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一种新型滚球隔震支座的设计与研究

作　者: 公衍文
导　师: 隋杰英
学　校: 青岛理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 基础隔震滚球隔震支座形状记忆合金碟形弹簧时程分析
分类号: TU352.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

滚球基础隔震是基础隔震的一种重要形式,具有良好的稳定性、限位复位功能和显著的隔震效果等特点,能有效地保护建筑物免遭地震破坏,保护人们的生命与财产安全。国内外有关学者对其动力特性曾进行过简单的理论研究,但并没有深入分析。由于其复杂性,滚球隔震仍有很多技术问题有待解决,至今我国还没有正式的技术规程来指导这类隔震结构的设计。因此,本文对其进行研究有着较大的理论和工程实际价值。本文在分析研究已有滚球基础隔震装置的基础上,结合形状记忆合金材料及蝶形弹簧,设计出一种新型滚球隔震装置,并通过理论、仿真分析来论证这种装置的可行性,本文主要完成了如下工作:1.介绍了已有的两种滚球隔震装置:滚球加弹簧复位隔震装置和滚球带凹形复位板隔震装置,并对后者进行受力分析,建立其运动微分方程;2.结合形状记忆合金材料,设计出一种新型滚球隔震装置,并对其进行受力分析,建立了新的运动微分方程;3.利用MATLAB编程对滚球带凹形复位板与SMA-滚球带凹形复位板隔震结构及基础固定结构在简谐波和地震作用下的响应进行了对比分析,并对新型隔震装置进行了优化;4.利用MATLAB建立层间剪切模型,对不同地震波作用下隔震与未隔震结构进行了弹塑性时程分析,对比其反应;5.在新型滚球隔震支座的基础上,加入碟形弹簧,进行竖向隔震的分析。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-10
第1章绪论  10-19
  1.1 引言  10-11
  1.2 隔震技术的原理及优越性  11-12
  1.3 隔震的方法  12-13
  1.4 基础隔震的分类及各自特点  13-14
  1.5 国内外隔震技术的应用  14-16
  1.6 基础隔震研究中存在的问题  16-17
    1.6.1 隔震层位移过大的问题  16
    1.6.2 竖向隔震的问题  16-17
  1.7 本课题研究的内容及方法  17-19
第2章 SMA-滚球隔震支座的设计与研究  19-33
  2.1 隔震结构的基本特性  19-20
  2.2 滚动隔震装置的模型  20-25
    2.2.1 滚球加弹簧复位装置模型  20-21
    2.2.2 滚球带凹形复位板隔震装置模型  21-25
  2.3 形状记忆合金材料  25-28
    2.3.1 SMA 介绍  25-27
    2.3.2 带有塑性理论特点的形状记忆合金本构模型  27-28
  2.4 新型滚球隔震支座的研制  28-29
  2.5 SMA 拉索受力分析及新型隔震装置的运动方程的建立  29-31
  2.6 新型滚球隔震支座的优点  31
  2.7 本章小结  31-33
第3章 SMA-滚球隔震装置的动态特性及优化分析  33-43
  3.1 数值积分方法与MATLAB 求解函数ode45 的介绍  33-34
    3.1.1 龙格-库塔方法  33-34
    3.1.2 ode45 函数  34
  3.2 隔震装置的动态特性及地震反应分析  34-39
    3.2.1 地面谐运动下的动态特性分析  34-36
    3.2.2 地震响应特性分析  36-39
  3.3 SMA-滚球带凹形复位板隔震装置的优化  39-41
    3.3.1 参数的选定  39
    3.3.2 凹形复位板的半径 R 对隔震结构动力特性的影响  39-40
    3.3.3 摩擦系数μ0 对隔震结构动力特性的影响  40-41
  3.4 本章小结  41-43
第4章 SMA-滚球隔震支座的动力时程分析  43-59
  4.1 单质点基础隔震体系结构的动力分析  43-44
    4.1.1 动力分析模型  43
    4.1.2 隔震结构动力反应分析  43-44
  4.2 多质点基础隔震结构动力分析  44-47
    4.2.1 多质点隔震计算模型  44-45
    4.2.2 隔震结构动力分析  45
    4.2.3 系统刚度矩阵  45-46
    4.2.4 系统质量矩阵  46
    4.2.5 阻尼矩阵  46-47
  4.3 振动方程的积分方法  47-49
  4.4 隔震体系上部结构的恢复力模型  49-53
    4.4.1 退化三线形模型  49-50
    4.4.2 恢复力模型参数计算  50-53
  4.5 算例与分析  53-58
    4.5.1 隔震与未隔震结构在罕遇地震作用下位移、加速度反应比较  54-56
    4.5.2 隔震与未隔震结构在罕遇地震作用下层间剪力、层间位移比较  56-57
    4.5.3 罕遇水平地震作用下程序计算结果的分析  57-58
  4.6 本章小结  58-59
第5章竖向隔震装置碟簧的设计与研究  59-71
  5.1 碟形弹簧竖向减震的原理  59-60
  5.2 普通碟形弹簧  60
  5.3 碟簧组成形式  60-61
  5.4 碟形弹簧的设计计算  61-63
  5.5 碟形弹簧与滚球隔震支座的组合方式  63-64
    5.5.1 刚度计算  63
    5.5.2 碟簧滚球隔震支座的优点  63-64
  5.6 竖向隔震结构的动力分析模型  64-67
    5.6.1 基本假定  64
    5.6.2 竖向地震下隔震结构的运动方程  64-66
    5.6.3 隔震装置的非线性本构关系  66-67
  5.7 算例与分析  67-70
  5.8 本章小结  70-71
第6章结论及展望  71-73
  6.1 结论  71-72
  6.2 展望  72-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的学术论文  77-78
致谢  78

一种新型滚球隔震支座的设计与研究

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