SMA-粘滞阻尼器及其在框架结构中的减震研究

论文摘要

结构消能减振技术是指在结构的适当位置安装消能减振装置,利用这些装置的耗能来减小结构在地震下的反应,本文研究的就是一种新型的消能减振装置——SMA-粘滞阻尼器及其减震性能。本文首先介绍了有关粘滞阻尼器和形状记忆合金（SMA）的研究及应用状况并且对粘滞阻尼器的减振机理进行分析,对比了双出杆、单出杆、孔隙式、间隙式等不同构造粘滞阻尼器的工作性能和优缺点。由于粘滞阻尼器存在低频激励下无阻尼特性的缺点,使得低频激励下的疲劳破坏成为安装有粘滞阻尼器结构的隐患。本文利用形状记忆合金的超弹性滞回耗能能力与加载频率无关的特性,基于泰勒公司生产的粘滞阻尼器缩尺模型之上,设计出了一种新型SMA-粘滞阻尼器,并分析了SMA-粘滞阻尼器的力学性能,得出了其输出力计算公式。考虑过粘滞阻尼器的布置形式后,对一个装有粘滞阻尼器的六层框架结构进行数值模拟分析,对无控结构、装有普通粘滞阻尼器和装有SMA-粘滞阻尼器三种减振体系进行数值模拟对比分析。结果表明:（1）装有粘滞阻尼器的减震体系能较好的消耗地震动给结构带来的能量,较大程度保护了结构。（2） SMA丝改善了普通阻尼器低频下耗能不足的缺点,对装有粘滞阻尼器的结构在低频激励下也起到很好的保护作用。（3）普通粘滞阻尼器框架结构体系与SMA-粘滞阻尼器框架结构体系都具有较好的减震效果,但后者减震效果更佳。（4） SMA-粘滞阻尼器对较强地震动控制效果较好,特别是在遇到加速度峰值较大的阪神波时,对结构的加速度控制效果显著。以上结论充分证明了SMA-粘滞阻尼器是一种有效的减振装置,把这种装置应用于普通框架中有较好的减振效果,具有较高的工程实际应用性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 粘滞阻尼器的研究及应用现状
• 1.3 形状记忆合金（SMA）的研究概况及应用现状
• 1.3.1 形状记忆合金的研究概况
• 1.3.2 形状记忆合金的应用现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 粘滞阻尼器及形状记忆合金的基本理论
• 2.1 粘滞阻尼器的基本思想
• 2.2 粘滞阻尼器的构造形式
• 2.2.1 单出杆粘滞阻尼器
• 2.2.2 双出杆粘滞阻尼器
• 2.2.3 孔隙式粘滞阻尼器
• 2.2.4 间隙式粘滞阻尼器
• 2.3 粘滞阻尼器的恢复力模型
• 2.3.1 线性模型
• 2.3.2 Kelvin模型
• 2.3.3 Maxwell模型
• 2.4 孔隙式粘滞阻尼器的理论计算公式
• 2.4.1 孔缩效应产生阻尼力
• 2.4.2 粘滞摩擦产生的阻尼力
• 2.4.3 孔隙式粘滞阻尼器输出力的计算公式
• 2.5 形状记忆合金（SMA）的基本特性
• 2.5.1 形状记忆效应（SME）
• 2.5.2 超弹性效应
• 2.5.3 阻尼特性
• 2.6 本章小结
• 3 SMA-粘滞阻尼器的设计及其力学模型
• 3.1 SMA-粘滞阻尼器的设计
• 3.1.1 传统单出杆阻尼器存在的缺陷
• 3.1.2 大部分粘滞阻尼器存在的问题
• 3.1.3 SMA-粘滞阻尼器的构造
• 3.1.4 SMA-粘滞阻尼器的工作原理
• 3.2 SMA-粘滞阻尼器的力学模型
• 3.2.1 SMA-粘滞阻尼器的相关数据
• 3.2.2 NiTi 合金丝部分及粘滞阻尼器部分的力学模型
• 3.2.3 SMA-粘滞阻尼器的力学模型
• 3.3 本章小结
• 4 SMA-粘滞阻尼器支撑形式及应用SMA-粘滞阻尼器的框架结构动力分析
• 4.1 粘滞阻尼器支撑对柱轴力的影响
• 4.1.1 水平地震作用下阻尼体系的受力分析
• 4.1.2 简谐震动下阻尼体系的受力分析
• 4.2 框架结构中阻尼支撑的形式
• 4.2.1 阻尼支撑在框架单元中的布置形式
• 4.2.2 阻尼支撑在框架结构竖向平面上的布置形式
• 4.3 SMA-粘滞阻尼器的布置形式
• 4.4 应用SMA-粘滞阻尼器的框架结构动力分析
• 4.4.1 单质点体系中的动力反应分析
• 4.4.2 单质点体系中的运动方程及动力分析模型
• 4.4.3 框架结构地震作用下动力方程解法
• 4.5 本章小结
• 5 装有SMA-粘滞阻尼器框架结构体系减震效果数值模拟
• 5.1 模型简介
• 5.2 结构时程分析
• 5.3 数据分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集