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原文传递大变形夹心蜂窝阻尼器研究

论文题名：	大变形夹心蜂窝阻尼器研究
关键词：	桥梁工程;形状记忆合金;多级刚度构型;蜂窝结构;抗震性能
摘要：	多次地震事件表明，采用减隔震设计的桥梁抗震性能有明显提升，桥下部结构地震响应亦大幅削弱。然而，现有的桥梁减隔震体系在有速度脉冲型地震的作用下极易产生超限位移，引发落梁。桥跨之间的碰撞也会导致结构损伤，对桥梁的震后可恢复性造成巨大挑战。基于形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA）的减隔震装置因其出色的自恢复性和耗能能力的成为提升桥梁抗震性能的重要发展方向。　　目前的 SMA限位装置变形能力有限，在遭遇强震时往往因变形过大而失效。本研究针对蜂窝结构几何变形非线性和 SMA材料变形非线性的特点，提出一种具有大变形和自复位能力的新型SMA蜂窝结构阻尼器（SMA Honeycomb damper, SHD）及其多级刚度构型（SMA Hierarchical Honeycomb damper, SHHD）。本研究的具体工作和所得结论如下：　　（1）阐述 SMA蜂窝结构及其夹心结构的原理、构造及工作机制；通过力学方法探讨SMA蜂窝结构的承压稳定性。分析表明，壁厚边长比λ值越大，SMA蜂窝结构的抗屈曲性能越强。　　（2）开展 SMA拉伸试验，基于试验结果与 Abaqus软件，展开 SMA蜂窝结构的数值分析。阐述不同λ值的 SMA蜂窝在力学行为上的差异，完成 SMA蜂窝拓扑结构优化，提出梯度蜂窝结构。　　研究表明，SMA蜂窝结构的λ值越大，承载能力越高，变形能力越弱。选择合适的λ值可以平衡 SMA蜂窝的变形能力和承载能力；梯度化的 SMA蜂窝结构变形能力强于传统蜂窝结构，但最大承载能力受最小壁厚的限制。　　（3）开展SMA材料热处理试验，研究热处理对SMA力学性能的影响规律及最佳热处理方式；基于参数分析及拓扑优化结果，设计并加工经过热处理的 SHD及 SHHD试件，通过拟静力试验揭示其恢复力模型；分析试件的断裂机理，提出 SMA蜂窝结构针对性优化方案：梯度、变厚度SMA蜂窝结构。　　试验结果表明：蜂窝尖角处的应力集中易催生金属疲劳，设计 SHD装置时应采用优化方案。梯度 SHD变形能力基本满足桥梁大位移需求，可以提供稳定的耗能、限位与自复位功能。SHHD展现出多级刚度特性，变形量达到设计值后，试件的恢复力有明显提升。　　（4）对SHHD的抗震性能研究表明，装备SHHD的桥梁在强震下的多级刚度表现良好，可以有效地限制支座的最大位移，在中小震作用下可以辅助桥梁在震后完成自恢复。考虑经济效益和抗震效率，SHHD的λ值推荐取值范围为0.1-0.2。
作者：	胡付龙
专业：	土木工程
导师：	曹飒飒
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2023