两类铅阻尼器的滞回性能研究

在研制一套具有竖向耗能能力的抗倾覆装置过程中,针对该装置对阻尼器的要求,设计了两种铅阻尼器,铅剪切阻尼器和钢铅组合耗能器。根据实验得出的两种铅阻尼器的滞回曲线的基础上,简化滞回规则,并通过算例分析,给出控制效果分析。分析表明,两种阻尼器对结构的竖向震动起到了一定的控制效果,适合工程应用。     

形状记忆合金复合黏滞阻尼器设计及分析

利用形状记忆合金的超弹性和滞回耗能特性,研制一种兼具自复位、高耗能及放大功能于一体的形状记忆合金复合黏滞阻尼器(Hybrid Shape Memory Alloy Viscous Dampers,简称HSMAVD),并通过试验研究形状记忆合金复合黏滞阻尼器在循环荷载作用下的力学性能;同时,基于改进的GraesserCozzarelli模型和普通粘滞阻尼器力学模型,建立了形状记忆合金复合黏滞阻尼器的恢复力模型,并对其力学性能进行了仿真分析。研究结果表明:形状记忆合金与粘滞阻尼器复合后具有良好的协同工作能力,可有效发挥形状记忆合金的超弹性和粘滞阻尼器的速度相关特性,使其具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力;仿真结果与试验结果吻合较好,验证了文中提出的恢复力模型的正确性,对形状记忆合金复合黏滞阻尼器的研发具有参考价值。     

变截面屈服L形金属阻尼器力学性能试验研究

针对常规金属阻尼器设计位移较小、抗疲劳性能差和制作安装复杂等不足,基于变截面塑性屈服设计思想提出一种L形金属阻尼器。在初步给出其工作机理及构造形式的基础上,设计并制作3组不同设计参数的L形钢阻尼器试件,通过拟静力试验研究其滞回规律、耗能能力和抗疲劳特性,分析了各项工作性能指标对设计参数的敏感性。试验结果表明:L形钢阻尼器能够实现变截面屈服及大位移变形,其滞回曲线呈饱满纺锤形,恢复力退化小,黏滞阻尼系数可稳定在0.5附近,具有良好的耗能能力和抗疲劳性能;该阻尼器初始刚度大,可满足结构不同抗震位移设计需求;影响该阻尼器滞回特性及抗疲劳性能的主要参数为L形耗能钢板高度和厚度。本文工作对结构抗震加固和减震设计提供了一种新的选择。     

新型舌板黏滞阻尼器力学性能试验研究

本文提出了一种新型舌板黏滞阻尼器,通过对该黏滞阻尼器进行低周循环加载试验和抗低周疲劳性能试验,研究并验证了该阻尼器的耗能性能、抗低周疲劳性能及恢复力模型。研究结果表明:选取合适参数的舌板式黏滞阻尼器滞回曲线饱满,耗能性能与抗低周疲劳性能良好。Maxwell模型能够较好地描述该阻尼器力学行为,反映阻尼器在各种试验工况下的出力情况。该阻尼器设计与加工简单,对工程结构的耗能减震有着实际意义。     

低屈服点钢剪切板阻尼器滞回性能试验研究

为改善传统滞变型阻尼器在小振动变形时不明显的耗能效果,利用国产低屈服点钢设计了5个剪切板阻尼器（LYPSSP）,并对其进行低周往复循环荷载试验,重点考察阻尼器核心板连接方式、高厚比、十字加劲肋对其滞回性能的影响。研究结果表明：核心板与翼缘板通过熔透焊缝连接与螺栓连接相比,构造简单、可靠度高且易加工;由国产低屈服点钢制作的剪切板阻尼器滞回曲线饱满,耗能性能好,在同一位移级别下循环的滞回曲线基本上重合,稳定性好,并且在整个循环加载过程中,强化现象非常明显,破坏之前也没有出现强度和刚度的突然改变;以P/Py为设计目标时,核心板高厚比越小、面外屈曲越小,滞回曲线就越饱满,耗能性能就越好;根据等效粘滞阻尼器系数和平均耗能指数,能够对阻尼器的耗能性能很好地做出评价。     

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.     

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。     

分级屈服型金属阻尼器减震性能分析

本文提出一种由两个不同尺寸的环形金属阻尼器套在一起形成的新型分级屈服型金属阻尼器,阐述了其构造形式和耗能机理,提出其三折线骨架模型并采用三折线随动强化模型模拟分级屈服型金属阻尼器的滞回性能,与试验结果进行了对比分析。利用SAP2000有限元分析程序,分别对纯混凝土框架结构和装有分级屈服型金属阻尼器的混凝土框架结构进行小震、中震和大震下的弹塑性动力时程分析。研究结果表明,分级屈服型金属阻尼器的滞回环饱满,三折线随动强化模型可以较好地模拟阻尼器的滞回特性,其预测结果与试验结果吻合较好。装有分级屈服型金属阻尼器的混凝土框架结构在不同水准的地震作用下均具有较好的抗震性能,结构的地震位移响应明显减小。小震下阻尼器内环开始屈服耗能,外环保持弹性,为结构提供附加阻尼和附加刚度。中震下阻尼器外环开始屈服,和内环一起耗能,实现了内外环分级屈服耗能。大震下阻尼器能有效地控制结构的位移响应,提高结构的整体抗震性能。     

两类铅阻尼器试验研究

在研制一套具有竖向耗能能力的抗倾覆装置过程中,针对该装置对阻尼器的要求,设计了两种铅阻尼器,铅剪切阻尼器和钢铅组合耗能器。为了了解两种阻尼器的力学性能,对这两种铅阻尼器分别进行了静力加载、静力反复荷载、动力性能实验以及MTS实验。实验分析结果表明,这两类阻尼器工艺简单,滞回环较为丰满,均能达到位移小阻尼力大、耗能稳定的目的,符合装置要求,适合于在工程中广泛应用。     

新型自复位连梁阻尼器设计及其力学性能数值模拟研究

为改善高层建筑联肢剪力墙抗震性能,消除传统连梁阻尼器残余位移较大或等效阻尼比较小等问题,设计了一种兼具耗能和自复位功能的形状记忆合金粘弹性连梁阻尼器（Shape Memory Alloy Viscoelastic Coupling Beam Damper,SVCBD）,给出了新型连梁阻尼器的构造形式和工作原理。利用拉普拉斯变换得到的粘弹性材料粘性系数以及超弹性形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）本构模型,基于ABAQUS仿真平台建立了SVCBD精细有限元模型;对SVCBD滞回特性进行了模拟分析,并与普通粘弹性阻尼器进行了对比。考虑了SMA丝束初始预应力度、横截面总面积和粘弹性材料层剪切面积等参数对SVCBD滞回特性的影响。分析结果表明:与普通粘弹性连梁阻尼器（Viscoelastic Coupling Beam Damper,VCBD）相比,SVCBD滞回曲线更加饱满,耗能能力更强,残余位移减小,初始刚度也大大提高,具有很好的耗能和复位效果;SMA丝束初始预应力大小、横截面面积（即配置数量）和粘弹性材料层剪切面积均对SVCBD的耗能和复位能力具有明显的影响。     

A simplified analytical model for U-shaped steel dampers considering horizontal bidirectional deformation

Hysteresis steel dampers are widely used in earthquake-resistant structures, where some of them are anisotropic and capable of sustaining earthquake-induced bidirectional deformation. In this paper, a simplified analytical model is proposed for simulating the hysteretic behavior of U-shaped steel dampers with horizontal bidirectional deformation. The proposed model is composed of a series of shear springs with different nonlinear characteristics in a radial configuration, and the Menegotto–Pinto hysteresis model is employed to represent the hysteretic characteristics of the springs. The mechanical and shape-related parameters of the hysteresis model are set according to the multi-directional deformation characteristics of steel dampers. With the aim of validating the effectiveness and applicability of the analytical model, a U-shaped steel damper was used as an example. The pseudo-static hysteretic characteristics of the steel damping element were analyzed and the elasto-plastic seismic response of a curved bridge featuring a steel hysteresis device was investigated. The results showed that the proposed model is sufficiently accurate to simulate the hysteretic behavior of U-shaped steel dampers, and thus provides a practical method to assess U-shaped steel dampers through seismic response analysis.     

极低屈服点软钢阻尼器恢复力模型的研究

本文通过试验和理论分析探讨极低屈服点软钢阻尼器的恢复力特性。随着塑性变形的发展将恢复力模型中的骨架曲线进行平移,其卸载曲线用Ramberg—Osgood函数来描述,由此得到的恢复力模型定义为骨架平移模型,将其应用于描述极低屈服点软钢阻尼器的恢复力特性、为了验证该馍型的有效性并确定合理的参数,对安装极低屈服点软钢阻尼器的3层钢框架结构进行了拟动力试验．同时用该骨架平移模型模拟极低屈服点软钢阻尼器的恢复力特性进行了大量的弹塑性地震反应分析,通过取用不同平移系数时的数值计算结果与拟动力试验结果的比较,发现平移系数为0．6左右时,该模型具有较高的精度。     

新型开孔H型钢阻尼器有限元分析

设计了分别开椭圆形孔和菱形孔的2种新型H型钢耗能器,阐述了它们的构造与耗能原理。采用有限元软件ABAQUS对开椭圆形孔、菱形孔和条形孔这3种新型耗能器的耗能性能进行数值分析,研究了开孔形状、肢宽与肢高等参数对新型耗能器耗能性能的影响。分析结果表明：新型H型钢耗能器具有饱满的滞回曲线,屈服位移较小、耗能性能稳定,耗能器的屈服位移、初始刚度和等效阻尼比随各肢钢板宽度增大（或高度减小）而增大;在开孔率相近或者肢宽相同的情况下,菱形孔H型钢耗能器的等效阻尼比要比条形孔和椭圆形孔的大,且应力分布更加均匀。     

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...     

Low cyclic fatigue and hysteretic behavior of U‐shaped steel dampers for seismically isolated buildings under dynamic cyclic loadings

Energy dissipation devices are necessary for base‐isolated buildings to control the deformation in the isolation system and to dissipate the earthquake‐induced energy. U‐shaped steel dampers (also known as U‐dampers) dissipate energy through plastic deformation of specially designed U‐shaped steel elements. This type of device can be installed at several locations in the isolation system. U‐dampers have been widely used in Japan for different types of isolated structures, such as hospitals, plants and residential buildings, since the 1995 Kobe Earthquake. Previous research has used static tests to estimate the performance of U‐dampers. However, the ultimate plastic deformation capacities and hysteretic behaviors of full‐scale U‐dampers under dynamic excitations still remain unclear. In addition, it is unclear whether the initial temperature has an effect on the hysteretic behavior and plastic deformation capacity of U‐dampers. In this paper, two series of dynamic loading tests of U‐dampers were conducted to evaluate the issues described earlier. The major findings of the study are (i) the loading speed has little effect on the plastic deformation capacity of U‐dampers; (ii) method to evaluate the ultimate plastic deformation capacities of U‐shaped steel dampers of different sizes is established using a Manson–Coffin relation‐based equation that is based on the peak‐to‐peak horizontal shear angle γ_t, which is defined as the lateral deformation amplitude (peak‐to‐peak amplitude) divided by the height of the dampers; (iii) the loading rate and the initial temperature have a minimal effect on the hysteretic behavior of the U‐dampers; and (iv) a bilinear model is proposed to simulate the force‐deformation relationships of the U‐dampers. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力模型（Ⅱ）——基于R-0本构关系

利用软钢的Ramberg-Osgood本构关系(R-O模型)，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，给出了循环加载下软钢材料的应力-应变R-O本构关系；其次，推导建立了基于R-O本构关系的钢板阻尼器的阻尼力模型；最后，将该阻尼力模型及其参数与试验结果和双线性强化模型进行了比较，验证了R-O理论模型的有效性，并分析了误差存在的原因。     

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。     

Development of steel dampers for bridges to allow large displacement through a vertical free mechanism

Isolation bearings and dampers are often installed between piers and superstructures to reduce the seismic responses of bridges under large earthquakes. This paper presents a novel steel damper for bridges. The damper employs steel plates as energy dissipation components, and adopts a vertical free mechanism to achieve a large deformation capacity. Quasi-static tests using displacement-controlled cyclic loading and numerical analyses using a finite element program called ABAQUS are conducted to investigate the behavior of the damper, and a design methodology is proposed based on the tests and numerical analyses. Major conclusions obtained from this study are as follows:(1) the new dampers have stable hysteresis behavior under large displacements;(2) finite element analyses are able to simulate the behavior of the damper with satisfactory accuracy; and(3) simplified design methodology of the damper is effective.     

三种阻尼减振结构抗震性能的对比分析

对设置两种新型摩擦阻尼器(T形芯板摩擦阻尼器和拟粘滞摩擦阻尼器)和粘滞阻尼器的单自由度结构及多层实际工程结构进行了时程分析研究。结果表明，一方面三种阻尼器都能有效地控制结构的反应，另一方面T形芯板摩擦阻尼器的位移控制效果略好于拟粘滞摩擦阻尼器，但是后者的加速度控制效果好于前者。