【摘要】：本文針對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大等缺點,利用形狀記憶合金(SMA)的超彈性和高阻尼特性設(shè)計了一種新型SMA-疊層橡膠隔震支座并對支座的力學(xué)性能以及應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)中的隔震效果進行研究。包括了以下研究內(nèi)容:為了獲得水平各個方向上穩(wěn)定的隔震效果還有豎向的抗拔力同時要使支座能具有較大的運動距離,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)計了兩種不同的支座方案。通過對支座不同方向上運動狀態(tài)的分析和公式推導(dǎo),得到了支座沿著兩個正交方向運動時水平恢復(fù)力和豎向拉力與運動距離的關(guān)系式,并確定其在SMA超彈性范圍內(nèi)的極限位移的計算公式,為后續(xù)進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SMA本構(gòu)關(guān)系進行編程,對比實驗數(shù)據(jù)對本構(gòu)模型進行擬合,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)的極限位移的計算公式編制擬合程序。利用程序?qū)χёM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度、SMA絲截面積、SMA預(yù)施加應(yīng)變、預(yù)應(yīng)力對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,為實際應(yīng)用時進行性能調(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程序計算出的支座恢復(fù)力的計算結(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)頻率的簡諧波激勵下進行響應(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,SMA-疊層橡膠隔震支座能有效減少單自由度隔震系統(tǒng)中支座的相對位移距離。彌補了橡膠支座在地震波作用下剛度小位移大的缺點。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三種支座條件下的框架結(jié)構(gòu)進行地震響應(yīng)分析,結(jié)果表明較大的地震波振幅時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地發(fā)揮較好的隔震效果,在軟弱場地可能會放大地震作用,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。采用較小的間隔時間時地震波的振動主頻會更高,較小間隔時間的地震波作用下SMA-疊層橡膠隔震支座的隔震效果更好。
【圖文】：

中國是一個地震活動頻繁的國家，歷史上有大量對于地震活動的記錄。根據(jù)史料，1955 年以前發(fā)生在我國的地震有 8000 余次。從近現(xiàn)代以來我國也發(fā)生過多次造成嚴(yán)重破壞和重大財產(chǎn)人員損失的地震活動，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，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市的建設(shè)與更新對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越高的要求。從歷史記錄來看地震往往具有突發(fā)性、破壞性以及廣泛性等特點，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)施可能會全部癱瘓，造成巨大的經(jīng)濟損失還會出現(xiàn)大量的人員傷亡。因此運用工程結(jié)構(gòu)的抗震知識建造具有足夠安全性的建筑，以最大限度的減少國家和人民生命財產(chǎn)的損失對于地震頻發(fā)的我國國情來說顯得非常重要。

支座采用了鋼板作為夾層材料，但鋼板造價高同時自重也大，為了克服這一柔性加強板橡膠支座，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 ,可以減少造價和重量，，但柔性加強板橡膠支座的極限承載力強板橡膠支座要低，不能承擔(dān)太大的豎向荷載，否則加強板可能會破壞。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU352.12

【參考文獻】

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本文編號：2701452