挤压型MRE隔振装置的性能及应用研究

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现代建筑对安全性的要求越来越高,作为传统抗震设计的补充,基础隔震技术得到了越来越广泛的应用。传统隔震结构中,由于隔震支座水平刚度小,地震作用下变形量大,易导致结构倾侧失稳或隔震层与周边基坑发生碰撞。为了解决这些问题,科研和工程人员逐步把目光投向智能基础隔震技术。磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomers,简称MRE)是磁流变材料一个新兴的分支,其弹性模量变化范围大且迅速可逆。本文将MRE引入到建筑结构智能基础隔震中,主要工作和成果如下:(1)设计了MRE的制备配方和制备工艺,研发出适用于平板硫化机的加磁装置,并制备出以天然橡胶为基体的各向异性MRE。力学和磁学性能测试结果表明,该MRE的弹性模量最大磁流变效应可达184%,相对磁导率为4.0。(2)设计并制作装配了挤压式MRE智能隔振装置原理样机。模型实验和数值仿真结果表明,MRE隔振器由于其刚度可调,隔振工作区间大、移频效果明显,与初始刚度条件相比,结构的底部位移和加速度分别降低了27%和22%。(3)仿真分析了某十层框架结构在未隔震、传统隔震和MRE智能隔震三种工况下的地震响应。结果表明,与未隔震结构相比,传统隔震结构上部楼层的层间位移加速度平均降低了43%和22%,但隔震层的相对位移和加速度较大并且仍有部分楼层处于塑性阶段;与传统隔震方案相比,MRE智能隔震方案展示出较好的隔震性能,对上部楼层的层间位移和加速度的控制效果平均优于传统隔震方案35%和30%,并且大部分楼层被控制在弹性范围内,除此之外,隔震层的水平位移和加速度也分别降低了39.7%和40.26%,大幅提高了结构的安全性。
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