基于新型復(fù)合抗震支座的球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震研究-論文.pdf

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1、第40卷第10期山西建筑Vo1．40No．10·28·2014年4月SHANXIARCHITECTUREApr．2014·結(jié)構(gòu)·抗震·文章編號(hào)：1009—6825(2014)10．0028．03基于新型復(fù)合抗震支座的球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震研究★徐忠華(中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司，北京100013)摘要：在形狀記憶合金絲(SMA)超彈性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用SMA良好的超彈性性能和耗能能力對(duì)普通疊層橡膠抗震支座抗震性能進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一種新型復(fù)合抗震支座，并將該支座應(yīng)用到球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中，利用ANSYS軟件進(jìn)行地震響應(yīng)分析，得出了一些有益的結(jié)論。關(guān)鍵詞：形狀記憶合金，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，三維抗

2、震中圖分類(lèi)號(hào)：TU352．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)以其良好的受力性能、優(yōu)美本文對(duì)0．5Hz下循環(huán)的8％應(yīng)變的合金絲進(jìn)行了擬合，其彈的結(jié)構(gòu)形式，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑中，也逐步成為主要性模量=5．32×10N／m，屈服應(yīng)力Y=7．0×10N／m，材料結(jié)構(gòu)形式。但是，隨著越來(lái)越多網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的興建，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗常數(shù)為-Or：0．1=0．3，c=0．001，a=900。震問(wèn)題也日益凸顯，特別是在我國(guó)這樣一個(gè)地震多發(fā)國(guó)家，深入600研究抗震問(wèn)題，減少人員和財(cái)產(chǎn)損失顯得尤為重要。普通疊層橡500400膠支座抗震是目前常用的抗震技術(shù)，但是，該支座在工程實(shí)踐中董

3、3oo也逐步暴露出豎向剛度大、水平剛度小、阻尼小等諸多缺陷，從而0導(dǎo)致其水平恢復(fù)能力差、豎向抗震能力弱、耗能能力不足。1oo1SMA絲超彈性性能試驗(yàn)應(yīng)變，％超彈性也被稱(chēng)作相變偽彈性(TransformationPseudo．elastic．圖2SMA絲耗能能力試驗(yàn)曲線ity)，是指當(dāng)對(duì)材料施加應(yīng)力，誘發(fā)其產(chǎn)生馬氏體應(yīng)變，當(dāng)應(yīng)力去表2SMA絲循環(huán)加載試驗(yàn)情況除后，馬氏體消失，應(yīng)變恢復(fù)的效應(yīng)。應(yīng)變／％3456781)試驗(yàn)方案。樣品選擇沈陽(yáng)天賀集團(tuán)提供的1．8millSMA耗能能力94146I79243282351絲，具體參數(shù)見(jiàn)表1。等效阻尼比5．25．35．65．75．9

4、6表1SMA參數(shù)表等效剛度638586523483430384直徑}成分IIA}由圖3可以看出，試驗(yàn)值和理論值擬合度較高，試驗(yàn)的屈服1．8iTlm}T．19at％Ni一65l一40l一30I一5應(yīng)力比理論值還要偏高，耗能能力、阻尼、剛度等其他參數(shù)基本吻注：M，為馬氏體相變開(kāi)始溫度，為馬氏體相變終了溫度，A為-q氏體逆相變合，說(shuō)明選取的SMA合金絲具有較好的超彈性性能和耗能能力。的開(kāi)始溫度，Af為馬氏體逆相變終了溫度a．SMA絲超彈性性能。分別以3％，4％，5％，6％，7％，8％的應(yīng)變幅值在常溫下對(duì)SMA絲進(jìn)行6次循環(huán)加載試驗(yàn)，加載頻率．廠=0．5。b．SMA絲耗能能力

5、。以6％的應(yīng)變幅值在常溫下循環(huán)罨5次對(duì)SMA絲加載試驗(yàn)，考察其滯回耗能能力。2)試驗(yàn)結(jié)果分析。從圖1可以看出，分別在3％，4％，5％，6％，7％，8％的應(yīng)變幅值下進(jìn)行加載，該SMA絲的變形可以完全回復(fù)到原點(diǎn)，殘余應(yīng)變幾乎為零，超彈性性能較為穩(wěn)定。從圖2應(yīng)§％可以看出，以6％的應(yīng)變幅值在常溫下循環(huán)加載，SMA絲變形曲線圖3理論與試驗(yàn)曲線對(duì)比的滯回環(huán)面積較大，形狀飽滿，說(shuō)明該SMA絲具有較好的阻尼耗2復(fù)合抗震支座設(shè)計(jì)及工作原理能能力。具加載參數(shù)見(jiàn)表2。7o02．1復(fù)合抗震支座設(shè)計(jì)600以下在SMA絲試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種新型復(fù)合抗震支500d座，構(gòu)造圖見(jiàn)圖4。它由普通疊層

6、橡膠支座、SMA絲、碟形彈簧、滑皇400輪、導(dǎo)簡(jiǎn)和剛性外殼共同構(gòu)成，兩組SMA絲雙向交叉穿過(guò)固定在3002o0普通疊層橡膠支座上下鋼板上的滑輪，兩端分別固定于鋼板的兩Io0側(cè)。多片碟形彈簧串聯(lián)組合復(fù)合于普通疊層橡膠支座上部，并通012345678過(guò)導(dǎo)筒和剛性外殼來(lái)限制碟形彈簧的水平位移。應(yīng)變y％2．2復(fù)合抗震支座的工作原理圖1SMA絲循環(huán)加載曲線在地震作用下，復(fù)合抗震支座通過(guò)普通疊層橡膠支座的水平收稿日期：2014-01一l7★：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：50678079】作者簡(jiǎn)介：徐忠華(1980一)，男，博士，工程師第4O卷第1O期-30·2014年4月

7、山西建筑值，A為復(fù)合抗震支座下的球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的桿件內(nèi)力峰值。平抗震能力不足，豎向地震分量無(wú)法耗散的多維抗震問(wèn)題。通過(guò)對(duì)比水平地震作用下兩種不同支座球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的桿60∞∞加0伽加蜘∞∞0∞加∞∞mo∞加∞件受力，可以看出在復(fù)合抗震支座下，球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)力降4020：幅較為明顯，徑桿L176內(nèi)力降幅達(dá)55．1％，顯著降低了震害效一，、～．0果，詳見(jiàn)圖9。Sz-20：z一一—加-60a)桿L68內(nèi)力時(shí)程曲線—，、?。一一一＆．＼A．．^．一．．一VV2?3一～＆a)桿L68內(nèi)力時(shí)程曲線，tlsb)桿L176內(nèi)力時(shí)程曲線一Pz～一sz～，、～一兄～—一