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。     

一种新型金属变摩擦耗能器的研发与应用

基于被动控制理论,提出一种新型的金属变摩擦耗能阻尼器。通过改变金属摩擦面的摩擦面积,使摩擦系数具有随位移改变而变化的特性。在金属摩擦学理论的基础上,建立了金属变摩擦耗能器的阻尼力计算模型与产品的开发。理论计算与实验数据表明：新型金属变摩擦耗能器的减震性能显著优于常规阻尼器,避免了传统阻尼装置（如油阻尼器）存在的造价高、维护复杂、易漏油的问题;克服了常规摩擦耗能器不能在不同大小荷载作用下保持同样控制效果的缺点,能做到抗震耗能器在不同荷载下保持很好的抗震效果,真正做到＂小震小位移少耗能,大震大位移多耗能＂的智能控制。     

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。     

铅橡胶复合阻尼器的性能试验研究

介绍作者提出的铅橡胶复合阻尼器的构造与耗能原理，通过不同形状，不同大小铅心的8个铅橡胶复合阻尼器的循环荷载试验，研究了频率、应变幅值、循环次数、铅芯直径、竖向压力等对铅橡胶复合阻尼器的影响规律。研究结果表明，铅橡胶复合阻尼器工作性能稳定，耗能性能和抗疲劳性能好。     

组合式铅橡胶复合阻尼器的性能试验研究

研究提出了组合式铅橡胶复合阻尼器,对该阻尼器的力学性能和疲劳性能进行了试验研究,分析了频率、应变幅值、铅芯直径、循环次数对阻尼器性能的影响规律。研究结果表明,组合式铅橡胶阻尼器具有很好的工作性能和耗能性能。     

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。     

不同构造参数对圆环耗能器性能的影响分析

设计了13组不同构造参数的圆环耗能器,采用ABAQUS软件对安装在支撑框架结构中的圆环耗能器进行参数分析,研究圆环钢板厚度、圆环外直径、支撑角度、圆环钢板局部削弱形式和削弱深度对圆环耗能器性能的影响。研究结果表明：圆环耗能器滞回曲线稳定、饱满,塑性耗能能力强;随着圆环钢板厚度的增加或者圆环外直径的减小,圆环耗能器初始刚度和屈服力增大;支撑与横梁之间的角度对圆环耗能器性能有一定影响,交叉支撑角度宜取45°左右;圆环钢板局部削弱圆环耗能器比不削弱圆环耗能器具有更好的耗能效果;圆环钢板局部削弱形式宜采用圆弧式,且钢板削弱深度宜控制在圆环钢板宽度的20%~30%。     

工字型钢铅组合耗能器的非线性有限元模拟

钢铅组合耗能器将钢和铅2种材料巧妙地进行组合,具有制作工艺简单、经济性好等优点。在一种工字型钢铅组合耗能器试验研究的基础上,借助有限元分析软件ANSYS,考虑钢和铅2种材料本构模型的非线性以及2种材料之间的接触作用,建立了这种耗能器的非线性有限元计算模型,对耗能器进行数值模拟;在此基础上对安装耗能器的Benchmark结构进行了地震反应分析。研究结果表明建立的有限元模型能够准确描述耗能器的力学性能,耗能器具有良好的滞回性能和稳定的耗能特性,是一种优良的耗能元件;工字型钢铅组合耗能器减震效果明显。     

新型自复位变摩擦阻尼器试验研究

目前阻尼器运用广泛,但传统摩擦阻尼器无法适应不同的振动强度,且在地震作用后损坏严重,没有自复位功能。文章利用形状记忆合金的超弹性,提出一种新型的自复位变摩擦阻尼器,介绍了阻尼器的构造、基本工作原理并推导了其力学模型,之后对阻尼器进行了力学试验。得到如下结论：该阻尼器不仅能在不同等级地震作用下满足耗能要求,还具有良好的自复位能力;力学试验得到的滞回曲线与理论推导的力学模型吻合较好,印证了力学模型的正确性;该阻尼器耗能能力随着合金丝直径、螺栓预紧力和坡面坡度的增大而增强;残余位移随着合金丝直径和坡面坡度增大而减小、随着预紧力增大而增大。     

基于耗能连梁钢板阻尼器的高层结构耗能减振分析及应用

为改善传统连梁钢板阻尼器的适用性,提出了一种新型耗能连梁钢板阻尼器的设计方法,通过对阻尼器工作区域的划分与设计,使新型阻尼器充分发挥耗能作用,有效地提高了结构整体耗能能力。基于有限元软件ABAQUS模拟低周反复荷载作用下墙肢与阻尼器的应力应变状态,以验证所提出的新型阻尼器的设计方法及端部嵌固区的可靠性,并通过对原结构和实施耗能连梁钢板阻尼器结构进行弹塑性时程分析,探讨其改进后的抗震性能。研究结果表明,新型嵌固区构造不仅能够保证阻尼器与墙肢协同工作良好,还能大大降低施工难度;通过实施该阻尼器,可形成耗能连梁及抗震多道防线,在连梁钢筋混凝土部分损伤较为严重的情况下,仍能保证连梁具有一定的延性和耗能能力。     

具位移放大机制的流体黏滞阻尼器性能及减震效果分析

为了解决结构层间位移过小对阻尼器性能发挥的影响,依据机械原理,应用齿轮机构,提出了1种新型具位移放大机制的流体黏滞阻尼器,然后根据幂律流体的本构关系,推导了阻尼器力学模型并分析了其耗能减震能力,结果表明该阻尼器耗能能力可放大λ~(1.2)~λ~2倍,其中λ为大小齿轮的直径比。最后选择一12层钢筋混凝土框架结构,分别按不安装黏滞阻尼器、安装普通黏滞阻尼器和安装位移放大2倍黏滞阻尼器3种工况进行多遇和罕遇水准下的时程分析,分析结果表明:安装黏滞阻尼器结构的层间位移角均有不同程度的减小,位移放大2倍黏滞阻尼器减震效果优于位移未放大的黏滞阻尼器,多遇地震水准下的减震效果好于罕遇地震水准下的减震效果;安装位移放大黏滞阻尼器,对顶层的加速度控制效果较其它楼层的好,对层间位移的控制效果好于对加速度的控制效果。     

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。     

一种新型变形可恢复SMA阻尼器力学性能的研究

利用形状记忆合金（Shape Memory Alloy,简称"SMA"）丝材的超弹性与复位弹簧特性,开发出一种新型变形可恢复SMA阻尼器,以增强其变形可恢复的能力。同时,为了解决SMA丝材在实际工程中锚固难的问题,提出了一种新型可调节夹具,不仅解决了SMA丝材的不易锚固问题,而且增强了调节预应变的能力。对所提出的新型SMA阻尼器进行了循环加载试验研究和数值仿真分析,探讨不同加载频率及位移幅值对其力学性能的影响,建立了恢复力模型。结果表明:新型SMA阻尼器在循环荷载作用下滞回性能稳定,具有良好的耗能性能;内置弹簧对新型SMA阻尼器变形可恢复能力有较大帮助。基于所建立恢复力模型的数值模拟结果与试验结果符合情况很好,验证了阻尼器恢复力力模型的正确性。     

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。     

剪切钢板阻尼器研究与应用进展

文章对国内外剪切钢板阻尼器的研究与应用进展进行了综述,介绍了剪切钢板阻尼器的构造、耗能原理、性能特点、工程应用实例等,作者从所得的研究成果中重点概括了腹板宽厚比、腹板削弱情况、翼缘宽厚比、翼缘所用钢材、翼缘形状、加劲肋设置方式等对剪切钢板阻尼器耗能能力及限制腹板发生面外失稳能力的影响,同时深入分析了剪切钢板阻尼器在研究和应用中存在的问题,并指出了今后应重点研究解决的若干问题。     

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。     

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。     

磁流变耗能器性能的试验研究

磁流变耗能器是新型的智能型耗能器,是实现半主动控制的理论元件。本文在文献「３」的基础上设计制作了磁流变耗能器是新型的试验研究了耗能器的磁场强度,阻尼性能和响应时间,为此类耗能器用于结构被动减振和主动控制提供了基础。     

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。     

节点连接形式对轻型门式刚架滞回性能影响研究

本文针对端板竖放、平放和斜放柱脚铰接1/2榀1/2缩尺变截面门式刚架进行滞回性能研究,每种连接形式3个试件。试验对比分析了不同端板连接的破坏形式、P-Δ滞回曲线、骨架曲线、刚度退化情况以及螺栓的内力分布规律。研究结果表明:3种连接形式的门式刚架塑性变形能力较差,耗能能力较低;端板越厚、螺栓等级越高、数量越多的节点刚度越大,但后期刚度退化越严重。端板竖放与平放连接接近刚性节点,斜放节点的变形能力优于其它两种形式,相应的刚架耗能能力也较好,但承载力较低;综合分析破坏模式、承载力和变形能力等,建议设计时优先选用端板竖放连接形式。