單自由度狀態下SMA—KBF耗能減震能力研究

馬振欣

摘 要：SMA和隅撐支撐（KBF）分別為近些年發現的有超彈性力學性能的一種金屬材料和新型結構框架，并被國內外學者廣泛關注，應用在了很多的工程試驗中。以此為基礎該文的主要研究在地震荷載下，通過實驗模擬SMA阻尼器隅撐構件的耗能以達到結構減震的目的。

關鍵字：SMA阻尼器 隅撐支撐鋼框架 耗能減震 ABAQUS

中圖分類號：TB4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0059-01

SMA阻尼器是優良的耗能減震裝置，得益于自身超彈性的良好體現，具有優異的耗能特性，可加置在隅撐構件中。Ocel等[1-2]人都做出了大量實際工程應用。國內學者還研究了SMA阻尼器耗能減震體系的設計方法，任文杰、李惠等[3-4]人分析了SMA耗能器減震性能的影響和其影響的因素。

1 SMA-KBF的形式和計算模型

通過對隅撐支撐加設SMA阻尼器即組成SMA-KBF時，將SMA阻尼器模型進行等效剛度等效阻尼簡化，其運動微分方程和初始狀態為為：

（1）

式中：為結構的剛度系數，為結構的阻尼系數；、、分別為結構的加速度、速度和位移，為地震荷載激勵，初始階段，來自阻尼器。

2 關于SMA-KBF的減震耗能的研究

該文將對SMA-KBF框架和MRK純框架在地震作用下進行分析，在結構中設置300根直徑1mm的SMA絲，運用EI-CENTRO波，調整峰值為620cm/s2，持續17.58S，讓框架自由振動50s停止。兩種建筑模型布置模式如圖1所示。

通過計算分析得到數據表1并從圖2中看出兩種鋼質框架在地震荷載下頂層的位移在地震荷載結束后，兩種框架均產生了殘余位移，看出SMA-KBF中的SMA材料耗能作用減震優良，但是剛度是增加致使加速度上也相對較大。

3 結語

該文利用SMA阻尼器的超彈性設計了一種新型耗能結構，由非預應變SMA絲束連接，加置在隅撐支撐結構中。阻尼器在EI-CENTRO地震荷載作用下呈現穩定的滯回曲線，通過實驗數據可以看出加載SMA阻尼器的頂層位移、層間位移和殘余位移相比較小，具有良好的耗能功能。

參考文獻

[1] Justin Ocel，Reginald DseRoches.Steel Beam-Column Connections Using Shape Memory Alloys[J].Journal of Structural Engineering，2004，130（5）：732-740.

[2] Wilde K，Gardoni P，Fujino Y.Base Isolation System with Shape Memory Alloy Device for Elevated Highway Bridges [J].Engineering Structures，2000（22）：222-229.

[3] 任文杰，李棲桐，賈茹，等.基于形狀記憶合金X形板阻尼器的結構振動控制[J].河北工業大學學報，2011，10（1）：93-96.

[4] 李惠，毛晨曦.形狀記憶合金（SMA）被動耗能減震體系的設計及參數分析[J].地震工程與工程振動，2001，21（4）：54-59.