论文部分内容阅读
随着我国综合国力的不断增强以及经济发展水平的提高,结构形式复杂、建造技术先进的大空间或超大空间结构在我国不断涌现。大跨空间结构的特点是结构较柔且阻尼较低,当受到地震动激励时,结构体系会产生较大的振动响应,这对结构的使用功能及安全会产生很大的影响。传统的抗震手段通常难以解决此类问题,而结构振动控制则是积极有效的结构抗震减振方法和技术。在结构振动控制中,研究较为成熟的隔震装置有叠层橡胶类隔震装置、纯摩擦类隔震装置和摩擦摆隔震装置。其中,普通叠层橡胶支座的耗能水平较低,过大的水平剪切变形易导致支座失稳;纯摩擦类隔震装置仅有平板滑动面,不具备自复位机制;摩擦摆隔震装置通过其支承的竖向荷载产生切向分力为支座提供复位功能,但在地震作用下支座仍有可能产生较大的残余位移。本文考虑到形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)的超弹性特性、大尺寸SMA螺旋弹簧的复位性能和摩擦支座的耗能水平,提出了将大尺寸SMA螺旋弹簧与平面摩擦支座相结合的新型隔震控制装置(SMASpring-Friction Bearing,简称SFB),这种支座在发生较大水平剪切变形后可通过超弹性恢复到原位并保持支座的稳定,且能够通过摩擦耗散地震能量。本文系统地研究了SFB的隔震性能及在大跨空间网格结构中的隔震控制效果,所开展的研究为结构振动控制研究和工程应用提供了科学依据与参考,因而具有重要的理论意义和实践价值。本文主要的研究工作和创新成果包括:(1)进行了不同Ni、Ti原子比的SMA棒材的超弹性性能试验,通过对比不同工况下的试验结果,得到了合理的Ni、Ti配比以及最佳的SMA棒材加工手段;通过对SMA棒材试验结果(应力-应变曲线、相变应力、单位循环耗能量、等效刚度、等效阻尼比和残余应变量)的分析,掌握了大直径SMA材料受力性能的影响规律。(2)进行了大尺寸SMA螺旋弹簧的力学性能试验,验证了SMA螺旋弹簧具有良好的超弹性性能及其应用于具有自复位功能减振装置的可行性。(3)从Liang-Rogers经典SMA本构模型出发,建立了一种新型SMA螺旋弹簧恢复力模型,并验证了该力学模型的正确性和可靠性。(4)开展了SFB隔震体系的地震响应数值模拟分析,研究结果表明,SFB隔震装置对上部结构具有良好的加速度减振效果,同时,该隔震装置在降低隔震层位移峰值响应和抑制隔震支座残余位移两方面也具有明显的隔震控制效果。(5)将SFB隔震装置设置于大跨空间网格结构中进行结构地震响应的数值模拟分析,进一步验证了本文所提出的的SFB隔震减振装置在大跨空间结构中具有非常优越的隔震控制性能。