憶合金橡膠支座具有更顯著的隔震效果。同時(shí),SMA-疊層橡膠隔震支座能有效減少單自由度隔震系統(tǒng)中支座的相對(duì)位移距離。彌補(bǔ)了橡膠支座在地震波作用下剛度小位移大的缺點(diǎn)。使用ABAQUS軟件建立七層框架結(jié)構(gòu)的有限元模型,獲得了新型三種不同支座條件下的框架結(jié)構(gòu)的自振特性,結(jié)果表明SMA-疊層橡膠隔震支座和橡膠支座均能延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期�？蚣芙Y(jié)構(gòu)在三種支座條件下的地震響應(yīng)分析表明,新型SMA-疊層橡膠隔震支座能有效控制支座位移。與橡膠支座相比,新型形狀記憶合金橡膠支座減少了11.5%的位移距離。與普通橡膠支座相比,新型形狀記憶合金橡膠支座在降低結(jié)構(gòu)各層加速度和位移方面效果更明顯,均比普通橡膠支座高出20%。為了進(jìn)一步了解SMA-疊層橡膠隔震支座在不同的地震作用下的隔震效果,采用調(diào)頻、調(diào)幅以及選取不同地震波的方式對(duì)三種支座條件下的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震響應(yīng)分析,結(jié)果表明較大的地震波振幅時(shí)SMA-疊層橡膠隔震支座的隔震效果比普通橡膠支座更好,SMA-疊層橡膠隔震支座能在較硬的場(chǎng)地發(fā)揮較好的隔震效果,在軟弱場(chǎng)地可能會(huì)放大地震作用,而在三種不同的地震波作用下SMA-疊層橡膠隔震支座的隔震效果都要有優(yōu)于普通橡膠支座。采用較小的間隔時(shí)間時(shí)地震波的振動(dòng)主頻會(huì)更高,較小間隔時(shí)間的地震波作用下SMA-疊層橡膠隔震支座的隔震效果更好。
【圖文】：

中國(guó)是一個(gè)地震活動(dòng)頻繁的國(guó)家，歷史上有大量對(duì)于地震活動(dòng)的記錄。根據(jù)史料，1955 年以前發(fā)生在我國(guó)的地震有 8000 余次。從近現(xiàn)代以來(lái)我國(guó)也發(fā)生過(guò)多次造成嚴(yán)重破壞和重大財(cái)產(chǎn)人員損失的地震活動(dòng)，例如 1976 年 7 月 28 日的唐山大地震、2008 年5 月 12 日的汶川地震（圖 1-1）、2010 年 4 月 14 日的玉樹(shù)地震、2011 年 3 月 10 日的云南盈江地震、2013 年 4 月 20 日的四川雅安地震以及 2014 年 2 月 12 日的新疆于田地震，最近幾年地震頻繁發(fā)生，使結(jié)構(gòu)的抗震與減隔震成為了工程研究的熱點(diǎn)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市的建設(shè)與更新對(duì)于如何保證建筑及橋梁等在地震中不受破壞甚至倒塌提出了越來(lái)越高的要求。從歷史記錄來(lái)看地震往往具有突發(fā)性、破壞性以及廣泛性等特點(diǎn)，能夠使一座大型的城市在瞬間變成一片廢墟，城市生活基本設(shè)施可能會(huì)全部癱瘓，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失還會(huì)出現(xiàn)大量的人員傷亡。因此運(yùn)用工程結(jié)構(gòu)的抗震知識(shí)建造具有足夠安全性的建筑，以最大限度的減少國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)的損失對(duì)于地震頻發(fā)的我國(guó)國(guó)情來(lái)說(shuō)顯得非常重要。

支座采用了鋼板作為夾層材料，但鋼板造價(jià)高同時(shí)自重也大，為了克服這一柔性加強(qiáng)板橡膠支座，用纖維板等輕質(zhì)但具備了足夠剛度的材料代替鋼板作座的夾層材料 ,可以減少造價(jià)和重量，，但柔性加強(qiáng)板橡膠支座的極限承載力強(qiáng)板橡膠支座要低，不能承擔(dān)太大的豎向荷載，否則加強(qiáng)板可能會(huì)破壞。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU352.12

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2701452