SMA-混凝土结构抗震可恢复变形性能分析

作     者：杜长虹 

作者单位：沈阳建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阎石

授予年度：2020年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：OpenSEES SMA 剪力墙 梁柱节点 钢筋混凝土框架结构 抗震性能 变形可恢复能力 

摘      要：中国作为世界上地震频发的国家之一,始终十分关注常见钢筋混凝土结构构件的抗震性能和可恢复变形性能的工作。智能材料形状记忆合金（Shape Memory Alloy,简称SMA）具有常规材料所不具备的形状记忆效应、超弹性、耐腐蚀、高阻尼、高电阻等特性,在结构消能减震方面有广泛的应用前景。1999年问世的Open SEES（地震工程模拟开放体系）有限元软件,具有良好的构架性、开放性等优点,得到越来越广泛的应用。本文基于超弹性SMA材料突出的滞回耗能和可恢复变形等性能,研发同时具备刚度大、耗能好和可恢复变形能力好的新型阻尼器,以提升配置SMA的混凝土结构（简称SMA-混凝土结构）的抗震能力和可恢复变形能力,旨在提出一种在地震作用下SMA-混凝土构件或结构的内力与变形的分析方法。为此,基于Open SEES平台,分别以SMA-混凝土剪力墙、SMA-框架梁柱节点和SMA斜撑-混凝土框架及结构为对象,系统地开展地震作用下结构构件非线性有限元分析,主要内容包括以下方面:（1）在材料层面上,开展超弹性SMA滞回性能研究,重点研究材料的耗能能力和可恢复变形能力。结果表明,当参数选择合理时,选取的Hysteretic Material模型能很好地模拟超弹性SMA筋的滞回性能。选取selfcentering模型作为基于Open SEES的SMA阻尼器恢复力模型,为结构构件抗震分析奠定基础。（2）在构件层面上,基于Open SEES有限元分析平台,分别对SMA混凝土剪力墙和SMA混凝土梁柱节点进行静力弹塑性数值模拟。一方面与相关试验进行比对,验证所建立模型的准确性和有效性;另一方面,对经验证后的模型进行参数分析,得到其影响结构构件抗震性能和可恢复变形性能的基本规律。结果表明,剪力墙的抗震性能和可恢复变形性能随边缘SMA筋配筋率、边缘配箍率、墙轴压比、墙高宽比等参数变化而改变;SMA梁柱节点的抗震性能和可恢复变形性能与节点区配箍率、SMA筋直径、轴压比等参数密切相关。（3）在结构层面上,基于Open SEES有限元平台,分别对新型SMA阻尼器四连杆支撑系统和安装该体系的三个（3、6和9层）SMA-混凝土框架结构进行Pushover分析和罕遇地震作用下动力时程分析。结果表明,新型SMA阻尼器四连杆斜撑体系对结构的抗震性能和可恢复变形性能的贡献十分显著;受控结构顶点最大响应（位移、速度和加速度）以及楼层层间位移角,随着楼层的增加,减小的效果越明显。