基于减隔震性能分析的多级设防SMA-LRB设计方法研究

发布时间：2020-05-18 18:07

【摘要】：近场地震动作用下,减隔震桥梁会发生比较大的位移和残余变形,传统隔震装置的限位不足,导致落梁等严重震害。传统支座力学模型简单,一味地提高刚度,虽能提高限位能力,但隔震效果反而变差;相反仅降低支座刚度,隔震效果虽得到改善,然而限位能力变弱。根据多级设防抗震设计理念,设计一种新型支座,使得中小地震作用下隔震效果好,强震作用下限位能力强。新型支座采用一种特殊材料——形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA),此材料具有形状记忆、超弹性和高阻尼效应。本文将多批SMA索和铅芯橡胶支座(Lead Rubber Bearing,简称LRB)相结合,设计出一种多级设防SMA-LRB复合支座;一方面,采用不同的自由行程和SMA索长度,来达到多级设防的目的;另一方面,利用SMA索的超弹性和高阻尼特性消耗地震能量,达到减震效果。本文主要研究内容如下:(1)提出了多级设防SMA-LRB复合支座,重点介绍了多级设防SMA-LRB复合支座的设计要求、设计要点和具体设计方案。介绍了多级设防SMA-LRB复合支座作用机制,然后根据各批SMA索的作用机制,提出了复合支座中SMA的恢复力模型,为数值模拟复合支座的本构模型提供了基础。(2)运用OpenSees软件建立了多级设防SMA-LRB复合支座的有限元模型,通过拟静力试验,对其本构进行了数值模拟及分析,并与LRB模拟结果进行了对比分析。分析结果表明,多级设防SMA-LRB比LRB的减震效果更优。数值模拟的本构模型与前期假定一致,为研究多级设防SMA-LRB复合支座的设计方法奠定了基础。(3)以一座四跨连续桥为例,对多级设防SMA-LRB复合支座的设计方法进行研究。根据拉索直径、自由行程和设计索批次等参数确定22种工况,选用三种不同水准地震波对各工况桥梁进行时程分析,通过对支座位移和墩底弯矩等结构响应的分析和对比,研究了支座设计参数对抗震性能的影响,总结了多级设防SMA-LRB复合支座的设计方法。研究表明,通过设置合理的设计参数,多级设防SMA-LRB复合支座在桥梁抗震应用中具有较好的限位效果和减隔震性能。(4)基于多级设防SMA-LRB复合支座连续桥梁抗震体系优化。将复合支座应用于高低混合墩桥梁需对其进行优化,制定合理的优化方案,并进行时程分析,对优化结果进行讨论分析。结果表明,增加高墩支座刚度,降低低墩支座刚度,使得新型支座更好的适用于高低混合墩桥梁;低墩支座可不设第三批SMA索。
【图文】：

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（c）汶川地震图 1-1 受地震破坏的桥梁常用的方法为基于强度的抗震设计，其中中国 89、现行欧洲 Eurocode8 和美国 AASHTO 等规范均不断的发展，应用于建筑和桥梁的新抗震理念被提ance-Based Seismic Design，以下简称 PBSD)方法，，应满足不同的等级要求，保证中小震隔震效率高、震性能的减震装置。目前，虽然有一些装置采用了限[7-10]。的自复位能力，一种新型的智能材料——形状称 SMA）被引入桥梁减震装置。SMA 具有形状记用下完全消失而恢复为原始形态。当其恢复受到限

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如何基于不同性能目标，设计其动力本构，也需进一步研究。随着我国西部大开发的持续发力，云南、四川、甘肃、青海和新疆等地震活动频繁的省份，其减隔震梁式桥数量迅速增长。针对该体系的不足，开展抗震研究显得十分紧迫。因此，对多级设防 SMA 减震装置的性能和抗震机理的研究，对基于性能的多级设防 SMA 减震装置的设计方法应用研究，具有非常重要的理论意义和非常广阔的工程应用前景。1.2 传统减隔震支座存在的问题我国高烈度地震区，存在大量减隔震梁式桥结构体系。由于减隔震装置的限位能力不足，在近场地震动作用下，墩与主梁之间较大的位移和残余变形，造成落梁等严重震害（图 1-2）。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U442.55

【参考文献】