钢屈服—摩擦复合耗能器的性能研究

本文提出了“综合利用不同耗能原理和机制来设计新型耗能器”的思想,研究开发了钢屈服－摩擦复合耗能器,并对其进行了性能试验和对比试验,考察了耗能器的工作性能和耗能性能。给出了耗能器的恢复力模型,研究结果表明,钢屈服－摩擦复合耗能器利用钢屈服滞回和摩擦两种机制耗能,具有稳定的工作性能,耗能能力强且可调节,构造简单,形状紧凑,体积小,造价低,制作与安装方便,是一种有广阔应用前景的新型耗能减震装置。     

H型钢弹塑性挡块关键力学参数计算方法

混凝土挡块震害是桥梁震害的主要形式之一,型钢挡块具有塑性耗能和方便修复的特点。为便于工程设计计算,针对新型H型钢弹塑性挡块的力学性能,从H型钢截面的截面应力入手,利用应力弯矩关系,采用弯矩曲率分析方法,建立了H型钢弹塑性挡块弯矩-曲率和力-位移的计算公式,进而建立了H型钢挡块屈服前刚度、屈服荷载、屈服位移和屈服后刚度等关键力学参数的计算公式,并推导了H型钢挡块简化双线性滞回曲线。同时将上述建立的参数理论公式计算结果与有限元纤维模型法分析结果进行了对比,验证了所提出的计算方法的可靠性。     

新型扇形盘式消能器减震性能参数分析

提出了一种新型扇形盘式效能器(fanshaped disc-type energy dissipator,FDED),阐明了其原理、特点,导出其设计要点和设计理论,采用数值方法分析了FDED的减震性能,研究不同设计参数对FDED减震性能的影响。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发挥耗能作用;FDED具有明显的双线性恢复力特性和稳定的耗能性能,等效黏滞阻尼系数可达50%以上;阻尼件中橡胶硬度的改变对FDED初始刚度的影响不敏感,但对FDED屈服后刚度和等效黏滞阻尼系数的影响较为明显。随着橡胶硬度的增大,FDEDE的屈服后刚度上升,等效黏滞阻尼系数降低;保持阻尼层中橡胶层的总厚度不变,通过增减叠层钢板改变单层橡胶层的厚度对于调整FDED的减震性能影响不大;调整铅芯直径的大小主要影响FDED的屈服力和耗能性能。随着铅芯直径的增大,FDED的屈服力也增大,耗能能力逐渐提高。     

金属橡胶支座剪切性能试验研究

针对一种金属橡胶支座,研究其剪切性能。进行3种压应力下的拟静力试验,分析竖向压力和水平剪切变形对支座剪切性能的影响;以试验数据为基准,建立支座剪切性能与压应力之间的相关性经验公式,提出能够近似模拟试验曲线的三线性恢复力模型。试验研究表明,随着支座剪切变形的增大,支座等效刚度及耗能增大,等效阻尼比减小,屈服力基本保持不变,滞回曲线由梭形逐渐变为反S型,当剪切应变大于25%时支座出现刚度硬化现象;随着支座压应力增大,支座的耗能、屈服力、等效刚度及等效阻尼比均增大。     

基于弹塑性静力分析方法的一种摇摆式钢筋混凝土框架抗震性能研究

研究了一种摇摆式钢筋混凝土框架的抗震性能。首先建立了摇摆式钢筋混凝土框架结构的有限元模型并进行了试验验证;其次使用弹塑性静力分析方法评定无控及受控式摇摆钢筋混凝土框架结构的抗震性能;最后对比分析无控及受控摇摆式钢筋混凝土框架结构的抗震性能。结果表明设置阻尼器后的摇摆式钢筋混凝土框架的结构等效阻尼比大幅度提升,结构塑性变形耗能转变成阻尼器屈服耗能,结构位移响应得到了有效控制。     

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弹簧-摩擦支座滞回性能试验研究

通过试验研究了一种新型SMA弹簧-摩擦支座(SMA Spring-Friction Bearing,简称SFB)的滞回性能。首先,研制了大尺寸NiTi记忆合金(NiTi SMA)螺旋弹簧。在此基础上,加工制作了SFB试件实物模型,对其进行了拟静力试验研究。考察了竖向压力、位移幅值和加载频率对SFB的恢复力-位移曲线以及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和等效动摩擦系数的影响。研究结果表明:SFB在水平方向呈现独特的恢复力-位移曲线;SFB的滞回曲线饱满、耗能能力较好,且具有一定的复位能力;竖向压力、位移幅值对SFB力学参数有一定影响,而在试验加载频率区间其力学参数较为稳定。     

腹板开孔形状影响耗能支撑滞回性能试验研究

腹板开孔耗能支撑有效地避免了传统中心支撑斜杆的失稳破坏,具有较强的耗能能力.为研究腹板开孔形状对支撑滞回性能的影响,对腹板开菱形孔、椭圆孔及长圆孔耗能支撑试件进行了低周往复加载试验,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、承载能力、刚度退化及耗能能力.试验结果表明:耗能支撑试件滞回曲线饱满,耗能性能优越.耗能支...     

双环软钢耗能器的试验研究

本文提出了“利用两个或多个耗能元件协同工作,同时耗能来设计新型耗能器”的思想,研究设计了双环软钢耗能器,并对三种不同构造的双环软钢耗能器进行了循环加载试验,考察了耗能器的工作特性和耗能性能,揭示了耗能的机理,给出了耗能器的恢复力模型。研究结果表明,双环软钢耗参器是一种初始刚度和屈服力高、变形性能好、耗能能力强、工作性能稳定、构造简单、制作与安装方便的新型耗能减震装置,具有广阔的应用前景。     

开菱形孔钢板墙性能参数分析

提出一种开菱形孔钢板墙,采用有限元程序Abaqus对开孔参数和蝶形带参数进行数值分析,研究不同参数变化对其抗震性能的影响,结果表明:增大加劲肋宽度时,小高宽比开孔墙比大高宽比开孔墙的临界屈曲荷载增幅较大;当增大开孔参数α或β,或减小γ、θ,初始刚度和极限承载力都将增大,但延性将变差,耗能性能减弱,建议合理选择参数满足α≤0.25且β≤0.25,使蝶形带以弯曲变形为主;相对而言,大高宽比的开孔钢板墙具有更好的延性和耗能效率;初始缺陷幅值较小时,其对极限承载力的影响较小。采用壁式框架对开菱形孔钢板墙模型进行简化,分析表明该模型能满足工程精度要求。     

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。     

设置黏滞阻尼器的钢结构实用减震设计方法

黏滞阻尼器作为一种有效的消能减震装置,已在钢结构建筑中得到了大量应用.然而由于钢结构的延性和阻尼特征,实用的钢结构附加黏滞阻尼器设计方法仍需深度探讨.文中提出一种基于黏滞阻尼器延性需求的减震设计方法.首先,根据钢结构需求量化层间位移角性能目标及目标附加阻尼比,计算黏滞阻尼器延性需求,并确定黏滞阻尼器布置数量、进行控制效...     

SMA复合摩擦阻尼器性能的试验研究

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性效应及高阻尼性能,结合传统Pall摩擦型阻尼器的特点,提出了一种SMA复合摩擦阻尼器。在建立阻尼器力学分析模型的基础上,对SMA复合摩擦阻尼器的性能进行了试验研究,分析了位移幅值、加载频率等对阻尼器的等效刚度、单位循环耗能和等效阻尼比的影响,并与理论分析结果进行了对比。研究表明,SMA复合摩擦阻尼器在加卸载循环下会形成比较稳定的滞回曲线,表明这种阻尼器具有良好的耗能能力。     

轴向布置金属阻尼器力学性能研究

基于当前金属屈服消能器的应用特点和使用限制,提出一种轴向布置的金属阻尼器,其主要构造特征为耗能钢板直接与连接钢支撑组合,使得支撑与阻尼器组合为单一减震构件,解决了金属阻尼器需要斜撑对称布置的技术问题。推导了轴向布置金属阻尼器的屈服承载力、刚度计算公式;进行了构件的低周往复荷载试验,得到了轴向布置金属阻尼器的滞回曲线和骨架曲线,试验结果验证了有限元分析结果的准确性。同时,试验结果表明:轴向布置的金属阻尼器具有良好的延性和稳定的滞回性能。采用ABAQUS有限元软件对12组不同参数的轴向布置金属阻尼器进行数值模拟,研究了耗能板的不同布置方式、数量、耗能形式对阻尼器力学性能的影响,结果表明,耗能板宽厚比是轴向布置金属阻尼器滞回性能的最主要影响因素。     

波纹钢管铅阻尼器耗能性能分析研究

提出一种波纹钢管铅阻尼器,介绍了其构造、工作机理、布置形式及特点,采用ABAQUS软件,建立钢管阻尼器、波纹钢管阻尼器和波纹钢管铅阻尼器有限元模型,对其应力分布,传力路径和滞回性能进行模拟分析。结果表明:波纹钢管铅阻尼器耗能减震机理明确,工作性能和耗能性能稳定,滞回曲线饱满以及耗能能力强,具有良好的变形和延性,极限变形大;波纹钢管铅阻尼器通过在波纹钢管内设置铅芯使初始刚度、承载能力和耗能能力得到大幅度提高,既有效保持了波纹钢管的变形能力,又避免波纹钢管发生局部屈曲,使波纹钢管耗能能力得到充分发挥。波纹钢管铅阻尼器在1mm小位移下就可以进入耗能,而且很快进入稳定耗能状态,等效阻尼比稳定在0.3~0.4之间。     

基于高阻尼纳米复合材料的直角型黏弹性阻尼器的数值模拟

为提高装配式钢结构梁柱节点的抗震性能,首先通过熔融共混法制备高阻尼性能纳米偏高岭土/氟橡胶(NanoGmetakaolin/Fluororubber,NMK/FKM)复合材料,并对该新型材料进行4种频率下的动态力学性能试验和静态力学试验,然后以 NMK/FKM 纳米复合材料为核心耗能材料,对所提出的直角型黏弹性阻尼器进行 ABAQUS有限元模拟分析.研究结果表明:当频率为1．5Hz 时,NMK/FKM 纳米复合材料宽阻尼温域和 TA 值皆达到峰值,该工况下材料的阻尼性能最佳;直角型黏弹性阻尼器表现出刚度随位移幅值的增大而增大的动力特性;当频率为0．5、1．0和1．5Hz 时,阻尼器滞回特性表现出非线性特征,当频率升至2．0Hz时,滞回特性则为线性.随着黏弹性材料层厚度的增大,滞回环面积、阻尼器刚度和最大阻尼力逐渐减小;随着高跨比的增大,阻尼器耗能性能提升.通过调整阻尼器的高跨比和阻尼材料层厚度,可以进一步提高直角型阻尼器的动态响应.     

增设节点阻尼器的外附钢框架结构抗震性能试验研究

提出一种组合型减震结构,由钢框架、节点阻尼器和原结构连接组成,外附钢框架将节点阻尼器连接在原混凝土框架结构上形成的增设节点阻尼器的外附钢框架结构,节点阻尼器的剪切滞回变形可以减小结构自身需要消耗的能量,从而提高原结构抗震性能。对原混凝土结构和增设节点阻尼器的组合型结构进行了的振动台试验。通过分析结构在不同地震波激励下的加速度和位移响应,得出楼层加速度和层位移的减震效果。研究结果表明:该结构体系在小震作用下通过提高结构刚度来增强其抗震性能;在大震作用下则可借助节点阻尼器的变形耗能来提升结构耗能能力,结构加速度减震系数达到53%,层间位移减震系数高达72%,验证了增设节点阻尼器的外附钢框架结构的减震效果。     

X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力模型(Ⅰ)--基于双线性本构关系

利用软钢的双线性本构关系，依据经典力学原理推导建立了X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力滞回模型。首先，导出了单调加载下钢板阻尼器的力与位移关系及其渐近曲线；其次，对于软钢材料本构关系分别考虑在理想弹塑性和双线性强化模型基础上，推导建立了钢板阻尼器的阻尼力模型；最后，将钢板阻尼器的阻尼力模型及其参数与试验结果进行了比较，验证了理论模型的有效性，并分析了误差存在的原因。     

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。     

Analytical and experimental study on mild steel dampers with non-uniform vertical slits

This study proposes a novel mild steel damper with non-uniform vertical slits. The infl uence of different shapes of vertical slits of the core energy plate on the energy dissipation and buckling resistance capacities is analyzed. Based on the theoretical analysis, formulas of key parameters of the dampers, including the elastic lateral stiffness, shear bearing capacity and yield displacement, are derived. The effectiveness of the proposed damper is demonstrated through pseudo static tests on four 0.25-scale specimens. Performance of these dampers, i.e. cyclic deformation, stress distribution, energy dissipation capacity, etc., are presented and discussed. Using the numerical models of dampers calibrated through test data, earthquake time-history analyses were conducted, and it is observed that the dampers significantly reduce the seismic responses of the prototype frame and have a desirable energy dissipation capacity.