SMA复合支座及其在巨型框架结构中的减震研究

论文摘要

本文研制一种新型的减振耗能装置——SMA复合支座,首先通过理论分析寻求SMA复合支座动力特性,然后通过数值模拟分析验证其隔震效果。在对比目前常用的巨型框架减振结构基础上,将SMA复合支座应用于该体系中,提出了一种新型的巨型框架减振体系——应用SMA复合支座巨型框架减振体系,并提出该体系的计算模型、建立该体系地震反应理论及确定该体系振动控制分析方法,通过建立三种结构体系的三维实体有限元模型,并对其进行数值对比分析,验证新体系的减震效果。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,对于抑制大振幅、高频地震动有更好的隔震效果;2.普通支座巨型框架结构体系与SMA复合支座巨型框架结构体系都具有较好的减震效果,但后者减震效果更明显。3.采用SMA复合支座可以有效减小地震时次框架的顶层位移,减小次框架柱与主框架柱之间的控制距离,增大结构的有效使用空间,有很好的经济效益;增大次框架的刚度与整个结构的整体性,而且可以降低设计时所考虑的地震设防烈度。充分证明了SMA复合支座是一种有效的隔震支座,把这种支座应用于普通框架结构和巨型框架中都有良好的隔震效果,并验证了新体系SMA复合支座巨型框架减震结构体系减震效果的有效性、可靠性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 应用SMA复合支座巨型框架减震体系的研究现状
• 1.3 相关研究工作
• 1.3.1 橡胶支座隔震基本原理
• 1.3.2 形状记忆合金复合支座减震基本理论
• 1.3.3 巨型框架减震体系减震基本理论
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 SMA复合支座的设计与性能研究
• 2.1 叠层橡胶支座的基本特性
• 2.1.1 叠层橡胶支座构造和工作原理
• 2.1.2 叠层橡胶支座力学性能研究
• 2.1.3 橡胶垫隔震支座的优点和缺点
• 2.2 形状记忆合金（SMA）的基本特性
• 2.2.1 形状记忆效应（SME）
• 2.2.2 超弹性效应
• 2.2.3 阻尼特性
• 2.2.4 形状记忆合金（SMA）的本构模型
• 2.3 SMA复合支座的设计
• 2.3.1 SMA复合支座的构造
• 2.3.2 SMA复合支座的相关数据
• 2.3.3 SMA复合支座工作原理
• 2.3.4 SMA复合支座的力学模型分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 SMA复合支座隔震体系动力反应分析
• 3.1 单质点体系中的动力反应分析
• 3.1.1 单质点体系中的运动方程及动力分析模型
• 3.1.2 SMA复合支座与单自由度质量块的动力响应
• 3.2 应用SMA复合支座结构隔震效果分析
• 3.2.1 工程概况
• 3.2.2 模态分析
• 3.2.3 隔震效果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 巨型框架减震结构体系及其减震机理
• 4.1 结构模型的建立
• 4.1.1 层间模型
• 4.1.2 巨型框架减震结构体系计算模型
• 4.2 动力方程及特征参量
• 4.2.1 质量矩阵
• 4.2.2 刚度矩阵
• 4.2.3 阻尼矩阵
• 4.3 结构动力响应分析方法
• 4.3.1 标准系统的脉冲和频率响应分析
• 4.3.2 复模态分析
• 4.3.3 动力时程分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 应用SMA复合支座巨型框架减震体系地震响应分析
• 5.1 结构方案和有限元模型
• 5.1.1 结构方案
• 5.1.2 有限元模型
• 5.2 结构的模态分析
• 5.3 结构时程分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文及参与科研项目