基于形状记忆合金的新型消能减震装置抗震性能研究

    现代结构工程中，为了对结构振动进行控制，目前已经开发了多种形式的阻尼器，根据不同类型阻尼器的耗能原理不同，可以分为金属阻尼器、摩擦型阻尼器、黏弹性阻尼器、粘滞阻尼器、调谐质量阻尼系统和调谐液体阻尼系统等［1］。但这些阻尼器均不同程度存在一些缺点，比如粘滞阻尼器对粘滞液体的性能要求很高，而且维护费用和造价较高; 粘弹性阻尼器易老化; 金属屈服阻尼器产生塑性屈服后变形很难恢复; 摩擦型阻尼器在长期应用下的可靠性较差等缺点。

    为了克服这些缺点，在土木工程中，利用各种智能材料或机敏材料进行结构的消能减震控制已经成为一个研究的热点。同济大学土木工程防灾国家重点实验室的吕西林和赵斌［1］开发了电流变体智能阻尼墙和磁流变体智能阻尼墙，这两类阻尼器可以实现对结构的主动控制效果; 北京工业大学的薛素铎等［2 －4］开发了多种不同类型的记忆合金阻尼器; 西安建筑科技大学的王社良等［5］也对形状记忆合金在结构工程中的应用做了多方面的探索研究; 大连理工大学的欧进萍等［6］也对各种类型的新型阻尼器进行了系统研究，如磁流变液阻尼器、结构压电驱动和压电变摩擦阻尼控制系统以及形状记忆合金被动和主动控制系统。

    形状记忆合金( Shape Memory Alloys，SMA) 材料是一种新型的机敏材料，它具有两种特别的性能，即形状记忆性能和超弹性性能。

    利用形状记忆合金的超弹性和高阻尼特性制作的被动耗能阻尼器可以克服上述其他类型的阻尼器存在的问题，与其他阻尼器相比，形状记忆合金阻尼器具有耐久性和耐腐蚀性能好，使用周期长，可恢复应变大等优点。

    国内外也有很多学者［2 －12］对采用形状记忆合金丝的阻尼器进行了研究和开发，然而开发设计出一些耗能能力强，同时具有自复位功能，结构形式简单，便于工程应用的被动耗能阻尼器仍是目前面临的实际问题。本文主要对形状记忆合金在框架结构中的应用做一些探索研究。

    1 形状记忆合金的力学性能

    1. 1 形状记忆合金的超弹性本构关系

    目前形状记忆合金有多种不同类型的本构关系，这些本构模型都侧重某个方面描述形状记忆合金的性能［5］。

    这些不同类型的本构关系都有一些缺点，在具体工程应用时不太方便，为此本文主要介绍 ANSYS 大型有限元程序自带的形状记忆合金本构模型［13］，并将试验所得的形状记忆合金应力应变曲线进行拟合，从而得到软件计算所需的本构模型参数。