單自由度狀態(tài)下SMA—KBF耗能減震能力研究

馬振欣

摘 要：SMA和隅撐支撐（KBF）分別為近些年發(fā)現(xiàn)的有超彈性力學(xué)性能的一種金屬材料和新型結(jié)構(gòu)框架，并被國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注，應(yīng)用在了很多的工程試驗(yàn)中。以此為基礎(chǔ)該文的主要研究在地震荷載下，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)MSMA阻尼器隅撐構(gòu)件的耗能以達(dá)到結(jié)構(gòu)減震的目的。

關(guān)鍵字：SMA阻尼器 隅撐支撐鋼框架 耗能減震 ABAQUS

中圖分類號：TB4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0059-01

SMA阻尼器是優(yōu)良的耗能減震裝置，得益于自身超彈性的良好體現(xiàn)，具有優(yōu)異的耗能特性，可加置在隅撐構(gòu)件中。Ocel等[1-2]人都做出了大量實(shí)際工程應(yīng)用。國內(nèi)學(xué)者還研究了SMA阻尼器耗能減震體系的設(shè)計方法，任文杰、李惠等[3-4]人分析了SMA耗能器減震性能的影響和其影響的因素。

1 SMA-KBF的形式和計算模型

通過對隅撐支撐加設(shè)SMA阻尼器即組成SMA-KBF時，將SMA阻尼器模型進(jìn)行等效剛度等效阻尼簡化，其運(yùn)動微分方程和初始狀態(tài)為為：

（1）

式中：為結(jié)構(gòu)的剛度系數(shù)，為結(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù)；、、分別為結(jié)構(gòu)的加速度、速度和位移，為地震荷載激勵，初始階段，來自阻尼器。

2 關(guān)于SMA-KBF的減震耗能的研究

該文將對SMA-KBF框架和MRK純框架在地震作用下進(jìn)行分析，在結(jié)構(gòu)中設(shè)置300根直徑1mm的SMA絲，運(yùn)用EI-CENTRO波，調(diào)整峰值為620cm/s2，持續(xù)17.58S，讓框架自由振動50s停止。兩種建筑模型布置模式如圖1所示。

通過計算分析得到數(shù)據(jù)表1并從圖2中看出兩種鋼質(zhì)框架在地震荷載下頂層的位移在地震荷載結(jié)束后，兩種框架均產(chǎn)生了殘余位移，看出SMA-KBF中的SMA材料耗能作用減震優(yōu)良，但是剛度是增加致使加速度上也相對較大。

3 結(jié)語

該文利用SMA阻尼器的超彈性設(shè)計了一種新型耗能結(jié)構(gòu)，由非預(yù)應(yīng)變SMA絲束連接，加置在隅撐支撐結(jié)構(gòu)中。阻尼器在EI-CENTRO地震荷載作用下呈現(xiàn)穩(wěn)定的滯回曲線，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出加載SMA阻尼器的頂層位移、層間位移和殘余位移相比較小，具有良好的耗能功能。

參考文獻(xiàn)

[1] Justin Ocel，Reginald DseRoches.Steel Beam-Column Connections Using Shape Memory Alloys[J].Journal of Structural Engineering，2004，130（5）：732-740.

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[3] 任文杰，李棲桐，賈茹，等.基于形狀記憶合金X形板阻尼器的結(jié)構(gòu)振動控制[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，10（1）：93-96.

[4] 李惠，毛晨曦.形狀記憶合金（SMA）被動耗能減震體系的設(shè)計及參數(shù)分析[J].地震工程與工程振動，2001，21（4）：54-59.