形状记忆合金棒和菱形开孔钢板并联自复位阻尼器的研究与分析

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目前在建筑结构中附加阻尼器是耗散结构地震能量的有效方法,传统的阻尼器如金属阻尼器等虽具有优良、稳定的耗能能力,但缺乏对残余变形的有效控制,导致震后高昂的修复成本。利用具有显著可恢复变形能力的超弹性形状记忆合金制成的自复位阻尼器具有良好的控制残余变形能力,但耗能能力相对较弱,很难满足基本的耗能要求。基于此,本文将形状记忆合金棒并联到金属阻尼器中,利用其在相态转变过程中表现的超弹性效应,结合金属阻尼器优良稳定的耗能能力,提出一种新型形状记忆合金和菱形开孔钢板并联阻尼器(SMA-SD),有效的解决了上述的问题。SMA-SD既充分发挥了菱形开孔钢板的耗能能力,又保留了形状记忆合金优良的超弹性性能。该阻尼器由三部分构成,分别为:自复位单元、耗能单元和框架单元,各个单元相互独立又协同工作,保证了阻尼器的功能性和稳定性。本文分别对自复位单元、耗能单元以及SMA-SD开展了拟静力试验研究,试验表明各单元的力-位移滞回曲线均满足试验设想,并对力学参数(峰值力、割线刚度、单位循环耗能量、残余变形和等效阻尼比)进行了详细分析,试验表明各单元均表现出理想、稳定的工作状态。进而对通过试验得到的力-位移滞回曲线建立了力学模型表达式,提炼出了关键节点和残余变形的力学公式并进行了误差分析,结果显示误差较小,验证了力学模型的正确性。采用有限元软件ABAQUS进行了数值模拟,建立了有限元模型,基于此模型通过改变SMA-SD中关键构件的几何尺寸参数,全面分析了 SMA-SD的耗能能力和自复位能力,为具体工程的实际应用提供了可靠的依据。同时利用OpenSees软件,将装配有SMA-SD的支撑放置到六层框架结构中,选取了在DBE状态下的LA01-LA20共20条典型地震波形,分析其地震状态下的响应变化,并选取传统安装屈曲约束支撑的框架结构作为对比,结果表明SMA-SD在地震响应下对层间位移转角和峰值加速度具有良好的控制,具有良好的耗能能力,同时大大的降低了残余变形,具有显著卓越的自复位能力,可以作为一种新型复合自复位阻尼器在工程实际应用中进行推广。
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