現(xiàn)有的自復位鋼支撐常采用預應力鋼絞線或形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,簡稱SMA)提供復位。當采用預應力鋼絞線作為復位部件時,鋼絞線需確保處于彈性狀態(tài),由于支撐長度有限,導致自復位鋼支撐的軸向變形能力不足。當采用SMA金屬材料作為復位部件時,雖可利用SMA的超彈性性能實現(xiàn)較大的軸向變形,但耗能部件具有飽滿的滯回特征,致使用于實現(xiàn)復位的SMA材料用量巨大,造價昂貴。基于此,本文提出了一種利用具有捏縮滯回特征的只拉鋼板帶、聯(lián)合SMA金屬材料提供復位的新型自復位鋼支撐(Self-Centering Steel Brace,簡稱SC-SB)。該支撐內(nèi)部設(shè)有兩組用于實現(xiàn)捏縮滯回特征的只拉矩形鋼板,并利用其提供軸向承載力、剛度及耗能;通過在支撐內(nèi)部的可移動滑塊上纏繞SMA線材實現(xiàn)復位功能。該支撐充分利用了只拉鋼板帶的捏縮滯回特征,顯著降低了用于實現(xiàn)復位功能的SMA材料的用量。本文對新型SC-SB支撐的滯回性能進行了理論分析、試驗研究及數(shù)值模擬,研究內(nèi)容如下:(1)提出了新型SC-SB支撐的細部構(gòu)造,明確其工作原理。實現(xiàn)了利用內(nèi)部兩組具有捏縮滯回特征的只拉矩形鋼板提供軸向承載力、剛度和耗能,利用SMA線材提供復位功能。新型SC-SB支撐處于任何狀態(tài),矩形鋼板只承受拉力,SMA線材始終處于受拉狀態(tài)。詳細分析了新型SC-SB支撐的工作原理,給出了新型SC-SB支撐軸向承載力的計算公式,基于只拉矩形鋼板的雙折線模型及SMA材料旗幟形模型疊加原理構(gòu)建了新型SC-SB支撐的恢復力模型;(2)設(shè)計、制作5個新型SC-SB支撐構(gòu)件,進行5個1/3縮尺僅設(shè)置矩形鋼板鋼支撐的低周往復加載試驗。重點考察僅設(shè)置矩形鋼板鋼支撐的滯回性能、耗能能力、最大水平承載力及抗側(cè)剛度等;(3)采用ANSYS程序建立了試驗試件的微觀有限元模型,并對其進行循環(huán)加載分析�；谀M結(jié)果與試驗結(jié)果對比驗證了ANSYS程序分析的準確性;(4)采用ANSYS程序分別對只設(shè)有SMA線材的純復位鋼支撐、只設(shè)有矩形板的耗能鋼支撐及兩者混合的新型SC-SB支撐進行了系統(tǒng)的參數(shù)有限元分析,重點考察SMA類型、SMA尺寸及矩形板尺寸等關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)對鋼支撐滯回性能的影響。
【學位單位】：蘇州科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU391
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題的研究背景及意義
    1.2 自復位鋼支撐的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 目前研究的不足和本文研究的內(nèi)容
第二章 新型SC-SB支撐的工作原理及受力性能分析
    2.1 新型SC-SB支撐的概念模型
    2.2 新型SC-SB支撐的基本構(gòu)造
    2.3 新型SC-SB支撐的受力性能分析
        2.3.1 新型SC-SB支撐第1循環(huán)受拉過程
        2.3.2 新型SC-SB支撐其他循環(huán)受拉過程
        2.3.3 新型SC-SB支撐的受壓過程
    2.4 新型SC-SB支撐的恢復力模型
    2.5 本章小結(jié)
第三章 試驗概況
    3.1 試驗目的
    3.2 試件設(shè)計
        3.2.1 連接裝置的設(shè)計
        3.2.2 耗能系統(tǒng)的設(shè)計
        3.2.3 復位系統(tǒng)的設(shè)計
        3.2.4 試驗試件匯總
    3.3 試驗裝置
    3.4 測點布置
        3.4.1 位移計布置
        3.4.2 應變片布置
    3.5 加載方案
    3.6 材性試驗
        3.6.1 鋼材材性
        3.6.2 SMA材性
    3.7 本章小結(jié)
第四章 試驗結(jié)果及有限元驗證分析
    4.1 試驗結(jié)果分析
        4.1.1 試驗現(xiàn)象
        4.1.2 滯回曲線
        4.1.3 骨架曲線
        4.1.4 抗側(cè)剛度
        4.1.5 滯回耗能
        4.1.6 延性分析
        4.1.7 矩形鋼板應力
    4.2 試驗試件的有限元模型
        4.2.1 有限元模型的建立
        4.2.2 單元類型
        4.2.3 材料參數(shù)
        4.2.5 加載制度
    4.3 有限元模擬驗證
        4.3.1 應力分布與試驗現(xiàn)象對比
        4.3.2 滯回曲線對比
        4.3.3 骨架曲線對比
        4.3.4 抗側(cè)剛度對比
        4.3.5 滯回耗能對比
    4.4 本章小結(jié)
第五章 新型SC-SB支撐滯回性能參數(shù)分析
    5.1 BASE試件的有限元模型
        5.1.1 有限元模型的建立
        5.1.2 材料參數(shù)
        5.1.3 單元類型
        5.1.4 邊界條件
        5.1.5 加載制度
    5.2 純復位鋼支撐的滯回性能
        5.2.1 試件描述
        5.2.2 SMA-BASE試件的有限元模擬結(jié)果與分析
        5.2.3 TSMA系列試件有限元模擬結(jié)果與分析
        5.2.4 SSMA系列試件有限元模擬結(jié)果與分析
    5.3 純耗能鋼支撐的滯回性能
        5.3.1 試件描述
        5.3.2 Steel-BASE試件有限元模擬結(jié)果與分析
        5.3.3 SP系列試件有限元模擬結(jié)果與分析
    5.4 SC-SB鋼支撐的滯回性能
        5.4.1 試件描述
        5.4.2 BASE試件有限元模擬結(jié)果與分析
        5.4.3 TSSB系列試件有限元模擬結(jié)果與分析
        5.4.4 SSSB系列試件有限元模擬結(jié)果與分析
        5.4.5 SPSB系列試件有限元模擬結(jié)果與分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻
致謝
作者簡介
攻讀碩士期間已發(fā)表的論文

【參考文獻】

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本文編號：2844355