應(yīng)用SMA絞線-疊層橡膠支座的底層框架砌體隔震.pdf

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1、第25卷第4期華中科技大學(xué)學(xué)報(城市科學(xué)版)VO1．25No．42008年12月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Dec．2008應(yīng)用SMA絞線一疊層橡膠支座的底層框架砌體隔震劉海卿，劉嘉，崔衍斌，王學(xué)慶(遼寧工程技術(shù)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，遼寧阜新123000)摘要：研究基于SMA絞線一疊層橡膠復(fù)合支座的底層框架砌體結(jié)構(gòu)隔震理論和方法，建立了底層框架砌體結(jié)構(gòu)在隔震體系中的動力方程，同時分析一典型底層框架砌體結(jié)構(gòu)在地震作用下結(jié)構(gòu)的時程反應(yīng)。研究表明，SMA絞線一疊層橡膠復(fù)合支座是一種有效的隔震裝置，它用于底層框架砌體結(jié)構(gòu)中，能有效地減小結(jié)構(gòu)的位移、速度以及加速度時程反

2、應(yīng)，使底層框架砌體結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)明顯降低。關(guān)鍵詞：SMA絞線疊層橡膠復(fù)合支座；底層框架砌體結(jié)構(gòu)；隔震中圖分類號：TU352．1+2文獻標識碼：A文章編號：1672．7037(2008)04—0040．03底層框架多層砌體房屋是城鎮(zhèn)中最常見的沿層)，即70=2×12+1．5×10+2．82×ll；上下聯(lián)結(jié)街建筑結(jié)構(gòu)形式之一。從理淪上講，底層為柔性鋼板厚度由上述數(shù)據(jù)可以得出：框架，由于允許有較大的彈性變形，可以對上部第一形狀系數(shù)1：砌體結(jié)構(gòu)有減震作用，從而可減少上部多層砌體n(d2-do2)／4d-do200-40：——：——：——．=14．2，結(jié)構(gòu)的地震作用，但在歷次地震中，這類房屋都n(d+

3、dn)／tr4tr4X2．82有遭受嚴重破壞和倒塌的實例’。1越大，橡膠墊的受壓承載力越大，豎向剛度也針對底層框架結(jié)構(gòu)的上述問題，作者研究一越大。種新型隔震裝置，即應(yīng)用形狀記憶合金(SMA)這種智能材料的超彈性特性，將SMA制作成絞線布置在普通疊層橡膠支座周圍，研制了SMA絞線一疊層橡膠復(fù)合支座，，將它用于基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)中，能有效地減小結(jié)構(gòu)的位移和加速度時程反應(yīng)，使結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)明顯降低。而且可有效的減圖ISMA絞線一疊層橡膠支座構(gòu)造小隔震層的相對水平位移，即使支座發(fā)生大變形根據(jù)國內(nèi)外的研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗，一般要(D>O．55)結(jié)構(gòu)依然可以很好地恢復(fù)原位。求1≥15，此時，橡膠墊極限受壓強度可

4、達100～120MPa，當設(shè)計受壓強度為15MPa時，受支座的研制及恢復(fù)力壓承載力的安全系數(shù)可為6．7～8．0。由于實驗對本復(fù)合支座的要求是其水平剛度1．1SMA復(fù)合支座的構(gòu)造設(shè)計和抵抗剪切變形的能力，所以我們可以不必嚴格SMA絞線一疊層橡膠復(fù)合支座的構(gòu)造如要求1≥15，但可保持在±5％內(nèi)。同時，由于圖1所示。相關(guān)數(shù)據(jù)如下：本論文所設(shè)計的支座直徑比較小，在這種情況下橡膠層有效承壓面直徑d為200mii1；橡膠不必嚴格限定1的范圍。另外，從一些外文參考層中to為12toni；上下聯(lián)結(jié)鋼板邊長L為370ITUTI，文獻中，我們會發(fā)現(xiàn)，一些國家的研究者已設(shè)計中間開孔直徑(fo為40nlin；橡膠墊

5、外保護層厚度出第一形狀系數(shù)Sl=12的橡膠支座，他們的研究t為6mlTl；疊層橡膠總高度日為70real；其中，和分析表明，這樣的橡膠支座完全能夠滿足隔震總高度包括上下兩層厚鋼板，各12Ⅱun，夾層鋼板要求。厚f。=1．5mm(共10層)，橡膠層厚仁2．82mm(共ll第二形狀系數(shù)：收稿日期：2008．06．05作者簡介：劉海卿(1965一)，男，吉林人，教授，博導(dǎo)，研究方向為結(jié)構(gòu)抗震分析及振動控制，lhq2008@163．cola?；痦椖浚簢易匀豢茖W(xué)基金(50678079)：遼寧省教育廳科研基金(2004D245)；遼寧工程技術(shù)大學(xué)研究生創(chuàng)新科研資助項目(Y200800601)。第4期

6、劉海卿等：應(yīng)用SMA絞線．疊層橡膠支座的底層框架砌體隔震·41·狀態(tài)III：SMA絞線和疊層橡膠共同發(fā)揮作，：：：6．45，越大，橡膠墊受壓ntr31用。此時疊層橡膠支座能提供的恢復(fù)力很少，主穩(wěn)定性越好，受壓失穩(wěn)臨界荷載就越大，但同時，要依靠SMA絞線將復(fù)合支座拉回原位置。水平剛度也越大，水平極限變形能力將越小。F=+MA(3)根據(jù)國內(nèi)外的研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗，一般要求=3～6。M和具體計算公式同上。同樣，實驗要求該復(fù)合支座能承受大變形，在這種情形下，就要求其具有較好穩(wěn)定性，故將設(shè)計較大。2隔震分析1．2SMA支座的工作原理將SMA絞線一疊層橡膠復(fù)合支座的工作狀2．1動力分析模型態(tài)分為三個階段

7、：在一般情況下，因為SMA絞線一疊層橡膠支狀態(tài)I(初始)：由于形狀記憶合金(SMA)座的豎向剛度遠遠大于其水平剛度，所以，在進絞線一剛開始處于松弛狀態(tài)，在小震情況下，即行動力分析時，可以近似認為隔震結(jié)構(gòu)只作平動，當復(fù)合支座的水平剪切變形D(疊層橡膠支座的而忽略其豎向變形引起的擺動。實際工程中的多有效直徑)<0．45d時，疊層橡膠本身即可滿足隔震質(zhì)點隔震結(jié)構(gòu)體系大多屬于這種體系。這種平要求，且可自動恢復(fù)，此時S