【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,使得結(jié)構(gòu)震后修復困難。鑒于此,學界提出了自復位連梁的概念。在自復位連梁中,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位元件提供一定耗能能力,同時提供恢復力使結(jié)構(gòu)恢復到接近初始的狀態(tài)。其中,基于超彈性形狀記憶合金(SMA)的自復位鋼連梁是最新提出一種自復位連梁體系。本文提出了兩種基于SMA自復位連梁體系,建立了理論分析模型,推導了荷載-變形關系,為此類自復位連梁體系的理論計算與設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棒的應力-應變曲線、單位體積循環(huán)耗能、等效阻尼比(EVD)、殘余應變、正向相變應力、彈性模量(EA)等力學性能的影響。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,其應力-應變曲線較為飽滿,耗能較好,相變臺階明顯,最大可恢復應變達到5%以上,力學性能穩(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簡化應力-應變模型。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的自復位鋼連梁進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的自復位鋼連梁進行了偽靜力試驗研究,試驗主要分析了自復位能力、滯回耗能能力、剛度、承載力、變形能力、破壞模式、SMA棒的應變歷程、鋼連梁的應變分布規(guī)律等,并與有限元模擬結(jié)果進行了對比,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的自復位鋼連梁在循環(huán)荷載作用下,當荷載卸載為零時,開口角恢復到閉合狀態(tài),自復位效果較好;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應力松弛,使得體系的初始剛度無法完全恢復到加載前的狀態(tài),因此在應用基于SMA自復位鋼連梁體系時,需要在震后再次預緊SMA拉桿以保證結(jié)構(gòu)的初始剛度。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU391;TG139.6
【圖文】：

圖１．１邋ＮｉＴｉ合金力學性能與溫度關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，應力可以誘發(fā)馬氏體發(fā)生相變。奧氏體僅僅在零應力狀態(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，材料將從奧氏體進入單變體馬氏體，而當時，材料又將逆相變從單變體馬氏體進入奧氏體，最后穩(wěn)定在零應力狀態(tài)。在整個加過程之中，沒有永久殘余應變存在，應力應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應變較大，而且應力應變關系呈現(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)，馬氏體僅零應力狀態(tài)下是穩(wěn)定的。當試件保持在低溫環(huán)境中，如果試件被加載，材料將從多變氏體進入單變體馬氏體，典型的應力應變曲線如下圖所示。當荷載去除后，材料將恢性應變，但是將存在非彈性殘余變形。然而當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，溫度誘發(fā)馬氏體進入奧氏體。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到０．０８度為基準，計算出需逡逑要達到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拉桿的應變計算如下逡逑１０逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2766582