多点输入下大跨空间网架结构的SMA阻尼减震控制研究

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大跨空间结构以其新颖的结构形式、优雅的建筑造型和强大的跨越能力而得到快速发展。但是这种结构存在自身形式多样,造型复杂多变,杆件和节点数目繁多等特点,目前对这种结构的研究一般都集中在静力稳定性能方面,而对其动力灾变分析和减震控制方面的研究才刚刚起步。本文将形状记忆合金(Shape Memory Alloys,简称SMA)阻尼器设置在大跨空间网架杆件中形成SMA阻尼杆件替换原结构的部分杆件,通过有限元分析这种方法在多点输入下大跨空间结构的减震效果。主要研究内容包括以下几方面:首先,在已有资料基础上归纳了适用于大跨度空间网架结构的多点输入时程分析法。其次,对形状记忆合金(SMA)丝进行力学性能试验,着重介绍了初始应变对其性能的影响。简介了形状记忆合金(SMA)性能和本构关系。根据试验结果和理论分析设计了一种应用于网架结构的SMA阻尼器。再次,通过有限元软件ANSYS比较了理想大跨空间网架在一致输入下和多点输入下的动力响应和内力的不同。分别比较网架在加速度峰值为400gal和70gal时的EL-CENTRO波作用下,多点输入下结构水平方向位移、杆件轴力幅值的不同。证明了大跨空间结构考虑多点输入的必要性。最后,在考虑多点输入对大跨空间结构的不利影响下,把SMA阻尼设置在部分杆件上形成智能耗能减震杆件并替换原杆件进行耗能减震控制。本文把SMA阻尼杆件替换方式分为两种,一种是替换部分下弦杆,另一种是替换部分腹杆,分别比较这两种替换的减震效果。结果表明,这种SMA阻尼杆件替换原杆件的方法既能对结构进行有效的减振控制,又不改变原结构的结构形式,不失为一种新颖而优越的耗能减震方法。
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