新型SMA-叠层橡胶支座在高层建筑分段隔震中的应用与性能研究.doc

一、引言

1.1研究背景与意义

地震是一种极具破坏力的自然灾害，对人类生命和财产安全构成严重威胁。在众多地震灾害中，高层建筑由于其高度大、结构复杂等特点，一旦遭受地震破坏，往往会导致更为严重的后果。例如，1995年日本阪神大地震，大量高层建筑受损严重，许多建筑结构出现严重破坏甚至倒塌，造成了数千人死亡和巨大的经济损失；2011年日本东日本大地震，福岛地区的一些高层建筑在地震和随后的海啸中遭受重创，不仅建筑本身毁坏，还引发了一系列次生灾害。这些惨痛的教训深刻表明，提高高层建筑的抗震能力至关重要，是保障人民生命财产安全、促进社会稳定发展的关键。

隔震技术作为一种有效的抗震手段，在建筑工程领域得到了广泛的研究和应用。其发展历程漫长且不断演进，从早期简单的隔震理念到如今成熟的技术体系，凝聚了众多科研人员和工程师的智慧与努力。早期的隔震技术，如19世纪末提出的在基础与上部建筑物之间铺设滑石或云母以实现滑动隔震的方法，虽然简单，但为后续的研究奠定了基础。随着时间的推移，技术不断革新，20世纪70年代后期，叠层钢板橡胶支座的出现是隔震技术发展的一个重要里程碑，它有效解决了早期橡胶垫竖向刚度小、易侧向鼓出等问题，使得隔震技术在实际工程中的应用更加可行和可靠。此后，铅芯橡胶隔震垫、高阻尼叠层橡胶支座等新型隔震元件相继被研制出来，进一步丰富和完善了隔震技术体系。如今，隔震技术在全球范围内得到了广泛应用，许多国家和地区都制定了相关的设计规范和标准，以确保隔震技术的正确实施和应用效果。

在众多隔震元件中，叠层橡胶支座因其具有竖向刚度大、水平刚度小、自复位能力强等优点，成为目前应用最为广泛的隔震元件之一。然而，传统的叠层橡胶支座在实际应用中仍存在一些局限性。例如，在高层建筑中，由于竖向地震作用和水平地震作用引起的倾覆力矩较大，传统叠层橡胶支座可能会出现拉力而破坏，这在一定程度上限制了其在高层建筑中的应用范围。此外，在强震作用下，传统叠层橡胶支座的水平刚度可能不足以保证结构的稳定性，需要采取额外的加固措施。因此，研发一种性能更优越的隔震支座，对于进一步提升高层建筑的抗震性能具有重要的现实意义。

新型SMA-叠层橡胶支座的出现为解决传统叠层橡胶支座的不足提供了新的思路。形状记忆合金（SMA）是一种具有独特物理力学特性的智能材料，如相变伪弹性、形状记忆效应等。将SMA与叠层橡胶支座相结合，有望充分发挥SMA的优异性能，弥补传统叠层橡胶支座的缺陷。例如，利用SMA的超弹性性能，可以提高支座的耗能能力和自复位能力，使其在地震作用下能够更好地保护结构；利用SMA的形状记忆效应，可以实现对支座性能的主动控制，进一步提高结构的抗震安全性。同时，分段隔震作为一种新型的隔震理念，通过在结构的不同部位设置隔震层，实现对地震能量的多级分散和耗散，为高层建筑的抗震设计提供了新的方法和途径。研究新型SMA-叠层橡胶支座在高层建筑中的分段隔震性能，对于推动高层建筑抗震技术的发展、提高高层建筑的抗震能力具有重要的理论意义和工程应用价值。一方面，从理论研究角度来看，深入探究新型SMA-叠层橡胶支座的力学性能、隔震机理以及分段隔震结构的动力响应特性，有助于完善高层建筑抗震理论体系，为后续的研究和设计提供坚实的理论基础；另一方面，从工程应用角度出发，将新型SMA-叠层橡胶支座及分段隔震技术应用于实际工程中，能够有效提高高层建筑的抗震性能，降低地震灾害造成的损失，具有显著的经济效益和社会效益。

1.2国内外研究现状

1.2.1形状记忆合金在结构振动控制中的应用研究

形状记忆合金（SMA）因其独特的形状记忆效应和超弹性等特性，在结构振动控制领域受到了广泛关注。自20世纪80年代起，国外就开始了相关研究，如美国学者首次提出将SMA应用于复合材料结构的振动控制，随后，各国学者对SMA在结构振动控制中的应用展开了深入研究。研究表明，SMA可通过多种方式实现对结构振动的有效控制。例如，通过调节SMA的温度来改变结构的固有频率，从而避免共振的发生；利用SMA的形状记忆效应，在结构振动时产生回复力，为结构提供主动控制力。在实际应用中，SMA被制成各种阻尼器和驱动器，应用于桥梁、建筑等结构中。如日本开发的SMA阻尼器，能有效吸收地震能量，减少结构的地震力；在一些桥梁工程中，通过安装SMA驱动器，实现了对桥梁振动的实时监测和主动控制，显著提高了桥梁在地震和强风作用下的稳定性。

国内对SMA在结构振动控制中的应用研究起步相对较晚，但近年来发展迅速。众多学者通过理论分析、数值模拟和试验研究等方法，对SMA的力学性能、本构关系以及在结构振动控制中的应用效果进行了深入探讨。例如，有学者通过建立SMA