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应用SMA拉索的高层钢结构振动控制研究

闫亚光  
【摘要】:高层钢结构的高度越大,受地震作用的影响就越显著,因此有必要对其进行振动控制。形状记忆合金(SMA)是一种新型的功能性材料,具有形状记忆、超弹性等特性。由于具有这些显著特性,形状记忆合金已成为结构振动控制中一种优越的传感和驱动材料,从而在结构振动控制的应用研究中发挥着越来越重要的作用。 本论文将利用SMA材料的超弹性性能,采用SMA拉索对高层钢结构的地震反应进行振动控制,提出了控制拉索的优化布置方案,在提高高层钢结构建筑的抗震安全性方面具有重要的理论意义和工程价值。本文工作和所取得的成果主要表现在以下几个方面: (1)在充分认识SMA特性的基础上,根据振动控制理论,设计了利用SMA拉索被动控制高层钢结构振动的方案。 (2)根据SMA的Brinson本构模型和热力学方程,推导了利用SMA拉索振动控制高层钢结构的动力学方程,并建立起基于有限元原理和形状记忆合金超弹性性能的振动控制数值分析方法。 (3)建立一实例高层钢结构模型的SMA拉索被动控制方案,检验SMA拉索在高层钢结构被动控制中的有效性。运用有限元软件对该模型进行实施SMA拉索被动控制的结构地震反应时程分析,探讨SMA拉索对高层钢结构地震响应的被动控制效果和规律,以及影响控制效果的各种因素。 通过理论与实例分析,得到SMA拉索对结构的被动控制效果要优于传统拉索的结论,当结构的动力特性和各SMA拉索的初始工作状态相同时,地震激励愈强烈,SMA拉索的被动控制效果越明显,拉索的布置方式对其控制效果也有影响,为形状记忆合金在实际工程中的应用作了一些准备工作,具有一定的工程价值和实践意义。


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