基于新型复合抗震支座的球面网壳结构抗震研究-论文.pdf

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1、第40卷第10期山西建筑Vo1．40No．10·28·2014年4月SHANXIARCHITECTUREApr．2014·结构·抗震·文章编号：1009—6825(2014)10．0028．03基于新型复合抗震支座的球面网壳结构抗震研究★徐忠华(中国煤炭科工集团有限公司，北京100013)摘要：在形状记忆合金丝(SMA)超弹性实验的基础上，运用SMA良好的超弹性性能和耗能能力对普通叠层橡胶抗震支座抗震性能进行优化，设计了一种新型复合抗震支座，并将该支座应用到球面网壳结构中，利用ANSYS软件进行地震响应分析，得出了一些有益的结论。关键词：形状记忆合金，网壳结构，三维抗

2、震中图分类号：TU352．1文献标识码：A随着社会经济的发展，网壳结构以其良好的受力性能、优美本文对0．5Hz下循环的8％应变的合金丝进行了拟合，其弹的结构形式，被广泛应用于工业与民用建筑中，也逐步成为主要性模量=5．32×10N／m，屈服应力Y=7．0×10N／m，材料结构形式。但是，随着越来越多网壳结构的兴建，网壳结构的抗常数为-Or：0．1=0．3，c=0．001，a=900。震问题也日益凸显，特别是在我国这样一个地震多发国家，深入600研究抗震问题，减少人员和财产损失显得尤为重要。普通叠层橡500400胶支座抗震是目前常用的抗震技术，但是，该支座在工程实践中董

3、3oo也逐步暴露出竖向刚度大、水平刚度小、阻尼小等诸多缺陷，从而0导致其水平恢复能力差、竖向抗震能力弱、耗能能力不足。1oo1SMA丝超弹性性能试验应变，％超弹性也被称作相变伪弹性(TransformationPseudo．elastic．图2SMA丝耗能能力试验曲线ity)，是指当对材料施加应力，诱发其产生马氏体应变，当应力去表2SMA丝循环加载试验情况除后，马氏体消失，应变恢复的效应。应变／％3456781)试验方案。样品选择沈阳天贺集团提供的1．8millSMA耗能能力94146I79243282351丝，具体参数见表1。等效阻尼比5．25．35．65．75．9

4、6表1SMA参数表等效刚度638586523483430384直径}成分IIA}由图3可以看出，试验值和理论值拟合度较高，试验的屈服1．8iTlm}T．19at％Ni一65l一40l一30I一5应力比理论值还要偏高，耗能能力、阻尼、刚度等其他参数基本吻注：M，为马氏体相变开始温度，为马氏体相变终了温度，A为-q氏体逆相变合，说明选取的SMA合金丝具有较好的超弹性性能和耗能能力。的开始温度，Af为马氏体逆相变终了温度a．SMA丝超弹性性能。分别以3％，4％，5％，6％，7％，8％的应变幅值在常温下对SMA丝进行6次循环加载试验，加载频率．厂=0．5。b．SMA丝耗能能力

5、。以6％的应变幅值在常温下循环罨5次对SMA丝加载试验，考察其滞回耗能能力。2)试验结果分析。从图1可以看出，分别在3％，4％，5％，6％，7％，8％的应变幅值下进行加载，该SMA丝的变形可以完全回复到原点，残余应变几乎为零，超弹性性能较为稳定。从图2应§％可以看出，以6％的应变幅值在常温下循环加载，SMA丝变形曲线图3理论与试验曲线对比的滞回环面积较大，形状饱满，说明该SMA丝具有较好的阻尼耗2复合抗震支座设计及工作原理能能力。具加载参数见表2。7o02．1复合抗震支座设计600以下在SMA丝试验的基础上设计出一种新型复合抗震支500d座，构造图见图4。它由普通叠层

6、橡胶支座、SMA丝、碟形弹簧、滑皇400轮、导简和刚性外壳共同构成，两组SMA丝双向交叉穿过固定在3002o0普通叠层橡胶支座上下钢板上的滑轮，两端分别固定于钢板的两Io0侧。多片碟形弹簧串联组合复合于普通叠层橡胶支座上部，并通012345678过导筒和刚性外壳来限制碟形弹簧的水平位移。应变y％2．2复合抗震支座的工作原理图1SMA丝循环加载曲线在地震作用下，复合抗震支座通过普通叠层橡胶支座的水平收稿日期：2014-01一l7★：国家自然科学基金资助项目(项目编号：50678079】作者简介：徐忠华(1980一)，男，博士，工程师第4O卷第1O期-30·2014年4月

7、山西建筑值，A为复合抗震支座下的球面网壳结构的杆件内力峰值。平抗震能力不足，竖向地震分量无法耗散的多维抗震问题。通过对比水平地震作用下两种不同支座球面网壳结构的杆60∞∞加0伽加蜘∞∞0∞加∞∞mo∞加∞件受力，可以看出在复合抗震支座下，球面网壳结构杆件内力降4020：幅较为明显，径杆L176内力降幅达55．1％，显著降低了震害效一，、～．0果，详见图9。Sz-20：z一一—加-60a)杆L68内力时程曲线—，、⋯。一一一＆．＼A．．^．一．．一VV2⋯3一～＆a)杆L68内力时程曲线，tlsb)杆L176内力时程曲线一Pz～一sz～，、～一兄～—一