本文關鍵詞：SMA阻尼器及相關被動控制結構的理論分析

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【摘要】：在結構上安裝耗能裝置可以減少結構在地震等特殊荷載下的動力反應,通過耗能裝置可以吸收全部或部分地震能量,從而降低主結構在地震作用下的響應,保證結構的安全。結構振動控制中被動控制因其構造簡單,無需外部能源輸入等優(yōu)點在實際工程中得到了廣泛的應用。形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,簡稱SMA)具有形狀記憶效應、超彈性等特性,越來越多應用在土木工程結構振動控制中。目前已有學者利用SMA開發(fā)出多種被動控制阻尼器,本文針對課題組前期開發(fā)的自復位SMA阻尼器,分別采用基于材料本構和數學模型兩種方法對阻尼器及相關被動控制結構進行理論分析,同時分析了在不同樓層位置安裝阻尼器對結構振動控制效果的影響。具體工作如下:(1)采用基于材料本構的方法對SMA阻尼器的力學性能進行了數值模擬,并分析阻尼器參數變化對阻尼器耗能性能的影響。鑒于SMA阻尼器是位移驅動型阻尼器,首先針對課題組前期開發(fā)的阻尼器,建立阻尼器力與位移的平衡方程,輸入位移激勵求得SMA的應變,通過SMA的Brinson材料本構方程求解出絲組應力。在此基礎上得到阻尼器力和位移的關系�？紤]到SMA絲組長度、直徑、預應變以及彈簧預應力等參數對阻尼器耗能性能有影響,設計了不同參數的阻尼器,并對這些阻尼器的力學性能進行數值模擬。分析了上述參數對單圈耗能量、等效切線剛度和等效阻尼比的影響。(2)首次在實驗的基礎上,采用數學模型對SMA阻尼器的力學性能進行了數值模擬。Bouc-Wen模型為無物理意義參數的數學方程,可以描述非線性遲滯系統(tǒng)的力與位移關系。針對實驗基礎上SMA阻尼器的滯回曲線,定義一組有物理意義的參數來描述此滯回曲線;分析Bouc-Wen模型中各參數對遲滯曲線的影響,確定數學模型中參數與上述阻尼器參數的關系;求得Bouc-Wen模型的參數,并在此基礎上模擬阻尼器的力與位移的關系;對比試驗結果,驗證該方法的正確性。(3)采用基于材料本構和數學模型的方法對利用SMA阻尼器減震的鋼框架性能進行分析。根據被動控制結構的動力方程,在層間剪切模型的計算模型的基礎上,選取合理的地震激勵,分別采用基于材料本構模型和基于數學模型兩種方法來模擬控制力,進行被動控制結構的振動響應時程分析。針對底層安裝SMA阻尼器的四層鋼框架結構算例,采用上述兩種方法對結構進行時程分析,模擬了在El-Centro波、Taft波和人工波作用下結構的振動響應,對比無控和兩種模擬方法下有控結構的樓層位移、加速度峰值、最大層間位移角和樓層剪力,評價了阻尼器的減震效果。(4)分析在不同樓層位置處安裝阻尼器對結構振動控制效果的影響,根據減震控制原則,確定目標函數和加權系數;制定不同樓層位置處設置阻尼器的減震方案,基于數學模型模擬不同減震方案下被動控制結構的振動響應,并求得目標函數;對比理論分析結果,確定阻尼器的最優(yōu)布置。針對五層鋼框架結構實例,提出安裝單個阻尼器和兩個阻尼器的結構布置方案,分析不同減震方案下結構的振動響應,根據目標函數,確定阻尼器的最優(yōu)布置。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU352.1

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