【摘要】：連梁是偏心支撐框架和聯(lián)肢剪力墻等抗震結(jié)構(gòu)之中的耗能梁段,在地震中通過產(chǎn)生塑性變形來消散能量,但是塑性變形在震后無法恢復(fù),使得結(jié)構(gòu)震后修復(fù)困難。鑒于此,學(xué)界提出了自復(fù)位連梁的概念。在自復(fù)位連梁中,鋼連梁本身在地震時不發(fā)生塑性變形,而是通過嵌入專門的耗能與自復(fù)位元件提供一定耗能能力,同時提供恢復(fù)力使結(jié)構(gòu)恢復(fù)到接近初始的狀態(tài)。其中,基于超彈性形狀記憶合金(SMA)的自復(fù)位鋼連梁是最新提出一種自復(fù)位連梁體系。本文提出了兩種基于SMA自復(fù)位連梁體系,建立了理論分析模型,推導(dǎo)了荷載-變形關(guān)系,為此類自復(fù)位連梁體系的理論計算與設(shè)計提供了基本模型與方法。本文開展了 SMA棒材性試驗的研究,分析了熱處理參數(shù)、加載速率、應(yīng)變幅值、循環(huán)次數(shù)及加工加熱順序等參數(shù)對SMA棒的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、單位體積循環(huán)耗能、等效阻尼比(EVD)、殘余應(yīng)變、正向相變應(yīng)力、彈性模量(EA)等力學(xué)性能的影響。試驗結(jié)果表明:直徑為14mm的狗棒狀SMA棒試件,經(jīng)過350℃C持續(xù)30分鐘的熱處理,然后用清水淬冷,其應(yīng)力-應(yīng)變曲線較為飽滿,耗能較好,相變臺階明顯,最大可恢復(fù)應(yīng)變達(dá)到5%以上,力學(xué)性能穩(wěn)定。根據(jù)試驗結(jié)果,擬合得到了可供數(shù)值分析采用的SMA簡化應(yīng)力-應(yīng)變模型。本文利用通用有限元軟件分別對SMA棒本構(gòu)模型和基于SMA的自復(fù)位鋼連梁進(jìn)行了有限元模擬分析。模擬結(jié)果表明:在循環(huán)荷載作用下,基于SMA的自復(fù)位鋼連梁體系除了 SMA棒出現(xiàn)屈服外,其余構(gòu)件都處于彈性范圍內(nèi),超彈性的SMA棒可以使鋼連梁回復(fù)到初始位置,并且能夠提供一定的耗能能力。本文對兩種基于SMA的自復(fù)位鋼連梁進(jìn)行了偽靜力試驗研究,試驗主要分析了自復(fù)位能力、滯回耗能能力、剛度、承載力、變形能力、破壞模式、SMA棒的應(yīng)變歷程、鋼連梁的應(yīng)變分布規(guī)律等,并與有限元模擬結(jié)果進(jìn)行了對比,主要比較兩者的變形形狀以及力-開口角曲線之間的差異,最后分析產(chǎn)生差異的原因。結(jié)果表明:基于SMA的自復(fù)位鋼連梁在循環(huán)荷載作用下,當(dāng)荷載卸載為零時,開口角恢復(fù)到閉合狀態(tài),自復(fù)位效果較好;同時由于連梁中的SMA棒仍舊存在一定的殘余變形從而造成預(yù)應(yīng)力松弛,使得體系的初始剛度無法完全恢復(fù)到加載前的狀態(tài),因此在應(yīng)用基于SMA自復(fù)位鋼連梁體系時,需要在震后再次預(yù)緊SMA拉桿以保證結(jié)構(gòu)的初始剛度。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU391;TG139.6
【圖文】：

圖１．１邋ＮｉＴｉ合金力學(xué)性能與溫度關(guān)系圖逡逑超彈性性能是指試件的溫度高于々時，材料處于奧氏體穩(wěn)定狀態(tài)，馬氏體處于不穩(wěn)態(tài)，在此溫度下，應(yīng)力可以誘發(fā)馬氏體發(fā)生相變。奧氏體僅僅在零應(yīng)力狀態(tài)下是穩(wěn)定的。逡逑試件保持在高溫環(huán)境中，如果試件被加載，材料將從奧氏體進(jìn)入單變體馬氏體，而當(dāng)時，材料又將逆相變從單變體馬氏體進(jìn)入奧氏體，最后穩(wěn)定在零應(yīng)力狀態(tài)。在整個加過程之中，沒有永久殘余應(yīng)變存在，應(yīng)力應(yīng)變曲線是一個封閉的滯回環(huán)。和普通金屬的彈性變形不同的是，形狀記憶合金的可回復(fù)應(yīng)變較大，而且應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)非線性鈦合金的超彈性可隨著熱處理條件的變化而改變。逡逑形狀記憶效應(yīng)是指試件的溫度低于Ｍｓ時，材料處于多變體馬氏體狀態(tài)，馬氏體僅零應(yīng)力狀態(tài)下是穩(wěn)定的。當(dāng)試件保持在低溫環(huán)境中，如果試件被加載，材料將從多變氏體進(jìn)入單變體馬氏體，典型的應(yīng)力應(yīng)變曲線如下圖所示。當(dāng)荷載去除后，材料將恢性應(yīng)變，但是將存在非彈性殘余變形。然而當(dāng)材料的溫度加熱至々以上時，材料的非殘余變形將得以恢復(fù)，溫度誘發(fā)馬氏體進(jìn)入奧氏體。最后一旦冷卻，奧氏體將再次相

２．１連梁的分類逡逑基于ＳＭＡ的自復(fù)位鋼連梁由鋼連梁與ＳＭＡ連接拉桿組成。根據(jù)ＳＭＡ拉桿連接方式逡逑的不同可以分為Ｉ型和ＩＩ型連梁，如下圖２－１所示。逡逑梁外梁邐梁外梁逡逑／／／－端板邐酬板廣＼邐／邋ｙｆ－ｍｍ．邐錨固逡逑＇ＩＩ邋／邋＼｛］邋／ＳＭＡ螺栓邐／」｜邋＼｜邋．邋］［．．．／邋ｌｆ７邋／ＳＭＡ螺栓邐／逡逑邐１邐／邋ＴＴ＾邐 ＂邋．／邐，邋＂邐邋邐邋１邐／邋ＩＩ邋Ｎ邋Ｔ邋■邐，邋／邐｜邋——逡逑ｃ邋邋邋＇邋■邐）邐ｃ＇＝＝邐１邋３＞邐Ｃ邋■邐＂邋＝＂：＝＝：■邐１邐■邋３＞逡逑邐１邐ｌ－＾ｚ：邐＝３邐Ｉ邐邐＝邐１＝邐１邐＝邐ｃ＝逡逑Ｃ＾＝邐六連梁邐＝＝＝Ｓ＂逡逑Ｐ＝３ｂ＞邐＾邋＾邐邐－Ｆ—ｉ邋＾３１逡逑邐５邐Ｚ邋邐邋邐邋５邐Ｚ邋邐逡逑ｊ．邐？邐ｊ．邐；邐邐邐？邐１逡逑（ａ）邋Ｉ型連梁邐（ｂ）邋ＩＩ型連梁逡逑圖２．１連梁的構(gòu)造形式逡逑其中，Ｉ型自復(fù)位鋼連梁體系的ＳＭＡ拉桿分開布置于連梁兩端，ＳＭＡ拉桿的一端錨逡逑固在連梁的錨固板上，另一端錨固在梁外梁的錨固板上，類似于傳統(tǒng)的拉桿連接。而ＩＩ型逡逑連梁的連接拉桿由ＳＭＡ棒與高強度鋼棒姐合而成，組合拉桿貫穿整個連梁，并且都錨固逡逑于梁外梁的錨固板上。逡逑通過進(jìn)一步的研究可以發(fā)現(xiàn)，ＩＩ型連梁對ＳＭＡ材料的利用率高于Ｉ型連梁，這是因逡逑為Ｉ型連梁出現(xiàn)開口角時，在ＳＭＡ拉桿布置高度相同的情況下，由于連梁開口角方向的逡逑不同

需要的幵性要求。本次實驗以連梁與梁外梁之間的開口角達(dá)到０．０８度為基準(zhǔn)，計算出需逡逑要達(dá)到０．０８度開角所需要的ＳＭＡ桿長度，并根據(jù)連梁的長度ｅ和ＳＭＡ拉桿的工作長度＆逡逑設(shè)計兩種不同構(gòu)造形式的連梁，連梁與梁外梁之間產(chǎn)生開角后如下圖２．３所示，連梁的受逡逑力圖如下圖２．４所示。逡逑（ａ）邋Ｉ型連梁邐（ｂ）邋ＩＩ型連梁逡逑圖２．３產(chǎn)生開角后的連梁逡逑＼邐逡逑Ａ邋ｖ逡逑土：二—邐—邐ｄｃ邋Ｃ邐Ｔ逡逑匡＝Ｈ邋Ｋｐ－１邋ｖ逡逑／邋Ｍ邐／邋NB逡逑ｙｊｃｍａｘ逡逑邐ｅ／２邐逡逑圖２．４連梁受力圖逡逑如上圖２．４所示，給定一個開口角對于丨型連梁，則ＳＭＡ拉桿的應(yīng)變計算如下逡逑１０逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2766582