【正文】 烯用于土木工程。這篇文章調(diào)查苯乙烯強(qiáng)化劑在提高剪力墻的效能，尤其是遭受地震時(shí) 。兩個(gè)普通并聯(lián)的剪力墻被作為參考結(jié)構(gòu)，被有限元分析軟件效仿。為了提高剪力墻的抗震性能，立式苯乙烯配筋被建議像傳統(tǒng)的鋼筋那樣應(yīng)用，遍及結(jié)構(gòu)的各處，遍及并聯(lián)剪力墻的每一個(gè)連接粱。苯乙烯的單維超彈性模型通過公式翻譯代碼應(yīng)用在計(jì)算機(jī)軟件中。受到地震荷載的剪力墻的動(dòng)態(tài)響應(yīng)被調(diào)查通過時(shí)間關(guān)系分析在埃爾森特羅記錄和柯伊吶記錄下。結(jié)果表明對(duì)普通或者并聯(lián)剪力墻來說，使用超彈性苯乙烯材料代替鋼筋都會(huì)導(dǎo)致殘余位移的大量減小。此外，苯乙烯強(qiáng)化劑能夠大大的減小并聯(lián)剪力墻系統(tǒng)的最大撓度。 關(guān)鍵詞：智能材料；形狀記憶合金；剪力墻；超彈性 ；抗震性能 很多多層建筑物的電梯井周圍和樓梯間都有剪力墻作為抗側(cè)力體系。對(duì)于混凝土剪力墻板來說，很難滿足韌性條件。因此，這種結(jié)構(gòu)經(jīng)常受到地震的破壞。被切斷，壓彎，滑壘和顛覆式是地震中混凝土剪力墻受到破壞的四種形式。地震過后，如果混凝土剪力墻可以達(dá)到他們最初的形狀，然后永久性的傷害相關(guān)的問題是可以解決的。有時(shí)，這些剪力墻里會(huì)有一些空缺，如果兩個(gè)這樣的空缺剛好在對(duì)應(yīng)的兩邊，深梁應(yīng)該互連墻壁。在地震期間這些連粱通過非彈性可縮來減小能量的消散。由于他們的小跨度到基礎(chǔ)埋深比，為了實(shí)現(xiàn)可塑性，他們需要 壓緊的鋼筋。雖然通過塑性鉸來消散能量在多層建筑物的設(shè)計(jì)中是個(gè)慣例，但是這種做法通常會(huì)導(dǎo)致明顯的殘余位移和需要修復(fù)震后的結(jié)構(gòu)元素。為了解決目前做法中的不足之處，一種使用智能材料苯乙烯的新的設(shè)計(jì)方法被提出。 苯乙烯是智能材料的一種，它有幾種特性，如記憶效應(yīng)，超彈性，和能量耗散特性。由于這些特性，形狀記憶合金近年來在被動(dòng)控制結(jié)構(gòu)方面已引起廣泛關(guān)注。在其一系列的作品中， Dolce, et 。他們還研究了不同狀態(tài)的智能材料制成的減震器在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。他們基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了不同的重定位 或消散設(shè)備。 Wilde et 烯條組成的基于智能材料地震隔離系統(tǒng)的分析研究。他們與不同的激勵(lì)進(jìn)行了時(shí)程分析，比較基于苯乙烯的軸承與傳統(tǒng)軸承鉛軸承。 Dolce and Cardone 實(shí)驗(yàn)性地研究選擇合適的合金，溫度的生熱效應(yīng)，苯乙烯的規(guī)格和承載率以及循環(huán)數(shù)目。布魯諾和瓦倫特表明使用苯乙烯材料的有效性，分析措施，使用簡(jiǎn)單的偽彈性本構(gòu)模型的形狀記憶合金的使用損傷指數(shù)的方法。 Baratta 和 Corbi 分析了結(jié)構(gòu)性彈性塑料框架，連接與偽彈性苯乙烯肌腱。德羅什和德萊蒙評(píng)估效率，使用 苯乙烯限位裝置，以減少在多跨簡(jiǎn)支梁橋的響應(yīng)甲板。 Masuda and Noori 的調(diào)查阻尼裝置的滯回特性的優(yōu)化基于偽彈性苯乙烯。 DesRoches 等人的實(shí)驗(yàn)評(píng)估性能超彈性鎳鈦形狀記憶合金循環(huán)荷載下抗地震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和改造，以評(píng)估他們的潛力。Abolmaali et al 把能量耗散特性狂奔的 T 存根連接使用鋼和形狀記憶合金緊固件相比，提出了一種新型的苯乙烯橡膠支座，它是由傳統(tǒng)的彈性支承和形狀記憶合金絲纏繞而成。 Ghassemieh 開發(fā)出一個(gè)多線型本構(gòu)模型來捕捉形狀記憶合金最常見的特性。 Czaderski et ，并把它與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土梁作對(duì)比。結(jié)果證明，通過使用形狀記憶合金，它有可能產(chǎn)生一個(gè)具有可變的剛度和強(qiáng)度的鋼筋混凝土梁。 Saiidi 和王提出在加固的鋼筋混凝土橋墩的塑性鉸區(qū)域用形狀記憶合金棒代替鋼筋混凝土棒。 Motahari et 入一種特殊的形狀記憶合金阻尼器能同時(shí)重新定位并能減小能耗。 Li et 驗(yàn)，研究嵌入形狀記憶合金束的能混凝土梁的性能。他們把形狀記憶合金束作為制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)復(fù)蘇的力量。 Andrawes 和 DesRoches 比較了帶有其他 三個(gè)改裝過的形狀記憶合金抑制劑和傳統(tǒng)的鋼記憶合金抑制劑，金屬阻尼器和粘彈性阻尼器的效能。 Johnson et ，以評(píng)估效果形狀記憶合金限制器電纜跨度鉸鏈分遭離棄強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)的多幀混凝土箱梁橋的抗震性能。 Rahman et ，以及對(duì)形狀記憶合金柱的影響。 Sharabash 和 Andrawes 研究了形狀記憶合金的應(yīng)用，如地震被動(dòng)阻尼減振裝置電纜斜拉橋超彈性增加延性能力和減少殘余位移混凝土橋柱的可行性。 Ozbulut 和 Hurlebaus 還基于 SMA橡膠隔離系統(tǒng)的有效性 對(duì)近場(chǎng)地震的橋梁抗震設(shè)防進(jìn)行了探索。他們還基于 SMA橡膠隔振系統(tǒng)的性能比較平均滑移隔震系統(tǒng)。 Kari et 。這項(xiàng)研究調(diào)查了加有形狀記憶合金棒的混凝土剪力墻的性能。有限元程序在這里被用來評(píng)估結(jié)構(gòu)承受地震荷載力。兩個(gè)普通的耦合剪力墻通過時(shí)程分析評(píng)估被引入作為參考結(jié)構(gòu)和其抗震性能和無形狀記憶合金鋼筋。 形狀記憶合金是金屬合金的一種新的類別，同馬氏體相變合金相比，具有很多無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。它能夠經(jīng)受 大應(yīng)變而不會(huì)讓材料變形，并變形過程結(jié)束時(shí)恢復(fù)其初始形狀，本能的（所謂的超彈性）或通過加熱（稱為形狀記憶效應(yīng)）來實(shí)現(xiàn)。如在圖 1 中示出。 纖維肌結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制中使用的最有利特點(diǎn)是超彈性行為的材料可以恢復(fù)秩序的 8%的大變形，同時(shí)生產(chǎn)旗形的滯后。 SMA 的第二個(gè)特點(diǎn)是形狀記憶效應(yīng)。當(dāng)材料是馬氏體窗體中時(shí)，應(yīng)力的應(yīng)用導(dǎo)致孿晶馬氏體。通過去除應(yīng)力 .在失調(diào)的過程中即便壓力變?yōu)榱悖部梢酝ㄟ^特定的浸蝕以上材料加熱恢復(fù) . SMAs 其他的特征是高能量耗散能力，磁滯和高抗疲勞的性能。綜合以上所有這些特征，相對(duì)較高的剛度和強(qiáng) 度使得 SMA 前途材料控制的結(jié)構(gòu)在嚴(yán)重的地震保持高穩(wěn)定性。雖然幾個(gè)合金具有形狀記憶功能，在土木工程應(yīng)用中使用最廣泛的 SMA 是鎳鈦記憶合金，這是鎳和鈦的結(jié)合體。然而，由于鎳鈦記憶合金是非常昂貴的材料，與鋼相比，它可能不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)檫@是一種高能量耗散材料。 這項(xiàng)調(diào)查致力于配備超彈性 SMA 的兩個(gè)混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震的性能。第一個(gè)結(jié)構(gòu)有 m 的寬度、 高度 m 和 m 的厚度。第二個(gè)結(jié)構(gòu)是兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的騙局克里特島墻壁耦合的剪力墻。每個(gè)墻了 m 的寬 度、 高度 m m 的厚度，每個(gè)耦合梁是 m 深， m 長(zhǎng)度 m 的寬度。每個(gè)級(jí)別之間的高度被固定在 m。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算，研究應(yīng)用了有限元計(jì)算機(jī)程序 (ABAQUS) [ 23]。第一和第二次剪力墻的有限元模型在數(shù)字 分別由圖2和圖 3 來現(xiàn)實(shí)?；炷敛牧狭丝箟簭?qiáng)度為 32 MPa、 楊氏模量的 30 GPa， 、 泊松比和密度的 25 kN/m3。混凝土損傷塑性，由李和 Fenves [24] 開發(fā)的混凝土塑料模型被引進(jìn)以便于材料建模的數(shù)字分析。集中質(zhì)量 被放置在各層的節(jié)點(diǎn)來誘導(dǎo)從地板到墻壁在地震作用時(shí)的慣性荷載。 為了更好的理解剪力墻的動(dòng)態(tài)行為，模態(tài)分析是通過建立一個(gè)由 ABAQUS 作參考的計(jì)算機(jī)程序。圖 4 和 圖 5 中列出了模式形狀和自然期間的兩種模式。如圖所示，第一剪力墻的第一次三個(gè)基本時(shí)限分別為 、 及 秒，另一個(gè)的分別為 、 和 秒前。 使用 SMA 的目的是在鋼筋混凝土剪力墻中消除殘余位移。升級(jí)后的結(jié)構(gòu)，垂直 SMA 加固筋被擬執(zhí)行像常規(guī)鋼的后援，穿過高 密度的墻并連接的所有的五個(gè)梁。加固結(jié)構(gòu)沒有使用對(duì)角線造型。為研究不同百分比出現(xiàn)的情況， SMA 和鋼筋被輸入了直徑和面積。因?yàn)樵? ABAQUS 程序作用有限，并沒有被默認(rèn) , 因而 SMA 材料是在計(jì)算機(jī)程序中的執(zhí)行是通過編寫一個(gè)子程序使 FORTRAN 并將它附加到作為子例程材料模塊的主要程序。 5．分析和結(jié)果 在本節(jié)中， 對(duì) 兩個(gè)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析 ， 以評(píng)估 SMA鋼筋混凝土墻的抗震性能 。 結(jié)構(gòu)受到地震 作用 的行為進(jìn)行了調(diào)查，通過模型的動(dòng)態(tài)時(shí)程分析，并達(dá)到他們的 El Centro和科依納地震記錄的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。顯示 SMA增援的意義，提高了地震響應(yīng)時(shí)程分析，獲得每一層的位移。建議的新系統(tǒng)受到地震激發(fā)的結(jié)果，然后與原混凝土結(jié)構(gòu)的（不包括形狀記憶合金），并評(píng)估模型與 SMA的 不同比例的 。 . 第一個(gè)剪力墻 圖 7和 8根據(jù)埃爾森特羅和柯伊吶記錄，比較了鋼或 SMA鋼筋結(jié)構(gòu)受到的地震反應(yīng)。結(jié)果表明 , 在混凝土剪力墻中利用 SMA超彈性材料代替鋼可以顯著降低殘余位移。特別是 ,就鋼筋來說 , 在埃爾森特羅和柯伊吶地震中，混凝土剪力墻分別有殘余位移 。對(duì)于 SMA鋼筋 , 在埃爾森特羅和柯伊吶地震中，結(jié)構(gòu)僅僅發(fā)生殘余位移 。這些結(jié)果顯示根據(jù)埃爾森特羅和柯伊吶記錄剪力墻分別減少了 60%和 75%的殘余位移。然而 ,結(jié)果還表明 ,SMA鋼筋不能減少普通剪力墻最大限度的偏差。 圖表 9展示了，在受到埃爾森特羅地震時(shí)五層樓的剪力墻的殘余變形?？梢钥闯?, 在所有的 5層樓中， SMA鋼筋與鋼筋相比，可以成功的減少殘余位移。這主要是由于超彈力 SMA的特點(diǎn)。 換句話說 ,在每個(gè)周期 ,形狀記憶合金可以恢復(fù)大部分的位移 ,因此避免了在重復(fù)周期中殘余位移的堆積物。因此 ,SMA在記錄的最后限制了的殘余變形。然而 ,對(duì)于傳統(tǒng)的鋼筋 ,材料的產(chǎn)生可能會(huì) 在加載周期積累塑性變形 ,因此在地震結(jié)束時(shí)仍有相當(dāng)大的殘余變形。 圖 10顯示了 4%和 6% SMA鋼筋結(jié)合 2%的鋼筋的尖端偏轉(zhuǎn)的時(shí)間記錄。從中可以觀察到 ,添加更多的 SMA鋼筋到加固鋼筋中可以降低最大位移和殘余位移。具體來說 ,通過改變 SMA鋼筋從 4%到 6%,結(jié)構(gòu)的最大尖端位移是從 135毫米減少到 88毫米 (減少 46%)，殘余位移從 30毫米下降到 15毫米 (減少 50%)。 ． 第二個(gè)耦合的剪力墻 圖 11比較了在柯伊吶地震下，鋼或 SMA鋼筋耦合剪力墻受到的地震反應(yīng)。結(jié)果表明， SMA鋼筋的耦合剪力墻比鋼筋剪力墻遭受了 更低的撓度。特別是 ,對(duì)于鋼筋 ,混凝土墻有 ,而對(duì)于 SMA鋼筋 ,結(jié)構(gòu)僅僅遭受的位移為 (即減少了最大位移的 46%)。此外 ,超彈性 SMA鋼筋能顯著減小混凝土墻的殘余位移。尤其是 ,結(jié)構(gòu)的殘余位移從原墻的 (即殘余位移減少 83%)。 圖 12顯示了耦合剪力墻在受到五級(jí)柯伊吶地震時(shí)的最大位移。根據(jù)它可以觀察到 ,在所有的五層中與鋼筋相比，利用 SMA鋼筋可以有效地減少最大位移，尤其是上層。這可能是由于這樣的事實(shí) ,即 SMA條是超彈性的，并且能夠在重復(fù)的循環(huán)中維持其 有效硬度大位移，而鋼筋由于長(zhǎng)期的曲折失去有效性并在長(zhǎng)時(shí)間中造成了大的偏移。 圖 13顯示了 0%鋼和 4%SMA鋼筋的尖端偏轉(zhuǎn)和 %的鋼和 % SMA鋼筋尖端偏移的時(shí)間記錄?？梢杂^察到 , 在埃爾森特羅地震中用鋼筋條取代 %的形狀記憶合金不明顯影響地震反應(yīng)和兩個(gè)相似的混凝土墻。然而 ,由于相比與鋼， SMA是一個(gè)非常昂貴的材料 ,所以當(dāng)鋼和 SMA鋼筋有好的比例時(shí)，可能是節(jié)約的。 6．結(jié)論 本文的研究是為了有效的進(jìn)行評(píng)估 ,一個(gè)最新的材料即形狀記憶合金 (SMA)對(duì)混凝土剪力墻在地震中效能的提高。兩種類型的剪力墻 如普通類型和耦合型都作為相關(guān)結(jié)構(gòu)被介紹，而且都被計(jì)算機(jī)程序作為參考模型。模態(tài)分析是用來捕獲模態(tài)周期和振型剪力墻的。為提高剪力墻的抗震性能 ,垂直 SMA鋼筋被提出在高度的結(jié)構(gòu)和在耦合剪力墻中所有 5個(gè)連接梁實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)鋼的相似度。 SMA材料的1 d超彈性模型是通過使用 FORTRAN作為材料模塊在計(jì)算機(jī)程序中執(zhí)行的。結(jié)構(gòu)遭受地震的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是埃爾森特羅和柯伊吶記錄中通過時(shí)間歷史分析來調(diào)查的。 對(duì)于普通剪力墻 ,據(jù)顯示，如使用 SMA超彈性材料代替鋼鋼筋造成殘余位移的顯著減少。結(jié)果表明 ,SMA鋼筋埃爾森特羅和柯伊吶地震中分別 降低了 60%和75%的殘余位移。然而 , SMA鋼筋不能顯著減少剪力墻的最大偏差。對(duì)于第二耦合剪力墻 ,據(jù)觀察，有 SMA鋼筋的結(jié)構(gòu)比用鋼筋的耦合剪力墻遭受更低的最大位移和殘余位移。結(jié)果表明 ,在柯伊吶地震中 SMA鋼筋參考?jí)Ψ謩e把最大位移和殘余位移減少到 46%和 83%。 此外 ,鋼筋和 SMA鋼筋的不同組合在兩個(gè)參考結(jié)構(gòu)中建模。結(jié)果表明 ,使用這種不同鋼筋的組合，根據(jù) SMA鋼筋的比例在一定程度上提高了剪力墻的性能。然而 ,出于經(jīng)濟(jì)考慮 ,鋼鐵和 SMA鋼筋比例必須合適。