新型自复位钢支撑的滞回性能研究

发布时间：2020-10-17 05:33

　　 现有的自复位钢支撑常采用预应力钢绞线或形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)提供复位。当采用预应力钢绞线作为复位部件时,钢绞线需确保处于弹性状态,由于支撑长度有限,导致自复位钢支撑的轴向变形能力不足。当采用SMA金属材料作为复位部件时,虽可利用SMA的超弹性性能实现较大的轴向变形,但耗能部件具有饱满的滞回特征,致使用于实现复位的SMA材料用量巨大,造价昂贵。基于此,本文提出了一种利用具有捏缩滞回特征的只拉钢板带、联合SMA金属材料提供复位的新型自复位钢支撑(Self-Centering Steel Brace,简称SC-SB)。该支撑内部设有两组用于实现捏缩滞回特征的只拉矩形钢板,并利用其提供轴向承载力、刚度及耗能;通过在支撑内部的可移动滑块上缠绕SMA线材实现复位功能。该支撑充分利用了只拉钢板带的捏缩滞回特征,显著降低了用于实现复位功能的SMA材料的用量。本文对新型SC-SB支撑的滞回性能进行了理论分析、试验研究及数值模拟,研究内容如下:(1)提出了新型SC-SB支撑的细部构造,明确其工作原理。实现了利用内部两组具有捏缩滞回特征的只拉矩形钢板提供轴向承载力、刚度和耗能,利用SMA线材提供复位功能。新型SC-SB支撑处于任何状态,矩形钢板只承受拉力,SMA线材始终处于受拉状态。详细分析了新型SC-SB支撑的工作原理,给出了新型SC-SB支撑轴向承载力的计算公式,基于只拉矩形钢板的双折线模型及SMA材料旗帜形模型叠加原理构建了新型SC-SB支撑的恢复力模型;(2)设计、制作5个新型SC-SB支撑构件,进行5个1/3缩尺仅设置矩形钢板钢支撑的低周往复加载试验。重点考察仅设置矩形钢板钢支撑的滞回性能、耗能能力、最大水平承载力及抗侧刚度等;(3)采用ANSYS程序建立了试验试件的微观有限元模型,并对其进行循环加载分析。基于模拟结果与试验结果对比验证了ANSYS程序分析的准确性;(4)采用ANSYS程序分别对只设有SMA线材的纯复位钢支撑、只设有矩形板的耗能钢支撑及两者混合的新型SC-SB支撑进行了系统的参数有限元分析,重点考察SMA类型、SMA尺寸及矩形板尺寸等关键设计参数对钢支撑滞回性能的影响。
【学位单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU391
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 自复位钢支撑的国内外研究现状
    1.3 目前研究的不足和本文研究的内容
第二章 新型SC-SB支撑的工作原理及受力性能分析
    2.1 新型SC-SB支撑的概念模型
    2.2 新型SC-SB支撑的基本构造
    2.3 新型SC-SB支撑的受力性能分析
        2.3.1 新型SC-SB支撑第1循环受拉过程
        2.3.2 新型SC-SB支撑其他循环受拉过程
        2.3.3 新型SC-SB支撑的受压过程
    2.4 新型SC-SB支撑的恢复力模型
    2.5 本章小结
第三章 试验概况
    3.1 试验目的
    3.2 试件设计
        3.2.1 连接装置的设计
        3.2.2 耗能系统的设计
        3.2.3 复位系统的设计
        3.2.4 试验试件汇总
    3.3 试验装置
    3.4 测点布置
        3.4.1 位移计布置
        3.4.2 应变片布置
    3.5 加载方案
    3.6 材性试验
        3.6.1 钢材材性
        3.6.2 SMA材性
    3.7 本章小结
第四章 试验结果及有限元验证分析
    4.1 试验结果分析
        4.1.1 试验现象
        4.1.2 滞回曲线
        4.1.3 骨架曲线
        4.1.4 抗侧刚度
        4.1.5 滞回耗能
        4.1.6 延性分析
        4.1.7 矩形钢板应力
    4.2 试验试件的有限元模型
        4.2.1 有限元模型的建立
        4.2.2 单元类型
        4.2.3 材料参数
        4.2.5 加载制度
    4.3 有限元模拟验证
        4.3.1 应力分布与试验现象对比
        4.3.2 滞回曲线对比
        4.3.3 骨架曲线对比
        4.3.4 抗侧刚度对比
        4.3.5 滞回耗能对比
    4.4 本章小结
第五章 新型SC-SB支撑滞回性能参数分析
    5.1 BASE试件的有限元模型
        5.1.1 有限元模型的建立
        5.1.2 材料参数
        5.1.3 单元类型
        5.1.4 边界条件
        5.1.5 加载制度
    5.2 纯复位钢支撑的滞回性能
        5.2.1 试件描述
        5.2.2 SMA-BASE试件的有限元模拟结果与分析
        5.2.3 TSMA系列试件有限元模拟结果与分析
        5.2.4 SSMA系列试件有限元模拟结果与分析
    5.3 纯耗能钢支撑的滞回性能
        5.3.1 试件描述
        5.3.2 Steel-BASE试件有限元模拟结果与分析
        5.3.3 SP系列试件有限元模拟结果与分析
    5.4 SC-SB钢支撑的滞回性能
        5.4.1 试件描述
        5.4.2 BASE试件有限元模拟结果与分析
        5.4.3 TSSB系列试件有限元模拟结果与分析
        5.4.4 SSSB系列试件有限元模拟结果与分析
        5.4.5 SPSB系列试件有限元模拟结果与分析
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
攻读硕士期间已发表的论文

【参考文献】

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本文编号：2844355