新型扇形盘式消能器的设计原理与减震性能分析

提出了新型扇形盘式消能器(FDED),阐明其设计原理、特点及关键力学参数的计算理论,设计传动头构造方案不同的FDED模型,运用数值仿真方法对FDED模型在循环加载作用下的受力性能及位移和应力分布等进行分析,探究FDED的减震性能及其传动头构造的影响,结果表明:FDED设计原理可行,减震机理明确,其转盘式的构造可起到有效的位移放大效果,使得消能器在小激励位移下即可发挥耗能作用;FDED耗能性能稳定,耗能能力强,等效黏滞阻尼系数可达54%以上;FDED的恢复力特性具有明显的双线性特性,屈服后刚度主要由叠层橡胶提供,较初始刚度显著降低;传动头的构造方案对FDED的受力和工作机制的实现有重要影响。带过渡块圆形截面传动头构造方案可显著缓解应力集中现象,同时避免方形截面传动头构造方案对转盘转动造成卡停的不良情况,为较优的传动头构造方案。     

铅芯橡胶支座剪切性能影响因素分析

对铅芯橡胶支座进行了有限元分析,研究了水平加载频率、橡胶剪切模量和铅芯直径对支座剪切性能的影响,分析表明水平加载频率对支座剪切性能的影响极小;橡胶剪切模量对支座屈服力的影响极小,但随着橡胶剪切模量的增大,支座的屈服后刚度和水平等效刚度增大,支座的等效阻尼比减小;随着铅芯直径的增大,支座的屈服力、水平等效刚度和等效阻尼比增大,支座的屈服后刚度降低。     

扇形铅粘弹性阻尼器性能的有限元分析研究

设计了18组不同构造和参数的扇形铅粘弹性阻尼器（SLVD）,采用ABAQUS软件对其进行有限元数值模拟分析,研究了铅芯个数、铅芯直径、铅芯布置形式、橡胶剪切模量、薄钢板与橡胶层厚度比及加载应变幅值对其耗能性能和阻尼特性的影响。分析结果表明：SLVD的耗能系数和等效阻尼比随着铅芯个数的增多、直径的增大而增大,随着橡胶剪切模量、应变幅值的增大而减小;铅芯布置形式应以双铅芯形式为宜,薄钢板和橡胶层的厚度之比应控制在0.4~0.5。     

加装SLVD的预制装配式混凝土消能减震框架抗震性能分析

为研究扇形铅黏弹阻尼器(SLVD)对预制装配式混凝土(PC)框架抗震性能的提升效果和其设计参数对PC框架抗震性能的影响规律,建立Abaqus精细化有限元模型,与试验结果对比验证模型正确性。对比加装SLVD的PC消能框架与RC框架抗震性能的差异,分析不同铅芯直径、橡胶硬度和扇形半径三个关键设计参数对PC消能框架抗震性能的影响。研究结果表明:SLVD在PC消能框架中起“耗能腋撑”作用;铅芯直径对整体结构抗震性能影响较大,随铅芯直径增大,结构刚度、承载能力和耗能能力均有所提高;橡胶硬度对整体结构抗震性能影响较小;铅芯屈服区域随扇形半径增大而减小,但可提高整体结构的承载能力。     

铅芯橡胶支座剪切性能的压力相关性试验研究

由于在地震中橡胶支座承受的竖向压力会产生较大变化,因而有必要对橡胶支座剪切性能的压力相关性进行研究。采用低周反复循环加载试验方法对铅芯橡胶支座进行了剪切性能试验,研究了支座压应力和剪应变对支座屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和等效阻尼比的影响,结果表明,随着支座压应力的增大,支座的滞回曲线越来越饱满,支座的耗能能力近似呈线性增大;支座的屈服力和等效阻尼比随着压应力的增大而近似呈线性增大,随着支座剪应变的增大,压应力对屈服力和等效阻尼比的影响逐渐减小;支座的屈服后刚度随着压应力的增大而减小,随着剪应变的增大,压应力对屈服后刚度的影响逐渐减小;支座的水平等效刚度随着压应力的增大而近似呈线性减小,随着剪应变的增大,压应力对水平等效刚度的影响略有增大。根据试验结果给出了支座剪切性能的压力相关性经验公式,可供工程设计人员使用。     

黏弹阻尼层设计参数对阻尼填充墙框架抗震性能的影响分析

设计3组黏弹阻尼层设计参数不同的DIWF模型,采用ABAQUS软件对各个模型进行水平循环荷载作用下的反应分析,研究黏弹阻尼层储能剪切模量、厚度和损耗因子对DIWF的滞回性能、承载能力、刚度特性和耗能能力等性能的影响。结果表明:(1)随着黏弹阻尼层储能剪切模量的增大,DIWF的抗侧刚度和水平承载能力有所提高,但黏弹阻尼层的储能剪切模量过大时,黏弹阻尼层的剪切变形很小,DIWF的耗能能力明显降低,而且墙体容易发生破坏。建议黏弹阻尼层的储能剪切模量不宜大于0.3 MPa;(2)随着黏弹阻尼层厚度的增大,DIWF的抗侧刚度、水平承载力和耗能能力均呈下降趋势,适当减小黏弹阻尼层的厚度,有助于提高结构的滞回耗能性能,还可减少黏弹材料的用量,降低工程造价,但过薄的黏弹阻尼层不能满足剪切变形要求。黏弹阻尼层的厚度宜控制在5~15 mm之间;(3)黏弹阻尼层损耗因子的变化主要影响DIWF的耗能性能,黏弹阻尼层的损耗因子越大,DIWF的耗能能力越强。设计时,应选择损耗因子大的黏弹材料制作黏弹阻尼层。     

构造与设计参数对消能楼梯间减震性能的影响分析

为研究不同楼梯支座构造及阻尼填充墙厚度、阻尼填充墙砌体抗压强度、阻尼层剪切强度、减震支座剪切模量等设计参数对消能楼梯间减震性能的影响,采用ABAQUS有限元软件对4种不同楼梯支座构造、15个不同设计参数共19个消能楼梯间分析模型进行数值仿真分析。结果表明:不同楼梯支座构造中,设置减震支座可提供一定的水平、竖向刚度,改善楼梯间的屈服情况,减小梯板的竖向翘起位移,有利于地震中保持楼梯的稳定性;不同减震支座设置方案均可实现以减震支座的剪切变形消除梯板支撑效应、发挥良好耗能效果的减震目标;消能楼梯间构造简单、性能稳定,常用设计参数下均表现出良好的减震性能;阻尼填充墙厚度的增加,一定程度上增大消能楼梯间的刚度、水平承载能力;阻尼填充墙砌体抗压强度的变化对楼梯间减震性能影响较小;阻尼层剪切强度的增大将减小楼梯间的屈服位移,增大阻尼填充墙的压应力,建议采用剪切强度低的阻尼层材料;减震支座的剪切模量越大,梯板竖向翘起位移越小,减震支座剪切模量宜取0.5 MPa以上。     

非线性黏滞阻尼减震结构基于位移的设计方法

结合我国抗震设计规范,提出非线性黏滞阻尼减震结构基于位移的设计方法.根据减震结构的特点,将其性能划分为使用良好、人身安全和防止倒塌3个水平,并用层间位移角限值予以量化;以简化的方法计算非线性黏滞阻尼器的等效阻尼比.在此基础上将结构转化为等效单自由度体系,利用基于位移的设计方法对非线性黏滞阻尼减震结构进行设计,通过算例,介绍用该方法对框架结构进行非线性黏滞阻尼减震设计的设计过程.实例分析表明,提出的非线性黏滞阻尼减震结构基于位移的设计方法是可行的,并且与时程分析得出的平均结果吻合较好,而且该方法简单实用,便于操作,能够控制减震结构在不同强度水准地震作用下的性能.     

循环荷载作用下SMA-PSRCW结构力学性能影响因素分析

为了研究形状记忆合金(SMA)连接件对半刚接钢框架内填钢筋混凝土墙结构(PSRCW结构)受力性能的影响情况,在已有试验研究的基础上,建立了SMA-PSRCW结构的计算模型,对结构在循环荷载作用下的整体受力性能进行了数值模拟研究,考虑了配筋率、混凝土强度、内填墙厚度以及连接件布置位置和数量等因素对结构的滞回性能、骨架曲线、刚度退化、耗能能力及等效黏滞阻尼系数等力学性能的影响,并根据SMA连接件所承担的荷载比例分析了它在PSRCW结构中的传力机理。结果表明:增大配筋率、提高混凝土强度、增大内填墙厚度以及增加连接件的数量都可以提高结构的极限承载力和抗侧刚度,但上述影响因素增大或增加到一定程度后,等效黏滞阻尼系数反而会下降。此外,混凝土强度和内填墙厚度的变化对试件极限承载力的影响更为显著;相比于竖向连接件,水平方向连接件对结构的承载力和耗能能力的影响起主要作用。因此,进行SMA-PSRCW设计时,在保证结构承载力和抗侧刚度的情况下,应综合考虑耗能能力来确定结构的各项参数。     

新型弹塑性软碰撞防护装置试验研究

为限制隔震层位移，研发了同时提供刚度和阻尼力的新型弹塑性软碰撞防护装置，该装置主要由铅芯橡胶支座、剪力键及中空连接钢板组成。首先对铅芯橡胶支座进行了设计压应力12MPa下基本性能试验及压应力0 MPa下剪切试验；然后进行了弹塑性软碰撞防护装置的水平力学性能测试试验，测定装置的屈服后刚度、屈服力及支座顶端转角，探讨了剪力键外圆面罩橡胶套对试验结果的影响，对比分析了装置的水平力学性能指标与支座在0MPa下剪切试验结果的差异；最后，对弹塑性软碰撞防护装置进行了数值模拟，对比了数值模拟与试验的水平力-位移滞回曲线。结果表明:弹塑性软碰撞防护装置可提供刚度及阻尼力，在剪力键外圆面罩上橡胶套后对试验结果基本无影响；与0MPa下支座测试结果相比较，装置的屈服后刚度及屈服力有所降低；支座顶端转角随支座剪应变的增大而增大；数值模拟与试验的滞回曲线吻合良好，该装置具有良好的滞回耗能能力。     

SMA-橡胶支座的力学性能试验研究

SMA-橡胶支座是一种由叠层橡胶垫和形状记忆合金（SMA）复合而成的新型隔震支座。阐明了SMA-橡胶支座的设计思路和工作机理，通过SMA-橡胶支座实物模型的伪动力试验，考察了支座的水平和竖向刚度、耗能能力和等效阻尼比，研究了位移幅值、加载频率、竖向荷载等参数对支座力学性能的影响。研究结果表明，SMA-橡胶支座工作性能稳定，耗能能力较强，是一种性能优良的新型隔震装置。     

SMA绞线-叠层橡胶复合支座振动台试验研究

对一组SMA绞线-叠层橡胶复合支座进行了振动台试验。根据试验结果比较分析了SMA绞线-叠层橡胶复合支座与普通叠层橡胶支座的隔震性能,着重分析了位移幅值对支座工作性能基本参数如等效水平刚度、最大恢复力、单位循环耗能和等效阻尼比的影响以及这些参数的变化规律。从而证明了在罕遇地震作用下发生较大水平位移幅值时,SMA绞线-叠层橡胶复合支座比普通叠层橡胶支座可提供更大的恢复力和阻尼,更有利于阻隔地震对上部结构的作用和强震作用后上部结构的自动复位。     

武侯祠桂荷楼穿斗木构架透榫节点抗震性能研究

以武侯祠桂荷楼穿斗节点为原型,模拟了等厚单向透榫节点在拟静力荷载作用下的应力应变特征和抗震性能,探讨了榫高、榫厚和柱径三种因素对节点力学性能的影响。研究表明:等厚单向透榫耗能性能好,但节点受力复杂,榫头根部应力集中,小榫头根部易发生撕裂和折断现象;榫高、柱径对节点等效黏滞阻尼系数、节点刚度和承载力有显著影响,而榫厚影响不明显。最后,根据透榫节点弯矩转角关系提出三折线模型,建立了模型参数与榫高、榫厚、柱径的函数关系来预测节点性能。本文研究成果可为穿斗木构架结构的榫卯节点尺寸设计、抗震理论研究和文物修缮设计提供建议和参考。     

消能减震结构设计参数研究与试验验证

本文就消能减震结构设计参数,即消能部件的支撑刚度、层间最大阻尼力与结构层间屈服力比值等恢复力模型参数的选取进行了讨论。通过对消能装置的耗能特性理论分析,导出了消能装置产生的层间等效阻尼比与这些参数的关系曲线,建议了这些参数的合理取值范围。同时通过对两个消能减震试验结果的分析,验证了本文建议的参数取值的合理性。     

黏滞阻尼器耗能减振工程应用设计方法研究

本中文阐述了黏滞阻尼器的构造、力学模型以及其耗能减振的基本原理,并基于国际结构振动控制公共平台Benchmark模型,采用ANSYS和SAP2000有限元软件对其进行无控和有控地震反应分析,研究了黏滞阻尼器自身参数、设置形式、速度指、阻尼系数、位置和数量等因素对其控制效果的影响规律.结合国内外规范,给出LVD安装形式、...     

基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法研究

针对现有附加有效阻尼比计算方法存在的问题,本文从能量的角度揭示了阻尼比对结构影响的机理。从结构设计的角度,提出一种在时程分析下基于楼层剪力的消能减震结构等效阻尼比计算方法。对布置黏滞阻尼器和软钢阻尼器的消能减震模型,采用本文提出的等效阻尼比计算方法,建立等效结构进行结构响应对比。结果表明,由该计算方法得到的等效阻尼比能够准确地评估阻尼器在结构中的耗能效果,建立的等效结构能够准确反映消能减震结构实际情况。基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法通过等效结构楼层剪力大于或等于消能减震结构楼层剪力判断迭代完成,该方法计算过程不涉及阻尼器参数及结构形式,适用于所有阻尼器类型与结构类型。计算得到的等效结构进行设计能够确保结构设计的安全。     

非线性粘滞阻尼器消能结构设计方法探讨

在建立非线形粘滞阻尼器消能结构性能曲线的基础上，建议了依据减震性能目标确定阻尼器参数的概略设计方法。提出了多自由度非线性粘滞阻尼器消能结构的等效阻尼比计算公式。在此基础上建议了适用于多自由度非线性粘滞阻尼器消能结构地震反应预测的模态叠加法，方法与时程分析结果对比吻合良好。为使各层阻尼器参数更好地满足减震性能要求，提出了将概略设计得到的层阻尼器参数依据减振性能目标进行调整的方法。     

在振动台模型试验中黏滞阻尼器的设计方法

通过有限元分析,计算出原型结构中黏滞阻尼器的合理参数,然后利用阻尼力相似原则,对原型结构中黏滞阻尼器参数进行相似比运算,转化为模型结构中的黏滞阻尼器参数.运用该方法,在连续梁桥纵向消能减震振动台试验中设计模型黏滞阻尼器,从试验结果来看,黏滞阻尼器发挥了良好的消能减震效果.