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桥梁SMA负刚度隔震装置的试验研究与优化
| 论文题名： | 桥梁SMA负刚度隔震装置的试验研究与优化 |
| 关键词： | 桥梁设计;负刚度隔震装置;形状记忆合金;抗震性能 |
| 摘要： | 地震考验表明，在近断层地震作用下，即使采用减隔震设计的桥梁，其上部结构也可能会产生较大的位移响应，造成梁体碰撞等震害，这主要是由于传统减隔震装置的限位能力不足而导致的。形状记忆合金（Shape Memory Alloys，简称SMA）凭借其自身超弹性及阻尼特性，可以很好地解决上述问题。但伴随着SMA的引入，减隔震装置整体刚度增加，造成桥梁下部结构产生较大的内力响应，给结构带来新的安全隐患。为解决上述问题，平衡“力与位移”的矛盾关系，本文设计并制作了SMA负刚度隔震装置，采用理论分析、数值模拟及模型试验并重的方式对其展开研究，具体研究内容如下： （1）基于理论分析，阐述了SMA负刚度隔震装置的设计原理及装置构造，揭示了SMA负刚度隔震装置的恢复力模型。 （2）设计并制作了SMA负刚度隔震装置试件，并对其开展了拟静力试验，验证装置的恢复力模型。试验结果表明，反曲面的设计可在装置中有效地产生负刚度，弱化装置整体刚度；而SMA索环绕支座成环的布置方式，可能导致其在支座转角处不能充分滑动而发生提前断裂，降低装置的最大位移。 （3）基于Abaqus 2021软件，对SMA负刚度隔震装置进行数值模拟，根据试验结果校正装置的有限元模型。有限元分析表明，试件中SMA索与支座之间确实存在有限滑动的问题，导致SMA索的有效长度降低。继而针对该问题，提出了SMA负刚度隔震装置的优化方案，并通过Abaqus 2021软件，对优化后的装置进行了静力参数分析与对比分析。结果表明，优化后的装置可有效避免SMA索有效长度降低的问题，且与SMA正刚度装置及SMA零刚度装置相比，SMA负刚度装置具有更小的力。 （4）基于SAP 2000软件，以一座实际连续梁桥为例，建立其有限元模型，对优化后的SMA负刚度隔震装置进行了动力参数分析，揭示了曲率半径、摩擦系数及SMA索用量对装置抗震性能的影响。之后，通过输入多条地震波，对比分析了优化后SMA负刚度隔震装置隔震性能。结果表明，与SMA正刚度装置与SMA零刚度装置相比，SMA负刚度隔震装置具有更加优秀的隔震性能，在保证上部结构位移少量增加或不增加的同时，大幅度降低桥梁下部结构的内力响应。 |
| 作者： | 邵晨曦 |
| 专业： | 土木工程(桥梁抗震) |
| 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 |
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