超彈性SMA螺旋彈簧隔震結(jié)構(gòu)的試驗研究與仿真分析.pdf

1、基底隔震技術(shù)是工程結(jié)構(gòu)防震減災(zāi)十分有效的途徑之一，它過減小傳遞到上部結(jié)構(gòu)的地震力以及減小上部結(jié)構(gòu)的層間位移來保護(hù)結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部設(shè)施，如：多層建筑、核反應(yīng)堆、橋梁以及液體儲存罐等。本文提出了一種超彈性SMA螺旋彈簧隔震系統(tǒng)，這種隔震系統(tǒng)主要由線性滑移支承和位于基礎(chǔ)兩端的被預(yù)拉伸的超彈性SMA螺旋彈簧構(gòu)成。通過研究發(fā)現(xiàn)，線性滑移支承的摩擦力也具有部分耗能能力。 本文首先介紹了如何將超彈性SMA絲通過熱加工訓(xùn)練成超彈性SMA螺旋彈簧。并

2、訓(xùn)練出了兩種不同型號的超彈性SMA螺旋彈簧。試驗研究和理論分析均表明SMA螺旋彈簧的力學(xué)性能與SMA絲有著顯著的不同。因此本文針對SMA螺旋彈簧的力學(xué)性能提出了一種新的現(xiàn)象模型，對訓(xùn)練出來并使用的兩種彈簧擬合出了模型參數(shù)。應(yīng)用MATLAB軟件編程調(diào)用這種現(xiàn)象模擬模型進(jìn)行仿真分析，并與試驗測量出來的滯回曲線相對比，結(jié)果顯示本文提出的現(xiàn)象模擬模型能夠很好地描述超彈性SMA螺旋彈簧的滯回特性。 為了試驗研究本文提出的隔震系統(tǒng)的隔震性能

3、，制作一個兩層鋼結(jié)構(gòu)模型，并設(shè)計了兩組試驗，分別研究超彈性SMA螺旋彈簧的最優(yōu)預(yù)拉伸長度以及其在不同頻譜和不同峰值地震波作用下的隔震效果。試驗研究和MATLAB仿真分析結(jié)果表明： （1）超彈性SMA螺旋彈簧存在一個優(yōu)化的預(yù)拉伸長度，使得結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)的最大相對位移、最大層間位移、最大加速度以及最大層間剪力這四個指標(biāo)都比較小，其耗能能力得到了最大發(fā)揮； （2）本文提出的超彈性SMA螺旋彈簧基底隔離系統(tǒng)有著較好的隔震性能。最

4、大層間位移、最大加速度以及最大層間剪力這三個指標(biāo)都小于基底固定結(jié)構(gòu)的1/8以上。不論是不同峰值地震波，還是不同頻譜的地震波，都比與超彈性SMA螺旋彈簧等效剛度相等的鋼彈簧隔震系統(tǒng)的隔震效果要好，特別是相對位移，超彈性SMA螺旋彈簧基底隔離系統(tǒng)的相對位移比鋼彈簧基底隔離系統(tǒng)的要小得多； （3）超彈性SMA螺旋彈簧基底隔離系統(tǒng)不僅有著較好的隔震效果，而且有完全自恢復(fù)能力，結(jié)構(gòu)能夠在地震后很快自動恢復(fù)原位置。超彈性SMA還有著很好的大