基于SMA变刚度摩擦摆的隔震连续梁桥地震响应控制

【作者】 郑文智； 谭平； 王浩； 刘彦辉； 冼志彬； 姚嘉栋；

【机构】 广州大学土木工程学院； 广州大学工程抗震减震与结构安全教育部重点实验室； 东南大学混凝土及预应力混凝土教育部重点实验室；

【摘要】 传统摩擦摆(Friction pendulum,FP)因其稳定的侧向刚度与较大的位移能力被广泛应用于桥梁结构地震保护。然而,服役荷载作用下摩擦摆移位会引起主梁抬升,影响桥梁运营安全;近场地震作用下可能引发低频共振;滑动面摩擦特性受桥址区复杂环境影响显著,震后会产生较大的残余位移。相比传统摩擦摆,变曲率摩擦摆可克服近场地震作用下可能引发的结构共振问题;形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)因其超弹性而被作为复位耗能构件广泛应用于工程结构。针对上述不足,本文集成纯摩擦滑移隔震、变曲率摩擦摆及形状记忆合金的优势,研发了一种新型形状记忆合金多级变刚度摩擦摆(SVSPI),并基于形状记忆合金滞回行为特性,提出了适用于连续梁桥的新型形状记忆合金多级变频摩擦摆隔震参数优化方法。首先,基于OpenSees平台,采用纯滑移摩擦单元与弹性多线性模型建立了多级变刚度摩擦摆数值模型,采用弹性多线性模型与弹塑性模型建立了形状记忆合金数值模型,并基于试验结果验证了模型的准确性。在此基础上,将多级变刚度摩擦摆与形状记忆合金的数值模型并联,进一步建立了形状记忆合金多级变刚度摩擦摆数值模型。以某三跨隔震连续梁桥为研究对象,对形状记忆合金多级变刚度摩擦摆进行了优化设计,进一步对比分析了形状记忆合金多级变刚度摩擦摆与传统摩擦摆地震响应。结果表明,新型形状记忆合金多级变刚度摩擦摆可有效改善减震效率与复位性能;减隔震参数优化方法能够有效确定新型摩擦摆的最优参数,也适用于不同类型的新型摩擦摆隔震结构设计;数值算例表明,主梁峰值位移(d)、支座残余位移(d R)减小率分别达到16.9%、83.6%,支座耗能(ED)增幅最大达到19.2%,桥墩墩底剪力(Fb)最大增量为7.7%。研究结论可为形状记忆合金多级变刚度摩擦摆隔震桥梁韧性提升与工程应用提供有益参考(Structural Control and Health Monitoring 2022,29 (12):e3114)。更多还原