SMA-复合摩擦耗能装置设计及其减震性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:iovewpycoo
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
传统的抗震结构通常是利用结构的塑性变形来消耗地震能量的,但是,结构在经历强震后,会有较大的非弹性变形,存在较大的残余位移,造成结构在震后修复难度大或者结构在震后无法继续正常使用的现象。虽然,将耗能减震装置应用于建筑结构中可以在一定程度上减轻震害,保护主体结构,但是,震后装置残余位移过大,不便于修复、更换装置的问题依旧存在。新近提出的“可恢复性功能结构”为研究和发展建筑结构的抗震方法提供了新思路,自复位耗能装置也是该体系中的一部分。形状记忆合金作为一种兼具耗能和复位能力的新型智能材料,在自复位耗能装置领域具有良好的前景。目前,国内外学者已研发出大量的SMA自复位耗能装置,但是仅应用SMA作为耗能材料的装置存在耗能能力不足、抗震性能有限的问题;而SMA复合耗能装置又存在构造复杂、不便于安装、更换的问题。在此背景下,本文结合SMA材料和摩擦阻尼器的优点,提出了一种新型SMA自复位复合摩擦耗能装置,并采用数值模拟的方法,对装置的力学性能、减震效果进行了分析。本文的主要研究工作如下:(1)详细介绍了关于SMA的基本特性和本构模型,并应用ABAQUS内嵌的形状记忆合金本构模型模拟了SMA在不同加载幅值、加载速率、截面尺寸下的应力-应变曲线以及SMA丝轴向拉伸后的应力-应变曲线,并与文献中的试验结果进行对比。结果表明,ABAQUS内嵌的形状记忆合金本构模型能够较准确地模拟SMA材料的超弹性本构关系,其数值模拟结果与文献中的试验结果基本吻合。(2)利用SMA的超弹性特性和摩擦装置耗能稳定的特点,设计了一种新型SMA自复位复合摩擦耗能装置,并阐述了其设计思路、基本构造、工作原理及功能特点。(3)对SMA自复位复合摩擦耗能装置进行数值模拟研究。在ABAQUS有限元软件中建立了装置的实体模型,模拟分析了该耗能装置在不同螺栓预紧力、不同位移幅值和不同SMA数量下的滞回性能。结果表明,该装置的滞回曲线饱满,耗能能力稳定;随着螺栓预紧力、位移幅值和SMA丝束数量的增加,耗能能力逐渐增强。(4)对SMA复合摩擦耗能装置进行简化连接单元建模,并在计算精度和计算效率两个方面对实体模型和简化模型两种数值模拟方法进行了对比分析。结果表明,简化模型相比于实体模型,在计算效率和计算成本方面更具优势,同时,其计算结果与实体模型的结果误差相对较小,说明简化模型的拟合效果较好,可以用于结构减震分析。(5)分别在ABAQUS中建立了纯钢框架模型、纯摩擦装置钢框架模型和SMA自复位复合摩擦耗能装置钢框架模型,对该三种模型进行地震作用下的弹塑性时程分析,对比分析SMA自复位复合摩擦耗能装置对钢框架的抗震性能的影响。结果表明,该装置能够有效减小结构的地震响应,并且能够提高结构构件和非结构构件的震后恢复能力。
其他文献
近年来,装配式建筑凭借建筑部品工厂预制、工地现场装配的高质量、低污染工业化生产模式正迎来发展的利好阶段。装配式建筑的施工方式能够消除大量传统现浇施工方式产生的安全隐患,但是其工业化的施工流程、复杂的施工技术,加之装配化施工整体水平不高,导致新的施工安全风险产生,尤其吊装阶段塔机作业大幅增加,不论起吊还是安装过程,都有多因素同时作用于施工系统,风险耦合特征明显。因此,对装配式吊装施工系统的风险进行耦
冻土地基在长期动荷载的往复作用下容易产生较大的蠕变变形甚至造成结构的破坏。因此,冻土地基之上的寒区构筑物容易产生不均匀沉降、裂缝等病害,不仅对工程建筑的长期稳定运营造成威胁,同时对后期的工程维护也造成了巨大的经济损失和资源浪费。高温冻土则是造成地基发生变形的主要原因之一。高温冻土是指温度处于-1.5℃~0℃的冻土,因为处于相变区间,所以高温冻土内部有大量的未冻水。在动荷载长期作用下会产生较大孔隙水
中国当下现存最早木结构建筑实例为中唐代时期,且数量极少,这对于建筑史的完型研究挑战巨大,在一定程度上造成了中国古代建筑研究资料的匮乏,不仅在建筑体系的整体研究上,甚至是在某种建筑类型上不得全貌。以廊庑的研究为例,可以发现这类型的建筑史研究是有所缺失的,建筑史中有关廊庑的研究内容多集中于表达某个特定时期,建筑形象单一,未能有连续的建筑信息呈现,且在既有的历史研究中,还尚未对廊庑这种建筑类型进行分期,
薄钢板剪力墙结构是一种适用于高层和超高层建筑的抗侧力结构体系,它具有承载力高、刚度大及抗震性能好等特点,但在以往研究中发现薄钢板剪力墙存在着一些不足之处。首先,薄钢板剪力墙主要依靠内嵌钢板拉力带的屈服来耗散地震能量,真正发挥塑性变形耗能的是内嵌钢板对角拉力带和中央区域,内嵌钢板剩余的面积并未充分发挥作用,造成了材料的浪费。其次,薄钢板拉力带在大震作用下主对角线拉力带的形成类似于斜撑的作用,但拉力带
我国是一个多山川、多河流的国家,尤其是在兰州,陆地面积已经远远不足以满足人们的生活需求,所以出现了很多削山造地的情况,随之而来的就是多级高填方边坡的修建。因此,为了防止造成滑坡灾害,对边坡的防治则是重中之重。本文以兰州市某多级高填方边坡工程为依托进行研究,该边坡是由削山造地产生的高填方多级边坡,尽管已经对该边坡进行了支护加固处理,但是由于该边坡对坡底的居民以及建筑造成威胁影响,因此对该边坡的监测具
近年来,国家开始越来越重视传统文化的继承与发展,历史文化遗产作为不可再生、不可替代的宝贵资源,更应当受到保护。中国传统建筑作为历史文化的一种载体,值得更加深入的研究。武威地区的海藏寺历史悠久,承载着武威地区的传统文化,更体现出地方性做法的营造技艺。本文是针对武威海藏寺建筑群的个案研究,涉及部分河西工艺体系以及明清官式做法。论文主要以测绘数据为基础,参考历史文献、碑记,通过文献研究法、数据比较分析法
在地震作用下,梁柱节点需要承受较大的剪力,是结构中容易受到损伤而发生较早破坏的部位。在隔震结构中一般将框架底柱以下至隔震支座以上的部分称为上支墩,由于隔震支座安装的要求,上支墩的截面面积通常比框架柱要大,当隔震上支墩的高度较低时,其近似等同于变截面的梁柱节点,因此,在隔震结构中隔震上支墩与框架底柱连接的节点就多为变截面节点。现阶段,我国实际工程设计中通常按照偏心受压构件来考虑,但隔震上支墩截面尺寸
张弦结构体系因其自身优势,广泛应用于各类大型公共建筑、农业灌溉、建筑装修、结构加固等领域。因为预应力的引入,结构在承受外荷载之前即发生较大的几何非线性变形,导致结构整体性能发生较大的变化,在选形设计时难以进行整体优化。结构整体方案初步选定后,索撑节点作为结构细部设计中的重点,需要对其性能进行分析,并根据具体工程选择适宜的节点类型。索撑节点的作用是将拉索荷载有效传递给撑杆,但在结构张拉过程中节点处不
边坡的稳定性研究是岩土工程界中的一个重要的课题,边坡自身所处的大地环境、地质构造、岩土体性质、地震力和地下水等多方面因素都与边坡的稳定性有关。我国西部大部分地区处于强震区,地震活动强度大、频度高,有些山区还有大量的降雨或地下水存在,这样的环境条件不可避免地存在大量与地震力、地下水作用有关的边坡工程问题。因此,研究地下水渗流和地震作用下边坡稳定性具有重要意义。本文首先简要介绍了边坡稳定性影响因素、边
锚杆(索)具有结构简单、易于施工、适用范围广等优点,在巷道、基坑、边坡等领域大量应用,但也有着污染地下空间、一次性使用等缺点,因此国内外研发了可回收锚杆(索)技术,可回收锚杆(索)在国内发展已有十余年的时间,种类较多但实际工程应用较少,多数用于科研试验,主要原因在于施工工艺较复杂、相关支护理论缺乏及成本较高。本文从试验、理论研究和数值模拟三个方面对可回收锚杆(索)的工作性能、加固机理和适用性能进行