关于sma-橡胶复合支座研究文献的综述

关于 SMA-橡胶复合支座研究文献的综述摘要：通过大量查找文献，了解了近几年国内外关于低造价隔振支座的研究成果。对橡胶支座存在的问题进行了分析,介绍了 SMA-橡胶复合支座的基本构造和工作原理，并做出评价。关键词：形状记忆合金；形状记忆效应；超弹性效应1、前言隔震技术是最成熟、最有效的被动控制技术。它通过在基础与上部结构之间设置隔震层来隔离和耗散地震能量,以减小地震能量向上部结构的传输,从而降低上部结构地震响应。2、正文工程常用的隔震支座为普通橡胶支座,橡胶是一种高分子化合物,较快老化,水平、竖向刚度小,变形大,造成安全隐患,同时,其无法调节结构内力而且各参数是不确定的,且随时间变化,其隔震效果亦随时间改变,因此也无法评估设计的工程抗震能力,另外,由于支座的变形,原计算力学模型也发生变化,实际内力与计算结果不一致,荷载小时,问题不大;荷载大时,是另一种安全隐患。对于工程上常用的叠层橡胶支座和夹心橡胶支座而言,叠层橡胶支座由于阻尼较小以及变形较大这些不利因素使得它必须与其他阻尼器一起使用才能具有良好的减震效果,夹心橡胶支座铅芯的增加使得该隔震体系的自恢复能力大大降低了,而且这两种支座的共同缺点是隔震频带较窄,不能实现对多频特征的地震波有有效的减震、隔震效果,难以实现建筑隔震的智能化。形状记忆合金(Shape Memory Alloy,缩写为 SMA)是一种新型功能材料和智能材料。与其它普通金属材料相比, SMA 具有形状记忆效应和超弹性效应等独特而重要的功能特性。SMA 的超弹性效应指的是当材料温度超过马氏体逆相变终了温度 Af(完全奥氏体)时,恒温拉伸奥氏体 SMA,且加载应力超过弹性极限时,应力去除后变形即完全消失,其加载卸载的应力-应变曲线形成一个完整的滞回环,且卸载后的残余应变为零。由于 SMA 的超弹性实际上是由于合金内母相(奥氏体相)-马氏体相及马氏体相-母相(奥氏体相)之间发生相变而完成的,所以对材料没有损伤。此外, SMA 材料还具有抗腐蚀性能好 ,可恢复应变大特点。利用SMA 的超弹性效应这一特殊力学行为可以开发出耗能性能好,可靠性高,具有自恢复能力的被动耗能减震装置和隔震装置,目前国内外学者在这方面的研究工作已经取得了一定的进展。SMA-橡胶支座是将 SMA 拉索交叉布置在叠层橡胶垫的四周,支座的构造示意图如下图所示。在水平方向的强震作用下, SMA-橡胶支座中的叠层橡胶垫发生反复水平剪切变形, SMA 拉索在叠层橡胶垫的带动下发生伸缩变形。这样,在叠层橡胶垫隔离地震作用的同时,可以利用 SMA 自身的超弹性滞回性能来进一步吸收和消耗地震动能量以更好地实现结构地震响应的被动控制。为避免 SMA 拉索在工作过程中发生受压松弛,在使用前须对其进行必要的处理,保证它在工作过程中总是处于受拉状态。图 SMA-橡胶支座的构造为考察 SMA-橡胶支座的工作性能和耗能能力,制作了该新型支座的实物模型,对该支座进行了竖向压缩试验和水平压剪试验并与普通橡胶支座相应的性能进行了对比分析,对比项目包括两种支座的竖向刚度、水平刚度、单位循环耗能和等效阻尼比。另外,还分析了位移幅值、加载频率和竖向荷载的变化对 SMA-橡胶支座工作性能的影响。研究结果表明:(1)各个工况下 SMA-橡胶隔震支座的竖向刚度均较普通橡胶支座有较大幅度的提高,同时 SMA-橡胶支座的竖向刚度基本不受加载频率的影响；(2)各个工况下 SMA-橡胶支座水平压剪试验所得的滞回环均十分饱满,表明该型支座具有良好的耗能能力,可有效防止隔震层位移过大而导致的支座失稳；(3)从位移幅值、加载频率、竖向荷载等参数对支座力学性能的影响情况可以看出 SMA-橡胶支座在遭遇大幅值振动时易产生柔性侧移,对于大幅值变形的耗能作用也更为显著。同时,该新型隔震支座的力学性能在不同竖向荷载作用下和工程应用频率区间内波动幅度不大。可以说本文提出的新型隔震支座既保留了橡胶隔震垫的合理特性,又具有较为稳定的衰减性能,能够有效地改善传统橡胶隔震支座的隔震和耗能能力。3、小结SMA-橡胶支座构造简单,使用方便,具有良好的耗能能力和稳定的工作性能,能够大幅提高传统橡胶隔震支座的隔震和耗能性能,因此在土木工程振动控制领域具有良好的应用前景。参考文献1薛素铎,王利等.一种SMA复合摩擦阻尼器的设计与性能研究J.世界地震工程,2006,22(2):1-6.2刘海卿,李忠献.应用形状记忆合金-橡胶复合支座的结构隔震J.自然灾害学报,2006,15(3):123-127.3Alaa M. Sharabash, Bassem O. Andrawes.Application of shape memory alloy dampers in the seismic control of cable-stayed bridgesJ.Engineering Structures,2009,30:607-616.4Gabriele Attanasi, Ferdinando Auricchio,et al.Feasibility Assessment of an Innovative IsolationBearing System with Shape Memory AlloysJ.Journal of Earthquake Engineering,2009,13(S1):18-39.5薛素铎,周乾.SMA-橡胶复合支座的设计与隔振性能J.世界地震工程,2005，21(4):10-15.6赵祥,王社良等.NiTi 形状记忆合金材料力学性能的试验研究J. 中国科技论文,2012,7(2):101-106.7Abdolrahim Jalali Donatello Cardone Peyman Narjabadifam.Smart restorable sliding base isolation systemJ.Bull Earthquake Eng, 2011,9:657673.8陈海全,李忠献等.基于SMA复合橡胶支座的桥梁隔震J.天津大学学报,2006,39:198-202.9李惠,刘敏等.斜拉索-形状记忆合金耗能减振系统动力特性和模态分析J.振动工程学 报,2005,18(1):64-69.10孙晋,陈松.形状记忆合金及其在建筑工程中的应用J.科技创业,2006,5:192-193.11任文杰,钱辉等.一种新型超弹性SMA-叠层橡胶复合隔震支座J.2010,30:238-242.12李忠献,陈海泉等.应用SMA复合橡胶支座的桥梁隔震J.地震工程与工程振动,2002,22(2):143-148.13Yuan Wancheng, Wang Binbin.Seismic performance of cable-sliding friction bearing system for isolated bridges. J.EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATION,2012,11:173-183.14Zhenghua Wei, Wancheng Yuan.Seismic Performance of Continuous Girder Bridges Using Cable-sliding Friction Aseismic Bea