新型自复位SMA耗能梁段的滞回性能

为有效控制强震后Y型偏心支撑钢框架结构的塑性残余变形,通过将Y型偏心支撑中耗能梁段的腹板更换为形状记忆金属(SMA)材料,提出了一种新型自复位SMA耗能梁段。使用ANSYS软件建立有限元模型分析得出,与传统耗能梁段相比,SMA耗能梁段具有旗帜型滞回曲线,承载力及延性无明显下降,可实现震后自复位功能。此外,还设计6组16个SMA耗能梁段试件,并进行了滞回性能分析。研究发现设计参数变化对SMA耗能梁段的自复位功能影响较小;腹板厚度及耗能梁段长度对SMA耗能梁段的承载力及初始刚度影响显著;翼缘厚度及宽度、翼缘材料及加劲肋间距对其承载力及初始刚度影响较小,但其后期承载力会出现一定程度的劣化。     

基于SMA的风机塔架结构风致振动控制研究

随着风力发电机塔架高度的增加及叶片尺寸的增大,风致振动对风机塔架结构可靠性的影响越来越显著。利用形状记忆合金(SMA)的超弹性效应,设计出一套针对风机塔架结构的耗能减振装置,以减小风机塔架结构的风致振动。构建了双线性SMA滞回模型,并集成到Abaqus软件中。以功率1.5 MW的大型风力发电机塔架为例,建立了SMA-风机塔架结构整体分析有限元模型,对其动力性能进行了研究,并做了风荷载响应及振动控制分析。结果表明,与无控状态时相比,装有SMA耗能装置的塔架顶层最大位移和加速度分别减小45%和31%,所提出的SMA耗能减振装置能够有效地控制塔架结构的动力响应。     

耗能减震钢结构性能水准与目标的初步研究

介绍了钢结构的破坏特点和耗能减震钢结构的特性。结合国内外相关研究成果及相关规范,将位移型耗能减震器的性态划分为无耗能状态、初始耗能状态、正常耗能状态、极限耗能状态和破坏状态,并对它们所对应的状态进行了描述,给出了量化的指标;在此基础上,从整个结构、结构构件、非结构构件及建筑附属系统、人员安全和使用情况四个方面对耗能减震钢结构的性能水准进行了综合性描述,给出了量化指标。最后,对耗能减震钢结构宜采用的性能目标提出建议。     

基于SMA隔震支座的双层球面网壳结构地震响应分析

采用橡胶支座的隔震方式是目前较成熟的隔震技术,但橡胶支座存在着水平变形大、阻尼较小、耗能不足等问题。SMA-橡胶复合隔振支座充分利用了形状记忆合金(SMA)丝的超弹性特点,在支座工作时起到恢复力主要补充作用,使得支座在抗侧移能力和耗能方面都得到了加强。通过建立双层球面网壳模型,对其在普通橡胶支座和SMA复合橡胶支座两种不同工况下的隔震效果进行对比分析,说明在采用后者的双层球面网壳结构其杆件的内力值和节点位移值都明显降低,受拉的上弦杆和受压的下弦杆无论是受力峰值及其杆件数量都有所减少,提高了网壳结构的变形协调能力,限制了网壳结构薄弱杆件的破坏,SMA复合橡胶支座起到了较好的减震耗能作用,对双层球面网壳的隔振作用优于橡胶支座。     

内置超弹性SMA筋-端板梁柱节点数值模拟研究

为提升混凝土框架节点的变形耗能及自复位能力,提出了一种改进的内置超弹性SMA筋—钢端板梁柱节点设计方式。基于OpenSees有限元分析平台,建立了内置超弹性SMA筋—钢端板混凝土梁柱节点的有限元数值模型,对比了低周往复荷载作用下节点滞回和骨架曲线的试验与数值模拟结果,验证了数值模型的有效性。并进一步分析了SMA筋直径和屈服强度对该新型节点滞回耗能、刚度退化和残余变形等力学性能的影响。结果表明,SMA筋的直径对新型节点的承载力和自复位耗能性能有较大影响,在适筋前提下,SMA筋直径越大,节点承载力及自复位性能越高;在一定范围内,SMA筋屈服强度的提高对节点刚度整体影响较小,对残余变形的影响较大。     

一种复位型SMA压电混合减震装置的设计与力学性能试验

基于形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)材料和压电(piezoelectric,PZT)陶瓷驱动器的物理力学特点,本课题组设计制作了一种用于结构振动控制领域的复位型SMA压电混合减震装置,对其进行了不同位移幅值、加载频率及激励电压下的力学性能试验,获得了相应的控制力-位移曲线,并从单圈滞回耗能值、等效刚度和等效阻尼比方面分析了各影响因素对其耗能能力的影响。结果表明,该混合减震装置可以双向受力,滞回曲线较饱满且对称性好;激励频率在0. 05Hz～0. 3Hz之间变化时,减震装置的力学性能基本不受频率的影响。随着电压的增大,混合减震装置的绝对最大控制力呈线性增大,当初始摩擦力200N,施加120V电压时,控制力可增大约为400N。在位移幅值12mm,120V电压下单圈耗能量提高了138. 23%,等效阻尼比提高了94. 23%,所研发的复位型SMA压电混合减震装置设计合理,压电半主动单元耗能能力较好。     

防屈曲耗能支撑研究与应用的新进展

防屈曲耗能支撑是一种性能优良的新型耗能减震构件。本文阐述了防屈曲耗能支撑的构成和基本原理,根据约束构件的不同材料形式,将防屈曲耗能支撑划分为混凝土约束型防屈曲耗能支撑、全钢型防屈曲耗能支撑和装配式防屈曲耗能支撑。分别介绍了防屈曲耗能支撑的类型与性能、防屈曲耗能支撑框架分析与子结构试验,以及防屈曲耗能支撑在工程中的应用情况和标准化。指出了防屈曲耗能支撑研究和推广应用中存在的问题,给出了今后研究与应用的建议。     

多层钢筋混凝土平面框架拟动力抗震性能有限元分析

利用ABAQUS软件对3层2跨钢筋混凝土平面框架拟动力试验进行建模分析，建模时充分考虑了混凝土与纵筋、箍筋及型钢的约束关系、合理的地震波输入机制及平面框架的结构阻尼。通过对比有限元中的位移、加速度时程结果与试验结果，两者差异较小，表明建模方法的合理性，并进一步深入分析了该平面框架震后梁柱混凝土的结构损伤、各部件的应力-应变关系、梁柱控制点处的弹塑性状态以及塑性耗能机理与塑性耗能分配机制。结果表明：7种幅值El Centro波作用下，框架梁、柱混凝土均已开裂，柱底混凝土被压碎，纵筋、箍筋、型钢都进入塑性状态；按构件区分，框架梁的塑性耗能占比大于框架柱；按材料区分，梁、柱钢筋是平面框架的主要耗能部件，混凝土次之，型钢耗能占比较小；采用的建模方法可高效准确地模拟平面框架的拟动力性能，可为后续的实际工程作参考。     

扩孔螺栓连接型消能梁段的耗能机理及设计方法研究

罕遇地震下,偏心支撑结构需合理有效地增大消能梁段的延性和耗能能力,并减小消能梁段的变形,以有效提高该种结构的抗震性能和震后功能快速恢复能力。本文基于短剪切型消能梁段和剪切扩孔型螺栓连接的力学性能,提出一种扩孔螺栓连接型消能梁段。采用校正的数值分析方法对扩孔螺栓连接型消能梁段进行详细分析,以明确扩孔型螺栓连接和短剪切型消能梁段力学性能的相互影响,揭示其耗能机理,并建立相应的设计方法。研究表明,所提出的扩孔螺栓连接型消能梁段的耗能能力有明显提高,且在达到预期性能时有效减小短剪切型消能梁段的变形和损伤,有效提高了构件的震后功能恢复能力,由此为偏心支撑结构的抗震设计提供新的思路和方法。     

应用损伤指数的框架结构倒塌数值模拟分析

为了研究地震作用下框架结构的倒塌破坏过程,改进了原有的双参数损伤指数模型.采用非线性动力有限元法计算了结构在地震作用下的弹塑性位移时程反应,以改进的基于变形和耗能的双参数构件损伤模型计算了构件的损伤指数,并且采用加权法计算了结构的整体损伤指数.采用基于"三水准"损伤指数的抗震设防目标,对结构倒塌破坏过程进行了定量的评估,分析结果表明,改进后的损伤指数模型能定量化、连续化地描述结构的倒塌破坏过程.