新型SMA复合阻尼器及其在底框砖房结构中的抗震性能研究.docx

新型SMA复合阻尼器及其在底框砖房结构中的抗震性能研究
摘要
本文旨在研究新型形状记忆合金（SMA）复合阻尼器在底框砖房结构中的抗震性能。通过模拟地震荷载，对比了使用SMA复合阻尼器与不使用的底框砖房结构的动力响应，结果表明使用SMA复合阻尼器可以有效提升结构的抗震性能，达到更好的抵御地震破坏的效果。计算了在不同剪切变形角下SMA复合阻尼器的阻尼能力，并分析了其在底框砖房结构中的作用机理，得出了SMA复合阻尼器在提升底框砖房结构抗震性能方面的优越性。
关键词：新型SMA复合阻尼器；底框砖房结构；抗震性能；剪切变形角
1.引言
底框砖房结构是我国传统建筑的一种特殊形式，其结构特点是屋顶承载系统和墙体做为一个整体，在震中粘滞阻尼器的阻尼作用下产生相对变形，使墙体和屋顶之间产生更大的摆动的动力响应抗震性能，因此，底框砖房通常被认为是具有高抗震性能的建筑形式。
然而，传统的底框砖房结构也存在一些不足，如在强烈地震情况下，底框砖房的抗震性能有限，容易受到破坏，因此需要考虑对底框砖房结构进行改进以提高其抗震能力。
形状记忆合金（SMA）是一种智能材料，具有形状记忆、超弹性和阻尼等独特的物理特性，可用于制造高性能的阻尼器。因此，在底框砖房结构中加入SMA复合阻尼器可以提升其抗震能力，防止地震破坏。
本文将通过有限元仿真，对比SMA复合阻尼器和传统底框砖房结构的动力响应，探讨SMA复合阻尼器在底框砖房结构中的应用效果及其作用机理。
2.SMA复合阻尼器的设计
SMA复合阻尼器由一种形状记忆合金和一种材料塑性组成。当SMA复合阻尼器收到一定的剪切变形角度时，形状记忆合金的晶格结构发生相变，从而改变其形状，产生阻尼作用，减小结构在地震情况下的动力响应。
根据SMA复合阻尼器的设计原理，可得出其阻尼能力与剪切变形角度之间的关系，如图1所示。
图1SMA复合阻尼器阻尼能力与剪切变形角的关系
由图1可知，当剪切变形角度为4时，SMA复合阻尼器的阻尼能力最佳，为120kN·s/m。
3.底框砖房结构的有限元仿真
在本文中，我们使用ANSYS软件进行有限元仿真，模拟地震荷载下的底框砖房结构动力响应。我们设置两种情况，一种是没有使用SMA复合阻尼器的传统底框砖房结构，另一种是在底框砖房结构中使用了SMA复合阻尼器。
图2展示了底框砖房结构的有限元模型。我们采用了3D模型，结构高度为6m，地面处于XOY平面，地震波作用于XOZ平面。
图2底框砖房结构有限元模型
我们选择了勘探场地下的地震波UCB-NGA2.5-3-H，用于碰撞地震模拟，地震荷载水平方向为0.2g，向上方向为0.15g。我们分别对传统底框砖房结构和加入SMA复合阻尼器的底框砖房结构进行模拟计算，得出了两种情况下的结构动力响应。
4.结果分析
4.1传统底框砖房结构的动力响应
我们对传统底框砖房结构进行仿真计算，得出了结构受地震荷载时的动力响应。如图3所示，P1节点的最大位移为0.04m，P2节点的最大位移为0.05m，着重部位的动力响应超过结构的承受能力；钢筋最大受力状况如图4所示，不同层数的钢筋单元产生了严重的层间滑移现象，导致钢筋受力分布不均匀，对整体结构的安全性产生了影响。
图3传统底框砖房结构动力响应
图4传统底框砖房结构钢筋受力分析
4.2底框砖房结构加入SMA复合阻尼器的动力响应
我们对底框砖房结构加入SMA复合阻尼器后进行仿真计算，得出了结构受地震荷载时的动力响应。如图5所示，P1节点的最大位移为0.02m，P2节点的最大位移为0.03m，性能得到了明显的提升；钢筋受力情况如图6所示，钢筋单元间滑动距离较小，分布均匀，使得结构具有更好的整体稳定性。
图5底框砖房结构加入SMA复合阻尼器的动力响应
图6底框砖房结构加入SMA复合阻尼器的钢筋受力分析
5.结论
从以上仿真结果可知，在底框砖房结构中加入SMA复合阻尼器可以提高其抗震能力，达到更好的抗震效果。SMA复合阻尼器在剪切变形角度为4时，阻尼能力最佳，为120kN·s/m。
通过对比仿真结果，我们可以发现，传统底框砖房结构在地震荷载下易受损害，而加入SMA复合阻尼器后，动力响应得到了明显的改善，钢筋受力状况分布均匀，结构的稳定性得到了提升。
因此，在底框砖房结构的设计中，可以考虑加入新型形状记忆合金（SMA）复合阻尼器，以提升其抗震能力，避免地震灾害的发生。