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Fe/Zn复合材料及液压阻尼器抗震性能数值仿真研究

高慧婷  
【摘要】:随着现代化城市人口的大量聚集和经济高度发达,城市防灾问题更为突出,特别是90年代开展“国际减灾十年”活动以来,各发达国家都十分重视。就地震震害教训来看,近30余年从美国1971年的圣费南多(San Fernando)地震、中国1976年的唐山地震、美国1989年的洛马·普里埃塔(Loma Prieta)地震、美国1994年的诺斯雷奇(Northridge)地震以及日本1995年的神户(Kobe)地震中,人们发现已做过抗震设计的大型建筑物和桥梁仍然倒塌或严重损坏,因而近年来,各国有关学者面对震害教训与启示,对抗震材料及构件展开了许多新的研究与讨论。大量理论研究表明:以往以保证骨架结构的强度为重点的建筑抗震设计在强震发生时,仅是强度抵抗,并没有给予建筑以充分的变形能力的情况下,地震灾害损失往往很大。因此,能够吸收地震能量的建筑材料及构件成为抗震领域的研究热点。本文首次提出了开发Fe/Zn抗震复合材料的构想,研究了开发Fe/Zn抗震复合材料的实验基础,提出了Fe/Zn抗震复合材料的力学模型及其设计方案;结合工程实践展望了液压阻尼器在地震反应中的应用前景。本文主要在以下五个方面取得了进展: 首次提出了开发Fe/Zn抗震复合材料的构想。复合材料中,Fe保证构件刚度、恢复力及不发生过大变形;Zn的塑性变形改变材料的自振周期,同时吸收地震能量。 首次结合通用有限元软件ANSYS,对Fe/Zn复合材料在地震波作用下进行了三维有限元分析,为新材料的制备提供理论依据。 首次研究了金属层状复合材料的地震反应历程,在Time Hist Postpro中观察到Fe的最大应力Fe的屈服强度,Zn的最大应力n的屈服强度,证明了Fe/Zn复合材料中Fe起承载作用,Zn起吸收能量的作用。 WP=105 研究了Fe/Zn复合材料塑性耗能的微观机理,进一步证明了Fe/Zn复合材料的宏观抗震性能是微观塑性耗能的反应。 首次提出用液压阻尼器代替刚结墩,以减小桥梁在地震反应中的破坏程度。 总之,本论文首次实现了用金属的塑性耗能或构件的位移运动来实现抵抗地震破坏避免人员伤亡的设想,以Baushinger效应及塑性理论为依据,计算并讨论了Fe/Zn复合材料在地震波作用下应力-应变曲线,为进一步研究金属抗震复合材料奠定了基础;以龙华松花江大桥实际情况为基础分析了液压阻尼器在桥梁抗震中的作用,实现了吸收能量的构件发挥抗震作用的设想。


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