SMA-叠层橡胶复合隔震支座耗能能力的影响因素研究

为研究SMA丝-叠层橡胶支座和SMA绞线-叠层橡胶支座力学性能,基于AuricchioSacco本构模型分析形状记忆合金材料的超弹性特性,采用有限元方法分别建立这两种橡胶支座模型,在此基础上以位移幅值和竖向荷载作为主要影响因素,数值模拟分析得出两种橡胶支座的恢复力-位移滞回曲线,建立了位移和荷载变量对支座的等效水平刚度、等效阻尼比和单位循环耗能的关系,进而分析两种橡胶支座的性能差异,为该支座的工程设计和使用提供理论依据。     

一种新型变形可恢复SMA阻尼器力学性能的研究

利用形状记忆合金（Shape Memory Alloy,简称"SMA"）丝材的超弹性与复位弹簧特性,开发出一种新型变形可恢复SMA阻尼器,以增强其变形可恢复的能力。同时,为了解决SMA丝材在实际工程中锚固难的问题,提出了一种新型可调节夹具,不仅解决了SMA丝材的不易锚固问题,而且增强了调节预应变的能力。对所提出的新型SMA阻尼器进行了循环加载试验研究和数值仿真分析,探讨不同加载频率及位移幅值对其力学性能的影响,建立了恢复力模型。结果表明:新型SMA阻尼器在循环荷载作用下滞回性能稳定,具有良好的耗能性能;内置弹簧对新型SMA阻尼器变形可恢复能力有较大帮助。基于所建立恢复力模型的数值模拟结果与试验结果符合情况很好,验证了阻尼器恢复力力模型的正确性。     

一种新型超弹性SMA-叠层橡胶复合隔震支座

提出了一种新型超弹性形状记忆合金(SMA)-叠层橡胶复合隔震支座,即在普通叠层橡胶垫四周呈交叉状对称布置了两组超弹性SMA丝(预应变SMA丝和未预应变SMA丝)。分析了复合支座的工作原理,建立了其力学模型。在假定SMA丝总用量恒定情况下,计算比较了未预应变SMA丝与预应变SMA丝的面积(数量)对复合支座滞回性能的影响,结果表明:预应变SMA丝可明显提高支座的耗能力和阻尼系数,未预应变SMA丝可赋予支座很好的大变形恢复能力,二者结合可改善叠层橡胶支座的力学性能。     

形状记忆合金复合黏滞阻尼器设计及分析

利用形状记忆合金的超弹性和滞回耗能特性,研制一种兼具自复位、高耗能及放大功能于一体的形状记忆合金复合黏滞阻尼器(Hybrid Shape Memory Alloy Viscous Dampers,简称HSMAVD),并通过试验研究形状记忆合金复合黏滞阻尼器在循环荷载作用下的力学性能;同时,基于改进的GraesserCozzarelli模型和普通粘滞阻尼器力学模型,建立了形状记忆合金复合黏滞阻尼器的恢复力模型,并对其力学性能进行了仿真分析。研究结果表明:形状记忆合金与粘滞阻尼器复合后具有良好的协同工作能力,可有效发挥形状记忆合金的超弹性和粘滞阻尼器的速度相关特性,使其具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力;仿真结果与试验结果吻合较好,验证了文中提出的恢复力模型的正确性,对形状记忆合金复合黏滞阻尼器的研发具有参考价值。     

型钢混凝土柱恢复力模型试验研究

开展了6个1/2比例的型钢混凝土(SRC)框架柱试件的低周反复加载试验.重点考虑轴压力系数和配箍特征值对型钢混凝土柱变形性能和滞回特征的影响.在试验研究基础上,分析了滞回曲线特征,并确定了恢复力模型的滞回规则.通过对试验结果的回归分析确定了卸载刚度和反复加载下的强度退化率,主要考虑参数包括位移延性比和轴压力系数.恢复力模型的骨架曲线由弹性段、强化段和强度退化段组成三线形骨架曲线.骨架曲线采用基于截面条带法和按实验数据的统计回归分析方法确定,其强化段和强度退化段均考虑了轴压力系数的影响.从而建立了能够考虑轴压力系数对滞回特性影响的型钢混凝土柱剪力-侧移恢复力模型.     

SMA复合摩擦阻尼器性能的试验研究

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性效应及高阻尼性能,结合传统Pall摩擦型阻尼器的特点,提出了一种SMA复合摩擦阻尼器。在建立阻尼器力学分析模型的基础上,对SMA复合摩擦阻尼器的性能进行了试验研究,分析了位移幅值、加载频率等对阻尼器的等效刚度、单位循环耗能和等效阻尼比的影响,并与理论分析结果进行了对比。研究表明,SMA复合摩擦阻尼器在加卸载循环下会形成比较稳定的滞回曲线,表明这种阻尼器具有良好的耗能能力。     

基于纤维模型的CFT框架柱滞回性能模拟及模型灵敏度分析

研究了基于纤维模型的CFT框架柱滞回性能模拟的建模方法,建立了基于不同材料本构模型的CFT框架柱数值模型,并探讨了材料本构关系、纤维截面网格划分、积分点数量等因素对模拟精度的影响。以试验为依据,运用Opensees软件,通过计算结果与试验结果的对比,分析了影响滞回模型计算精度的主要因素。结果表明,受约束混凝土本构关系的下降段,钢材本构关系的强化段,是影响滞回模型准确性的主要因素,而网格划分和积分点数量的影响则主要体现在程序运行速率方面。研究将为基于纤维模型法的CFT框架柱滞回性能模拟分析提供理论依据。     

锥形形状记忆合金阻尼器性能分析与试验研究

本文对一种新型形状记忆合金阻尼器——锥形形状记忆合金阻尼器的性能进行了数值分析和试验研究。基于形状记忆合金的超弹性双线型本构模型,利用非线性有限元方法分析了锥形形状记忆合金阻尼器的滞回性能,并且用大型能用程序ANSYS进行了验证,得出锥形形状记忆合金阻尼器的滞回模型可简化为分段线性滞回模型,试验包括形状记忆合金丝的本构试验、疲劳试验阳阻尼器的性能试验．试验结果与数值分析结果基本吻合,形状记忆合金表现出良好的超弹性。     

新型自复位连梁阻尼器设计及其力学性能数值模拟研究

为改善高层建筑联肢剪力墙抗震性能,消除传统连梁阻尼器残余位移较大或等效阻尼比较小等问题,设计了一种兼具耗能和自复位功能的形状记忆合金粘弹性连梁阻尼器（Shape Memory Alloy Viscoelastic Coupling Beam Damper,SVCBD）,给出了新型连梁阻尼器的构造形式和工作原理。利用拉普拉斯变换得到的粘弹性材料粘性系数以及超弹性形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）本构模型,基于ABAQUS仿真平台建立了SVCBD精细有限元模型;对SVCBD滞回特性进行了模拟分析,并与普通粘弹性阻尼器进行了对比。考虑了SMA丝束初始预应力度、横截面总面积和粘弹性材料层剪切面积等参数对SVCBD滞回特性的影响。分析结果表明:与普通粘弹性连梁阻尼器（Viscoelastic Coupling Beam Damper,VCBD）相比,SVCBD滞回曲线更加饱满,耗能能力更强,残余位移减小,初始刚度也大大提高,具有很好的耗能和复位效果;SMA丝束初始预应力大小、横截面面积（即配置数量）和粘弹性材料层剪切面积均对SVCBD的耗能和复位能力具有明显的影响。     

配置自复位耗能跨低多层钢框架体系的能量系数

利用超弹性SMA螺栓梁柱节点的耗能能力和自复位特性,将其引入到耗能跨而构建"自复位耗能跨",基于既有的节点试验研究结果对结构体系的滞回性能进行了探讨。在此基础上,以具有旗形滞回特征的单自由度体系为工具,对配置自复位耗能跨低多层钢框架体系的能量系数进行推导。能量系数可以合理量化具有旗形滞回规则结构的峰值响应需求,能量系数越低,表明地震动下结构的峰值响应越低。为了阐明滞回参数对能量系数的影响,对具有不同滞回参数组合可代表低多层结构的等效SDOF体系进行了非线性动力分析,参数组合包括周期、屈服后刚度比、延性系数及能量比。同时对能量系数的离散性也进行了分析。结果表明:能量系数及能量系数的离散性受结构周期、屈服后刚度比及延性系数影响较大,受能量比的影响较小。     

基于ANSYS自定义单元的半刚性梁柱节点抗震滞回性能模拟分析

采用峰值指向滞回模型模拟半刚性连接在循环荷载下的非线性行为,建立了能同时考虑几何、材料和连接非线性的精细塑性铰法平面梁柱单元模型,利用ANSYS用户可编程特性（UPFs）,对自定义单元进行编译并嵌入到ANSYS平台中。利用试验数据拟合得到滞回模型参数,经自定义单元进行分析计算,得到节点的载荷-位移滞回曲线。通过与试验结果对比分析表明:模拟结果与试验结果吻合良好,该单元模型具有很大优势,可用于半刚性梁柱节点的滞回性能分析。     

超弹性-复摩擦摆隔震支座的性能试验与数值模拟

利用复摩擦支座（Double friction pendulum bearing,DFPB）和形状记忆合金（Shape Memory alloy,SMA）拉索,提出了一种超弹性-复摩擦支座（Superelastic-double friction pendulum bearing,SDFPB）。该新型滑动隔震支座在水平方向可适应多水准地震激励,且在竖向拥有抵抗拉拔的功能。阐述了SDFPB的构造特点和工作原理。通过性能试验考察了这一隔震装置的力学特性。建立了SDFPB的恢复力模型,利用其模拟了试验条件下的滞回响应。研究结果表明:SDFPB的耗能能力优良,且具有较好的多级抗震自适应能力;模拟值与试验值吻合较好,验证了上述力学模型的正确性。     

一种SMA复合摩擦阻尼器的设计与性能研究

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性特性,将SMA丝与摩擦阻尼器复合,提出了一种SMA复合摩擦阻尼器,给出了SMA复合摩擦阻尼器的工作机理和设计方法,建立了其理论模型,确定了SMA复合摩擦阻尼器的力-位移滞回曲线,并对一SMA复合摩擦阻尼器控震单自由度体系在地震作用下的动力响应进行了数值模拟。结果表明,提出的SMA复合摩擦阻尼器具有优良的耗能减振性能。     

基于ABAQUS高层剪力墙结构的有限元建模及其振动台试验验证

采用ABAQUS建立12层剪力墙结构的有限元模型,利用该结构1/5缩尺模型振动台试验时预留试块的材性试验结果及相似关系,确定相应原型结构材料的性能参数,将试验参数和我国混凝土结构设计规范给出的混凝土单轴受拉/压应力-应变关系曲线相结合,确定ABAQUS模型中混凝土损伤塑性模型所需的应力-应变参数;将试验参数和张劲公式法相结合,确定ABAQUS模型中混凝土损伤塑性模型所需的损伤因子参数。对比有限元分析结果和振动台试验结果,验证参数设置的有效性。ABAQUS有限元分析和振动台试验所得原型结构前三阶振型和自振周期相差很小,说明ABAQUS模型和参数设置能够反映并用于计算实际结构的弹性响应。ABAQUS有限元分析得到的结构损伤情况与试验模型的损伤情况基本一致;结构的顶点加速度曲线和滞回曲线等响应的有限元分析结果与试验结果在多遇地震作用下基本吻合,但由于振动台试验累积损伤的影响,两者的差异随着地震波幅值的增大而逐渐增大;ABAQUS有限元分析得到的位移包络曲线与剪力墙结构弯曲变形的特点相符。以上弹塑性分析结果进一步表明了ABAQUS模型和参数设置能够很好地模拟结构在地震作用下的响应。     

X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力模型(Ⅱ)--基于R-O本构关系

利用软钢的Ramberg-Osgood本构关系(R-O模型),依据经典力学原理推导建立了X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力滞回模型.首先,给出了循环加载下软钢材料的应力-应变R-O本构关系;其次,推导建立了基于R-O本构关系的钢板阻尼器的阻尼力模型;最后,将该阻尼力模型及其参数与试验结果和双线性强化模型进行了比较,验证了R-O理论模型的有效性,并分析了误差存在的原因.     

X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力模型（Ⅱ）——基于R-0本构关系

利用软钢的Ramberg-Osgood本构关系(R-O模型)，依据经典力学原理推导建立了X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力滞回模型。首先，给出了循环加载下软钢材料的应力-应变R-O本构关系；其次，推导建立了基于R-O本构关系的钢板阻尼器的阻尼力模型；最后，将该阻尼力模型及其参数与试验结果和双线性强化模型进行了比较，验证了R-O理论模型的有效性，并分析了误差存在的原因。     

形状记忆合金自复位钢框架节点抗震性能数值模拟及参数分析

基于ABAQUS二次开发平台,编制了超弹性形状记忆合金(SMA)一维分段线性本构模型子程序,并将其嵌入到ABAQUS材料库中,通过实例分析,验证了子程序的正确性。基于ABAQUS平台,建立了自复位钢框架节点分析模型,分析了钢框架节点在低周往复荷载作用下的滞回性能、骨架曲线、刚度退化、耗能能力及残余变形等抗震性能,并和普通钢节点进行了对比。对SMA自复位钢框架节点进行了参数分析,考虑了SMA筋预应力水平、位置、配置量及角钢厚度对自复位钢框架节点抗震性能的影响。分析结果表明:与普通钢框架节点相比,SMA自复位钢框架节点承载力大大增加,卸载后有效地消除了残余变形,具有良好的自复位效果;SMA预应力大小、竖向间距、配置量和角钢厚度等参数对新型钢框架节点的承载能力和复位性能均有明显的影响。     

基于Bouc-Wen-Baber-Noori模型的非弹性反应谱研究

建立一个能够合理有效地反映结构刚度退化、强度退化以及捏拢效应的滞回模型有助于澄清强度退化、刚度退化和捏拢效应对非弹性反应谱的影响。因此,本文将能够表征不同滞回特性的Bouc-Wen-Baber-Noori模型引入到单自由度体系非弹性反应谱的研究中,通过将运动方程转化为一阶偏微分方程组,然后采用Gear法求解,分别研究了强度退化、刚度退化和捏拢效应对相对位移反应谱和绝对加速度反应谱的影响。在此基础上通过引入增量动力分析理论,研究了非弹性反应谱与地震动加速度峰值之间的关系。鉴于Bouc-Wen-Baber-Noori模型参数众多,本文对基于Bouc-WenBaber-Noori模型的非弹性反应谱进行了参数敏感性分析,获得了各参数对单自由度体系非弹性反应谱的影响阶数。研究结果表明:强度退化对非弹性反应谱的影响较小;刚度退化对非弹性反应谱具有一定的影响;捏拢效应在非弹性反应谱的研究中不可忽略。这一结论,可望澄清不同研究者关于滞回特性对非弹性反应谱的影响所存在的认识分歧。     

超弹性形状记忆合金螺旋弹簧恢复力的数值模拟

形状记忆合金(SMAs)在土木工程被动控制领域的研究近年来得到了极大的关注。研究人员已经提出了多种含有SMA丝的隔震器和阻尼器,大尺寸SMA超弹性螺旋弹簧是一种可输出较大位移的阻尼器。由于以往在结构防震减灾领域有关SMA螺旋弹簧力学性能的研究较少,因此在Liang和Rogers提出的SMA应力-应变本构模型的基础上,针对SMA螺旋弹簧恢复力特性建立了一种便于工程应用的新型宏观模型,并利用MATLAB程序进行了数值模拟以验证所提出模型的适用性和正确性。研究结果表明:SMA螺旋弹簧具有较好的复位和耗能能力;同时,根据该宏观模型得到的数值模拟结果与其他学者的试验研究结果吻合较好。总的来看,数值模拟方法可较准确描述超弹性弹簧的力学行为,且方便在现有常规结构软件中实现。     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。