论文部分内容阅读
形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)是一种新型的智能材料,具有形状记忆效应(Shape Memory Effect,简称SME)、超弹性(Pseudo-elastic Effect,简称PE)和高阻尼特性,且具有耐腐蚀、耐疲劳和优良的机械性能,使其在结构振动控制领域显示出诱人的应用前景。利用奥氏体状态下SMA的超弹性制成的耗能器是一种性能优良的耗能减振装置,它可以有效的控制结构的动力响应,在理论上和实用上都是很有价值的。 正是由于SMA具有上述一些优点,本文利用SMA材料的相变超弹性性能,将其制成被动拉索并对钢框架结构的地震响应进行控制。本文研究的主要内容及成果包括以下几个方面: 介绍了SMA的主要本构模型,并比较了各自的优缺点,为试验参数的设置提供了依据。 对超弹性NiTi SMA丝进行拉伸、卸载循环试验,观察其超弹性性能,使其具有稳定的应力-应变滞回曲线,根据试验所得的曲线确定了SMA拉索耗能性能的有关参数,为确定SMA拉索对结构振动控制的有效性提供了试验依据。 本文对三层非线性钢框架结构利用SMA耗能器的被动控制效果进行了振动台试验研究。根据结构振动控制的基本理论,针对实际工程中钢框架结构在振动时,单层内以对角线两端的相对位移最大的特点,试验时采用多种地震波输入,并考虑SMA初始应变分别对有控制和无控制两种情况进行地震反应非线性分析。结果表明,与无控状态时相比装有SMA耗能装置的钢框架结构,顶层最大位移有明显减小,各层最大层间位移角也均大幅减小,速度和加速度也得到了明显的降低,控制效果显著。同时,SMA滞回环饱满,耗能效果良好。在地震作用下,装有SMA的钢框架结构的抗震性能得到了很大的提高,SMA耗能器减震效果良好。而且本文提出的SMA拉索构造简单,安装方便,能适应不同的工作状态,是一种具有很好的应用前景的被动耗能装置。 利用在不同层间设计SMA被动拉索,分析了其动力响应,研究了SMA拉索布置的数量和位置对结构振动控制的影响。结果表明,在层间满布SMA拉索时,结构的动力响应最小,但从经济性的角度分析其相比底层或者底两层布置SMA拉索时的控制效果并没有成倍的减小,故结构在进行SMA拉索的布置时并不需满布,只需在结构的薄弱层布置即可。