近断层地震动作用下的自复位隔震体系反应研究

发布时间：2017-07-08 15:00

  本文关键词：近断层地震动作用下的自复位隔震体系反应研究

  更多相关文章： SMA 近断层地震 SMA自复位隔震体系 自复位能力 地震动反应

【摘要】：基础隔震体系通过增加建筑结构的自振周期,能有效减小上部结构的地震动反应,且基础隔震支座附加有一定的阻尼,可以较明显地耗散地震动能量,其技术成熟且已有相关国家规范颁布,并被广泛的应用到工程实践中。工程中应用最为广泛的叠层铅芯橡胶支座,在多遇地震作用下,能很好的发挥作用,起到很好的隔震效果。近断层地震动含有速度大脉冲效应,对建筑结构产生的影响比一般地震动更大。基础隔震支座在近断层地震作用下,其耗能能力有限,且会产生很大的弹塑性变形,使隔震支座在地震动作用后不能回复到初始位置。残余变形的积累也会使隔震支座发生破坏,甚至失效。而形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)新型材料的研究和开发为改善铅芯橡胶支座的性能提供了可能。SMA是一种智能合金材料,具有特殊的超弹特性(Pseudoelasticity,简称PE)和形状记忆效应(Shape Memory Effect,简称SME),利用SMA在应力诱发下的马氏体相变提供的自复位功能可以改善铅芯橡胶支座的变形特性。本文对复合SMA材料的基础叠层隔震支座在近断层地震动下的反应进行了深入的研究和分析,主要内容包括以下几个方面：(1)提出了一种新型自复位隔震支座,建立了恢复力模型,并用Simulink对此种自复位隔震支座进行的数值模拟,为研究基础隔震体系在近断层地震动作用下的反应提供了基础。(2)分别考虑了在近断层地震动抗震设防烈度为8、9度两种情况下的基础隔震体系的地震动反应,研究了隔震层和上部结构的层间位移及绝对加速度反应,考察了此种新型SMA自复位隔震支座的隔振效果。分析结果表明,SMA能有效地改善隔震支座的变形特性。(3)分别研究了自复位隔震体系、铅芯橡胶支座隔震体系及未隔震建筑结构的近断层地震动反应,结果表明,SMA自复位隔震体系及铅芯橡胶隔震体系都能很好地降低上部结构的地震动反应,铅芯橡胶隔震支座层间位移过大,已失去隔震能力,而SMA自复位隔震支座位移较小,能有效发挥隔震作用。(4)分别研究了具有及未具有速度脉冲效应的近断层地震动下的SMA自复位隔震体系的反应,以验证具有速度脉冲效应的近断层地震动对结构反应有重要影响,而SMA自复位隔震支座具有良好的变形特性。PGV值对结构反应影响较大,隔震率随着PGV值的增加而降低。(5)分别研究了SMA数量、屈服位移及预应变等参数对自复位隔震体系的反应的影响,结果表明,SMA数量、屈服位移影响较大,而预应变水平影响较小。
【关键词】：SMA 近断层地震 SMA自复位隔震体系 自复位能力 地震动反应
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU352.12
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-34
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 近断层地震的特点及对工程结构的影响13-20
• 1.2.1 近断层地震的特性13-18
• 1.2.2 近断层地震动对基础隔震结构反应研究现状18-20
• 1.3 基础隔震技术的研究与发展20-27
• 1.3.1 引言20
• 1.3.2 基础隔震原理20-22
• 1.3.3 国外基础隔震技术的研究与发展22-25
• 1.3.4 国内基础隔震技术的研究与发展25-27
• 1.4 自复位基础隔震结构研究综述27-32
• 1.4.1 自复位摩擦滑移隔震系统27-28
• 1.4.2 SMA自复位隔震系统28-32
• 1.5 本文重要研究内容32-34
• 2 SMA自复位隔震体系的设计与研发34-52
• 2.1 引言34
• 2.2 SMA合金材料的应用与特性34-40
• 2.2.1 SMA合金材料的应用34-36
• 2.2.2 形状记忆合金的工作原理36-38
• 2.2.3 SMA形状记忆特性38-39
• 2.2.4 SMA超弹特性39
• 2.2.5 影响SMA特性的因素39-40
• 2.3 铅芯橡胶支座的构造设计40-46
• 2.3.1 铅芯橡胶支座的基本参数40-41
• 2.3.2 水平刚度41-43
• 2.3.3 竖向刚度43-44
• 2.3.4 形状系数44-45
• 2.3.5 拉伸性能45
• 2.3.6 阻尼性能45-46
• 2.4 SMA自复位橡胶隔震体系的设计、构造及工作原理46-50
• 2.4.1 SMA自复位橡胶支座的设计思想46-47
• 2.4.2 SMA自复位橡胶支座的构造形式47
• 2.4.3 SMA自复位橡胶支座的工作原理47-48
• 2.4.4 SMA自复位橡胶支座的功能48-49
• 2.4.5 SMA自复位橡胶支座的特性49-50
• 2.5 小结50-52
• 3 SMA自复位隔震体系理论模型的建立及数值模拟52-65
• 3.1 引言52-53
• 3.2 铅芯橡胶支座及SMA的本构模型53-59
• 3.2.1 铅芯橡胶支座的非线性微分模型53-54
• 3.2.2 SMA力学本构模型54-59
• 3.3 SMA自复位隔震体系的恢复力理论模型59-60
• 3.4 SMA自复位橡胶支座本构模型的仿真数值模拟60-64
• 3.4.1 SMA自复位橡胶支座理论模型的Simulink建模60-61
• 3.4.2 SMA自复位橡胶支座理论模型的仿真数值模拟61-64
• 3.5 小结64-65
• 4 近断层地震作用下SMA自复位隔震体系弹塑性时程分析65-81
• 4.1 引言65-66
• 4.2 结构分析模型及地震波的选取66-69
• 4.2.1 结构分析模型66-68
• 4.2.2 地震波的选取68-69
• 4.3 地震动激励下基础隔震结构的运动学方程及Simulink建模69-72
• 4.3.1 SMA自复位隔震体系动力学方程69
• 4.3.2 SMA自复位隔震体系Simulink建模69-72
• 4.4 近断层地震作用下SMA自复位隔震体系反应分析72-80
• 4.4.1 中、大震作用下SMA自复位隔震体系反应分析72-78
• 4.4.2 近断层地震作用下基础隔震体系地震动反应对比分析78-80
• 4.5 小结80-81
• 5 近断层地震动作用下SMA自复位隔震体系参数优化分析81-104
• 5.1 引言81
• 5.2 近断层地震动特性对结构的影响81-85
• 5.2.1 近断层地震动速度脉冲效应对结构反应的影响81-83
• 5.2.2 近断层地震动PGV对结构地震动反应的影响83-85
• 5.3 SMA性能对结构反应的影响85-103
• 5.3.1 SMA数量对地震动反应的影响85-90
• 5.3.2 SMA屈服位移对地震动反应的影响90-97
• 5.3.3 SMA预应变对地震动反应的影响97-103
• 5.4 小结103-104
• 6 结论与展望104-107
• 6.1 结论104-105
• 6.2 展望105-107
• 参考文献107-115
• 个人简历、在校期间学术成果115-116
• 致谢116

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本文编号：535017