SMA摩擦型阻尼器的研究进展

目前,我国的抗震设计正逐步转向抗震“韧性”设计理念,而形状记忆合金（SMA）自复位阻尼器的研究完全符合“韧性”结构的发展方向。文章以“韧性”抗震为背景,简要介绍SMA的发展历史和材料特性,并对SMA摩擦型阻尼器的研究进展进行综述,最后对SMA自复位阻尼器在消能减震技术领域的应用的优势和不足之处以及未来前景进行分析和总结。     

装配式自复位剪切型铅阻尼器抗震韧性试验研究

电力系统的抗震韧性是韧性城市建设的核心之一，研发高强度瓷、瓷的替代材料以及附加减隔震元件是提高瓷柱式电气设备抗震韧性的重要手段。以典型高柔型电气设备为研究对象，研发了适用于该类电气设备的装配式自复位剪切型铅阻尼器，对阻尼器核心元件——形状记忆合金棒材及装配式剪切型铅阻尼器进行了滞回性能试验，研究了主耗能环长度对装配式剪切型铅阻尼器力学性能的影响。试验结果表明：形状记忆合金棒材的等效阻尼比介于4%～11%之间，其位移恢复率超过60%,具有很好的复位能力；附加耗能环可以提高装配式剪切型铅阻尼器的耗能稳定性，通过阻尼器及其核心元件滞回性能的对比，验证了装配式自复位剪切型铅阻尼器具有形状记忆合金阻尼器高复位能力和装配式剪切型铅阻尼器高耗能能力等的综合特性，为电气设备的抗震安全性提供有效依据。     

自复位结构在土木工程的应用

自复位结构体系在人们对结构抗震性能要求日益提高和基于性能抗震设计理念的背景下获得了大量关注。自复位结构体系具有以下优点:1)减小或避免主体结构损伤;2)耗散地震能量和减小地震作用;3)最小化结构残余变形;4)减少震后修复费用及其间接经济损失。本文主要介绍了三方面的容:自复位介绍、形状记忆合金(SMA)及其应用、PT装置及其抗震性能、摇摆机制简介。     

含形状记忆合金自复位阻尼器隔震结构的地震反应分析

为了使隔震结构体系能够同时获得良好的隔震特性及震后自复位能力,本文利用形状记忆合金(SMA)材料在相变伪弹性阶段具有较好阻尼性能这一特点,采用SMA自复位阻尼器与常规叠层橡胶垫组合成自复位隔震装置。根据SMA材料相变伪弹性的本构模型,对SMA自复位阻尼器在反复循环荷载下的力学行为进行了数值模拟,得到了相应的滞回耗能曲线。提出了一种针对SMA自复位阻尼器的分段线性化恢复力模型,并依据剪切型层模型理论,编制了设有SMA自复位阻尼器隔震结构在地震作用下的弹塑性时程分析程序,对设有这种新型隔震装置工程结构进行地震反应分析。分析结果表明,这种隔震装置不仅可以大大减轻地震对上部结构的影响,而且还具有很好的震后复位能力,因此具有较好的工程应用前景。     

SMA自复位体系非线性反应谱

总结了国内外非线性反应谱的发展历程及现状,介绍了形状记忆合金(SMA)材料及其自复位体系的应用技术,简要回顾了非线性反应谱分析的基本理论。通过遗传算法选取典型的地震动记录,针对SMA自复位体系特殊的旗形滞回曲线,设计合理的分析工况,通过大量数值模拟分析得到非线性反应的精确结果。在此基础上采用最小二乘法回归得到旗形非线性设计反应谱模型参数,最后将模型计算曲线与精确解进行比较,二者吻合程度较好,表明回归的模型较为可靠,可为具有相似滞回特性自复位结构的非线性设计提供帮助。     

SMA自复位节点研究综述

形状记忆合金(Shape Memory Alloys,SMA)作为一种新型功能材料,已被广泛应用于航空航天、医疗等领域。近年来,随着材料科学的发展及冶金工艺的提高,SMA在土木工程中的研究与应用也引起了广泛关注。文中概述了形状记忆合金的基本性能,对SMA自复位节点在国内外的研究及发展进行了详细介绍,并总结了当前研究中存在的不足之处,为SMA自复位节点的研究提供一些参考。     

PEC柱-钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震试验研究

为系统研究梁柱采用自复位连接组合框架的抗震机理,选取预拉杆长度设置、PEC柱截面强弱轴布置和柱脚连接方式3个设计参数,设计制作了4榀PEC柱-钢梁梁柱摩擦耗能部分自复位连接组合框架1∶2缩尺试件并进行拟静力抗震试验。通过试验现象观察和数据分析,对试件的滞回特性、抗侧刚度退化、复位能力、滞回耗能等抗震性能进行研究。结果表明：摩擦耗能部分自复位连接通过T形件长圆孔合理设置实现了“设计地震水平阶段实现复位,大震设计水平阶段自复位连接连接转化为伴随出现螺栓承压型受力实现部分自复位”的性能化设计目标;设计地震阶段,试件主要通过辅助摩擦耗能件耗能,且卸载残余侧移小于自复位结构侧移限值（0.3%）,在大震作用阶段,试件通过辅助摩擦耗能件与结构构件损伤联合耗能,承载能力仍继续增大,且仍具有部分自复位能力;预拉杆设置有限长度可显著增强结构整体性,PEC柱弱轴布置一定程度上降低了结构整体性,而PEC柱脚采用铰接可显著削弱结构整体性。     

基于大直径SMA棒材自复位装置的试验研究

基于一种国产大直径(D=25 mm)Ti Ni形状记忆合金(SMA)棒材研发了一种SMA自复位装置,首先开展了大直径SMA棒材的热处理和材料性能试验研究,然后以应用于框架-摇摆墙结构为例介绍了SMA自复位装置的概念设计思路和构造设计方案,最后通过试验研究了SMA自复位装置的力学性能和自复位性能。研究结果表明:热处理后SMA棒材具有良好的超弹性特性和自复位特性,应变幅值为6.00%和8.00%时卸载后残余应变均值分别为0.27%和0.94%;所研发的SMA自复位装置有效地实现了SMA棒材的受拉工作模式,充分发挥了SMA棒材的超弹性性能和自复位特性;SMA棒材的材料等效刚度高达1.25 GPa,可提供较大的恢复力,在土木工程领域具有广阔的应用前景。     

新型自复位Y型偏心支撑钢框架结构的滞回性能

通过将传统Y型偏心支撑中耗能梁段制作材料更换为形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA),提出了一种具有自复位功能的新型Y型偏心支撑钢框架结构。使用ANSYS有限元软件建立了Y型偏心支撑钢框架结构的微观有限元模型,在验证有限元模型合理的基础上,对比分析了传统结构与自复位结构的滞回性能、延性、刚度退化、耗能能力及自复位功能。研究发现新型自复位Y型偏心支撑结构具有良好的自复位功能与延性性能,且初始抗侧刚度及刚度退化与传统结构相当,但耗能能力一般。     

梁柱连接类型对自复位Y型偏心支撑钢框架滞回性能的影响

将传统Y型偏心支撑钢框架中耗能梁段的制作材料替换为形状记忆合金(SMA)形成一种具有自复位功能的Y型偏心支撑钢框架结构。采用ANSYS软件建立了6组单层、单跨自复位Y型偏心支撑钢框架及纯钢框架的微观有限元模型,重点研究采用刚性连接、齐平式及外伸式端板连接节点对自复位Y型偏心支撑钢框架滞回性能、耗能能力、抗侧刚度及复位能力的影响,并且对比分析了有无Y型支撑对钢框架性能的影响。研究结果表明:采用齐平式及外伸式端板连接的自复位Y型偏心支撑钢框架具有较好的复位能力及延性性能,但与采用刚性节点的自复位Y型偏心支撑钢框架相比,其水平承载力、抗侧刚度及耗能能力略低。