应用SMA复合支座的层间隔震结构体系及其地震响应分析

摘要

隔震包括基础隔震和层间隔震,目前,国内外建筑物隔震主要是指基础隔震。随着人们对基础隔震研究和应用的不断深入,基础隔震渐渐显示出其弊端,并限制了隔震技术的发展,而层间隔震是隔震技术的新发展。论文分析了层间隔震结构工作机理和应用情况,建立了简化层间隔震结构体系的动力反应方程。针对普通叠层橡胶支座水平侧向刚度低和大变形恢复能力差的不足,利用形状记忆合金(SMA)材料的超弹性性能,将SMA绞线对角安装在普通叠层橡胶支座的四周,设计出一种新型的减振耗能装置—SMA复合支座。并从理论上分析了SMA复合支座改变结构隔震效果的工作原理,建立了基于SMA复合支座的层间隔震结构体系的动力分析模型,确定了求解方法。通过建立层间隔震结构体系的三维实体有限元模型,并对在普通叠层橡胶支座和SMA复合支座情况下层间隔震结构体系进行数值对比分析,验证了SMA复合支座的减震效果。结果表明:(1)SMA绞线改善了普通橡胶支座稳定性和自恢复性差的缺点。在普通叠层橡胶支座四周安装SMA绞线既可以提高支座水平侧移刚度又可使支座发生过大水平剪切变形后恢复到原位并保持支座的稳定。(2)层间隔震结构可以有效地延长建筑物的自振周期,其结构的主要变形集中在隔震层上,隔震层设置越低,层间隔震效果越好并且施工方便,是一种具有发展前途的减震体系。(3)将SMA复合支座应用于层间隔震结构中与普通叠层橡胶支座相比具有更好的隔震效果。充分证明了SMA复合支座是一种有效的隔震装置,把SMA复合支座应用于层间隔震体系,其中有良好的隔震效果。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 本课题的研究现状

1.2.1 层间隔震结构的性能分析

1.2.2 SMA 在隔震装置结构的抗震研究

1.3 本文主要研究内容

2 层间隔震结构概述和隔震装置的研究

2.1 层间隔震结构的基本原理

2.2 层间隔震结构的优点及应用

2.2.1 层间隔震结构的优点

2.2.2 层间隔震结构的应用

2.3 叠层橡胶支座的基本特性

2.3.1 叠层橡胶支座的形状系数

2.3.2 叠层橡胶支座力学性能研究

2.3.3 普通橡胶支座的优点和缺点

2.4 本章小结

3 层间隔震结构体系动力反应分析

3.1 层间隔震结构动力分析模型简化

3.2 层间隔震结构运动方程的建立

3.3 层间隔震结构动力微分方程的求解

3.4 本章小结

4 SMA 复合支座的研制及其层间隔震结构体系动力反应分析

4.1 形状记忆合金(SMA)的基本特性

4.1.1 超弹性效应

4.1.2 形状记忆效应(SME)

4.1.3 阻尼特性

4.1.4 SMA 的本构模型

4.2 SMA 复合支座的构造设计

4.2.1 SMA 复合支座的构造

4.2.2 SMA 复合支座的形状系数

4.2.3 SMA 复合支座的工作原理

4.2.4 SMA 复合支座的力学模型分析

4.3 基于SMA 复合支座的层间隔震结构动力分析

4.3.1 建立结构地震下的动力分析模型

4.3.2 结构在地震作用下动力方程解法

4.4 本章小结

5 基于SMA 复合支座的层间隔震结构数值分析

5.1 工程概括

5.2 模态分析

5.3 时程分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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