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原文传递 SMA-叠层橡胶支座低周往复荷载试验及其在近断层桥梁减隔震中的应用研究

论文题名：	SMA-叠层橡胶支座低周往复荷载试验及其在近断层桥梁减隔震中的应用研究
关键词：	桥梁;叠层橡胶支座;减隔震性能;形状记忆合金
摘要：	近断层地震动的地面运动特征同远场地震动相比表现出显著的差异，其中脉冲效应是最为显著的特征之一。相对于远场地震激励而言，近场地震由于其长周期速度脉冲的作用，对位于断层区域附近桥梁结构的破坏程度更严重。在汶川地震中桥梁震害情况表明使用盆式橡胶支座和板式橡胶支座的中小跨径公路桥梁抵抗近断层地震动的能力不足。为提高近断层地震中支座的减隔震性能，利用形状记忆合金丝优异的耗能能力和自复位能力，将其与橡胶支座叠合成一种新型SMA-叠层橡胶减隔震支座。为研究此类支座的减隔震性能，对包括SMA丝材料性能、SMA支座滞回特性及其在桥梁中的减隔震性能进行了研究，主要研究内容及结论包括: 　　(1)形状记忆合金(SMA)丝的材料性能试验　　完成了SMA材料力学性能试验，分别研究了SMA丝在超弹性范围内和进入塑性屈服后不同应变速率、应变幅值、循环次数等加载工况对其滞回特性的影响;确定了SMA丝可恢复极限应变值。试验结果表明超弹性SMA丝具有具有较强的耗能能力和自复位能力;塑性屈服后SMA丝在相同幅值下耗能能力下降约40％，峰值应力增加约90％，塑性屈服效应不影响SMA丝极限应力，而对其极限应变有减弱作用。在不发生塑性屈服的前提下，SMA可恢复极限应变可以达到10％。　　(2)SMA-叠层橡胶支座的低周往复试验　　完成了SMA-叠层橡胶支座低周往复试验，对比研究了普通橡胶支座和SMA橡胶支座在不同剪切幅值、竖向荷载及加载频率下支座滞回特性的差异，试验结果表明两类支座在不同竖向荷载作用下下支座各幅值的滞回性能均较为稳定;相较于普通橡胶支座，SMA橡胶支座的耗能能力、刚度和等效阻尼比均得到不同程度的增加。　　(3)SMA-叠层橡胶支座的滞回模型研究　　通过试验数据验证了K型布置SMA丝数值计算模型的可行性，对橡胶支座模型进行线性等效，基于线性等效的橡胶支座和SMA丝数值计算模型提出了SMA橡胶支座双旗帜自复位滞回模型。利用提出的滞回模型，研究了SMA丝不同配置数量下SMA-叠层橡胶支座的滞回特性，计算结果表明，随着SMA丝配置量的不断增加，SMA橡胶支座的耗能、刚度均呈线性增加，等效阻尼比明显增加。　　(4)近断层地震动激励下采用SMA-叠层橡胶支座连续梁桥的地震损伤评价　　为研究SMA-叠层橡胶支座的减隔震效果，基于OpenSees建立了一座四跨连续梁桥的有限元模型，分别将盆式支座、板式支座与本文提出的新型SMA-叠层橡胶支座应用于该桥中，选择了有速度脉冲效应和无脉冲效应的两组近断层地震动记录，进行了弹塑性时程分析，对比研究了连续梁桥在近断层地震动作用下的地震响应和结构损伤状态。结果表明，脉冲型近断层地震动较无脉冲近断层地震动易造成桥梁更严重的损伤;使用盆式支座致使桥墩发生较大损伤，板式橡胶支座隔震效果明显但导致上部结构位移过大，SMA-叠层橡胶支座实现了隔震效果和位移控制的双目标;SMA的配置数量对支座的隔震性能有一定的影响，在本文中使用截面比为0.19％的SMA支座隔震性能达到最佳。
作者：	郭大伟
专业：	土木工程
导师：	王景全
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文