木质变摩擦阻尼器滞回性能的试验研究与理论分析

基于对摩擦阻尼器材料及构造的改进,研制了一种木质变摩擦阻尼器。对9个不同参数的木质变摩擦阻尼器试件进行了低周反复荷载试验,研究了阻尼器的滞回性能,分析了摩擦块的坡度、螺栓预紧力等因素对阻尼器耗能性能的影响。根据木质变摩擦阻尼器的构造特点及工作原理,建立了其力学分析模型,确定了适用于该摩擦阻尼器的滞回规则和相应的滞回模型,并利用试验数据对滞回模型进行了验证。研究结果表明：木质变摩擦阻尼器的输出力在大变形时显著提升,滞回曲线较为饱满,具有分阶段耗能的特点,表现出稳定且良好的耗能性能;木质变摩擦阻尼器的耗能能力与木质摩擦块坡度和螺栓预紧力呈正相关。建立的滞回模型能较准确地反映木质变摩擦阻尼器的工作性能,理论与试验滞回曲线吻合较好。     

大行程筒式铅剪切阻尼器性能的有限元模拟与试验研究

提出了一种大行程筒式铅剪切阻尼器,阐述了其基本构造及耗能原理。使用ABAQUS建立该阻尼器的实体模型,模拟其滞回特性,分析了阻尼器的四个设计参数对其耗能性能的影响,为设计提供参考。通过低周往复荷载试验,研究该阻尼器的滞回耗能性能。有限元分析和性能试验结果表明:该阻尼器的阻尼力与铅槽长度、轴径成线性关系,铅槽长度和轴径可作为阻尼器设计中提高阻尼力的稳定参数;铅槽厚度对阻尼器的挤压作用影响大,摩擦段长度对阻尼力中的摩擦力影响大,为提供稳定的阻尼力,在阻尼器的设计中,铅槽厚度与铅槽长度比值应小于0.25,摩擦段长度取阻尼器行程;阻尼器耗能能力较好,耗能性能稳定,能够满足结构耗能减震要求。     

拟线性摩擦阻尼器性能试验与有限元分析

提出一种拟线性摩擦阻尼器,其构造部件主要包括套筒、滑动轴和摩擦环。滑动轴与摩擦环同轴连接为一个整体,套筒中部的内径稍大于其他部位,在内壁形成很浅的凹槽,摩擦环装配在此凹槽内。通过合理设计,使得初始状态时摩擦环与套筒内壁保持间隙配合,二者接触面上无接触应力;而当滑动轴相对套筒左右移动时,摩擦环与套筒内壁形成过盈配合,在接触面上产生摩擦应力,偏离初始位置的移动幅度越大,接触面产生的摩擦阻力也越大,使该阻尼器提供近似线性滞回阻尼,即阻尼力的大小与位移幅值近似成正比,阻尼力的方向与速度相同。有限元数值模拟和试验研究结果表明：该阻尼器能够实现位移相关的线性滞回阻尼的基本特征,基于弹性力学给出的近似计算公式能够反映试验得到阻尼器滞回特性,可以用于阻尼器的初步设计。图12参23     

梁端弹簧自复位框架耗能节点试验研究

梁端弹簧自复位框架耗能节点是一种新型自复位节点形式,通过在梁端布置弹性恢复装置和节点阻尼器,使得节点具有确定的转动刚度和阻尼,可以同时实现结构的自复位和地震能量耗散。为了验证节点的可行性、研究其抗震性能,选择钢板弹簧作为弹性恢复装置、腹板屈服耗能金属阻尼器作为耗能装置进行节点构造,并对足尺梁端弹簧自复位框架耗能节点进行拟静力试验,得到无控节点和有控节点的试验滞回曲线和骨架曲线。试验结果表明,梁端弹簧自复位耗能框架有控节点试验的滞回曲线饱满、具有良好的耗能能力,通过无控节点试验的骨架曲线求得的节点转动刚度与预设设计值一致,表明采用梁端弹簧耗能节点构造自复位框架是可行的,为进一步研究整体框架抗震性能提供依据。     

“弹簧—坡面”变摩擦阻尼器性能试验与分析

传统的摩擦阻尼器往往只具有单一起滑力,很难兼顾中震与大震对阻尼器性能的要求.本文提出了一种“弹簧—坡面”机构,可以通过调整坡面角度与弹簧刚度使摩擦力与变形成正比,产生三角形滞回曲线.以此为基础,结合工程实际需要,又提出了弹簧—复合坡面机构,此机构能够产生“狗骨形”滞回曲线.本文推导出了弹簧—坡面机构及弹簧—复合坡面机构的阻尼力模型.并对—弹簧—复合坡面变摩擦阻尼器试件进行试验研究,包括等位移增量滞回循环试验、最大变形滞回循环试验,不同起滑力下阻尼器滞回性能试验等,试验所得滞回曲线稳定,满足工程中对阻尼器性能的要求.将试验结果与理论分析作对比,试验结果与理论解基本吻合.     

基于高强钢碟簧和复合摩擦材料的自复位消能减震阻尼器受力性能与试验研究

为提高建筑结构抗震韧性,实现震时响应可控,震后易修复的性能目标,提出一种基于高强钢碟簧和复合摩擦材料的自复位消能减震阻尼器,给出一种基本构造方案,分析阻尼器不同阶段的工作原理,理论推导滞回曲线及各阶段刚度、承载力计算公式。通过多次往复加载试验,对碟簧和摩擦片的基本性能,以及多次地震作用下阻尼器的滞回性能和低周疲劳性能进行了考察。试验结果表明,高强钢碟簧性能稳定,复合摩擦材料耗能能力优异;基于两者组合的自复位消能减震阻尼器具有良好的可调节刚度、承载力以及优异的自复位性能;阻尼器滞回耗能稳定,可实现震后功能恢复,低周疲劳性能好。提出的阻尼器工作过程中各阶段刚度及承载力计算公式与试验结果吻合较好,可为工程设计提供参考。     

黏滞-软钢阻尼器组合系统的协同减震性能研究

为验证大跨度桥梁纵向黏滞-软钢阻尼器组合系统的协同工作机理和减震效果,首先设计制作黏滞-软钢阻尼器组合系统试验模型,通过试验测试分别获得黏滞阻尼器和软钢阻尼器的力学参数;然后开展组合系统滞回试验,并将试验结果与Matlab仿真结果进行对比分析;最后以单自由度体系为例,仿真分析组合系统的协同减震性能,并与单独使用黏滞阻尼器的减震效果进行了比较。结果表明：黏滞-软钢阻尼器组合系统中阻尼器性能稳定,滞回曲线饱满,锁定装置工作可靠;组合系统可以实现低速下黏滞阻尼器工作和高速下由锁定装置切换至软钢阻尼器工作的设计理念,仿真模拟与试验结果基本一致;单自由度体系算例中,组合系统具有良好的协同减震性能,且优于黏滞阻尼器。     

考虑应变硬化的软钢阻尼器滞回模型及应用

设计了一种钢板开设条形孔的软钢阻尼器用于既有混凝土框架的减震加固,该阻尼器主要利用竖向板肢的平面内弯曲塑性变形提供耗能。首先通过低周反复加载试验研究了该软钢阻尼器的滞回性能,揭示了该软钢阻尼器具有滞回稳定、循环加载下应变硬化明显等特点。为建立考虑应变硬化效应的软钢阻尼器滞回模型,提出了采用Bouc-Wen材料与硬化材料并联的力学模型用于模拟软钢阻尼器的滞回性能,并在Open SEES程序实现其数值建模,编制了MATLAB计算程序用于确定滞回模型参数,数值模拟滞回曲线与试验结果匹配较好,该滞回模型能用于减震框架模型的非线性动力反应分析。给出了采用上述程序预测振动台试验软钢阻尼器滞回响应的应用算例。     

油阻尼器的力学性能试验研究

对国产的 BND- 10 0的油阻尼器在自行研制的试验装置上进行了力学性能试验 ,包括油阻尼器的滞回特性试验、极限位移试验和疲劳性能试验。由试验数据计算得出油阻尼器阻尼参数 ,并与在建中的某工程项目耗能减震设计所要求的阻尼值进行对比 ,为该工程耗能减震设计选用油阻尼器提供依据。试验研究结果表明 ,该油阻尼器具有稳定可靠的力学性能     

Pall型摩擦阻尼器的试验研究与数值分析

本文对一种改进的Pall摩擦阻尼器———T形芯板摩擦阻尼器的性能进行了试验研究和数值分析。试验内容包括摩擦片摩擦系数试验、阻尼器滞回性能试验。试验结果表明阻尼器的起滑摩擦力可由简单的摩擦片试验结果推算得到。通过滞回性能试验我们还发现,阻尼器起滑后恢复力基本保持不变,但是支撑拉力却呈显著增加趋势。考虑几何非线性的数值分析结果与滞回性能试验结果基本相符,这就意味着按传统简化计算方法设计的Pall型阻尼结构可能存在较大安全隐患。     

位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架减震效果及动力试验研究

为提高黏滞阻尼伸臂桁架在地震作用下的耗能效率,设计了一种带位移放大装置的黏滞阻尼伸臂桁架。对分别设置传统型和位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架的超高层结构进行有限元分析,对比了结构的地震响应及阻尼器的工作状态。通过动力荷载试验,考察两种黏滞阻尼伸臂桁架的滞回性能,对比阻尼器的位移及耗能,研究位移放大系数的变化规律,分析伸臂桁架刚度对黏滞阻尼伸臂桁架工作效率的影响。结果表明：相比传统型黏滞阻尼伸臂桁架,采用位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架可将阻尼器的耗能效率提高至原来的1.5~1.8倍,使结构获得更好的减震效果;位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架滞回曲线光滑、对称、饱满,具有良好的工作性能,且能有效放大阻尼器的工作位移并增大耗能;提出了黏滞阻尼伸臂桁架的位移放大系数的计算式,计算值与试验值吻合较好;为保证黏滞阻尼伸臂桁架的工作效率,建议伸臂桁架的刚度比取值不小于9。     

黏滞阻尼器在某教学楼减震设计中的运用

黏滞阻尼器由于其构造简单、材料经济、减震效果明显等优点,在实际结构振动控制中具有广泛的应用前景。以某学校的教学楼应用黏滞阻尼器的减震设计为例,介绍黏滞阻尼器减震结构的分析方法;对结构进行弹塑性时程分析,同时对比减震与非减震结构的抗震性能。分析结果表明,相比于非减震结构采用黏滞阻尼的减震结构的抗震性能得到了显著改善。     

位移放大型摩擦阻尼器减震结构的抗震性能研究

为了确保在输入位移较小时,阻尼器仍能发挥良好的耗能能力,设计了一种基于齿轮传动的位移放大型摩擦阻尼器。对该阻尼器进行拉压循环力学试验,研究位移幅值对其滞回性能的影响,指出位移放大型摩擦阻尼器的滞回曲线饱满,其输出力是普通摩擦阻尼器的η倍(η是大齿轮与小齿轮直径之比),故耗能能力更强。以一六层规则钢框架结构为算例,计算无控结构、普通摩擦阻尼器减震结构和位移放大型摩擦阻尼器减震结构的地震响应,结果表明：与普通摩擦阻尼器相比,位移放大型摩擦阻尼器可更好地控制结构的层间位移角和顶点位移,但二者对结构基底剪力的控制效果接近。     

U-T坡面变摩擦阻尼器力学性能及减震效果研究

为了解决摩擦阻尼器出力单一,无法适应各个水准地震的问题,提出了一种U-T坡面原型机构,当其发生远离完全咬合点的错动时,由于坡面作用,能够在法向产生增量变形,且在此过程中坡面保持连续接触。应用此原型机构,设计并制作了能够产生狗骨形滞回曲线的U-T变摩擦阻尼器,试验结果表明：阻尼器的阻尼力与设计值基本一致;阻尼器表现出良好的耐疲劳性能,满足JGJ 297—2013《建筑消能减震技术规程》中对摩擦消能器力学性能要求。针对阻尼器开展有限元分析,验证U-T变摩擦阻尼器工作机理及各部件受力工作状态;并采用ABAQUS的自定义材料接口UMAT,编写用于模拟狗骨形滞回曲线阻尼器的子程序进行数值模拟分析,以一设置该阻尼器的钢框架结构为例,对比分析狗骨形滞回曲线变摩擦阻尼器、普通摩擦阻尼器的减震效果。分析结果表明,狗骨形滞回曲线变摩擦阻尼器具有更好的减震效果,且对预紧力损失不敏感。     

预压弹簧自恢复耗能支撑受力性能分析与试验研究

预压弹簧自恢复耗能支撑由内管、外管、摩擦耗能装置及组合碟簧自复位装置组成,对其受力性能进行分析,并建立了描述该支撑滞回特性的恢复力预测模型。通过对预压弹簧自恢复耗能支撑的低周往复加载试验,研究其滞回特性、自恢复性能及耗能能力,并与建立的预测模型进行了对比分析。结果表明：预压弹簧自恢复耗能支撑具有稳定的“旗形”滞回曲线,耗能能力随摩擦耗能装置提供摩擦力的增大而增大,且碟簧间及碟簧与内管间摩擦可为支撑提供一定耗能能力;当碟簧预压力能够克服摩擦耗能装置提供的摩擦力时,支撑具有更好的自恢复性能。所建立的恢复力预测模型与试验的滞回曲线吻合较好,能够有效地反映支撑的实际受力情况。     

沌口长江公路大桥弹性—阻尼复合式减震装置的应用

国内部分斜拉桥采用传统液体黏滞阻尼器,一段运营期后,梁端累积位移过大,导致伸缩缝破坏,将对桥梁纵向变形与行车安全产生不良影响。为了解决这一问题,本文结合沌口长江公路大桥减震设计,提出了一种新型的弹性—阻尼复合式减震装置,即在传统阻尼器上增加弹簧装置,使其具有弹性复位功能。本文采用有限元分析软件MIDAS,建立沌口长江大桥空间模型,利用MIDAS提供的粘弹性消能器的Maxwell模型模拟该减震装置的本构关系,分析其阻尼参数与弹簧参数的变化对大桥动力和静力性能的影响。分析结果表明,通过调整阻尼参数与弹簧参数,该装置能有效减小地震作用效应、控制梁端纵向位移,并能提高塔柱第二类稳定性和降低主塔、主梁、斜拉索的应力幅,从而提高全桥耐久性。     

钢铅粘弹性阻尼减震结构抗震性能分析研究

提出了钢铅粘弹性阻尼器,对钢铅粘弹性阻尼器构造进行了介绍,对阻尼器进行了性能试验.基于阻尼器试验结果,采用PERFORM 3D软件中的三线性模型对阻尼器单元进行模型,对布置钢铅粘弹性阻尼器结构和无耗能支撑的普通结构进行了多遇地震和罕遇地震作用下的非线性时程分析.分析结果表明:采用三线性模型模拟阻尼单元得出的滞回曲线饱满,与试验滞回曲线吻合的较好,分析时采用三线性模型模拟阻尼器的滞回性能是可行的;钢铅粘弹性阻尼减震结构的层间位移和剪力相比于普通结构都有明显减小,能较好地控制结构的地震反应;在罕遇地震作用时钢铅粘弹性阻尼器能吸收大量地震输入结构能量,减小结构构件产生的塑性变形,保护主体结构安全.     

扇形铅粘弹性阻尼减震混凝土框架结构节点抗震性能试验对比研究

为研究扇形铅粘弹性阻尼器对混凝土框架结构节点抗震性能的影响,对扇形铅粘弹性阻尼减震混凝土框架节点和混凝土普通框架节点进行了低周反复加载试验,对比研究了两者的破坏模式、滞回耗能性能、承载能力、位移延性、强度退化和梁端受力筋应变等变化。结果表明:扇形铅粘弹性阻尼减震框架节点中由于阻尼器的影响,使其梁端塑性铰外移,减缓和控制了节点核心区裂缝开展,保护了节点。扇形铅粘弹性阻尼减震试件,其滞回曲线相对普通试件饱满,呈"弓形",节点塑性变形能力强,能够吸收大量地震能量。扇形铅粘弹性阻尼器对框架节点的开裂荷载、屈服点位移延性能力、极限承载力及总体滞回耗能能力的提高较为明显,刚度和强度退化曲线也较为平缓。     

设置新型自复位阻尼器的隔震结构动力响应控制效果分析

针对常规黏滞阻尼器不具备自复位能力的问题,研发新型自复位阻尼器,该阻尼器主要由导杆、密封外筒和碟形弹簧组成。通过构造设计,可使阻尼器受拉和受压时碟形弹簧均处于压缩状态,从而为阻尼器提供弹性恢复力。根据阻尼器工作原理与力学特性建立阻尼器理论滞回模型,采用有限元分析软件SAP2000建立无控结构、常规隔震结构和自复位隔震结构模型,分别进行动力响应分析。研究结果表明,新型自复位阻尼器不影响结构自振周期,可使结构加速度和位移得到有效控制;对于自振周期与地震动卓越周期相近的结构,新型自复位阻尼器动力响应控制效果优于常规黏滞阻尼器;数值模拟计算得到的新型自复位阻尼器滞回曲线饱满,呈双线性特征,与理论滞回模型相符。     

带位移放大装置新型阻尼墙结构的地震响应分析

基于黏滞阻尼器的耗能原理,针对地震时阻尼器位移小的特点,提出一种可提高阻尼器耗能能力的位移放大装置,并在此基础上设计出一种黏滞阻尼墙。针对黏滞阻尼器力学模型,增设放大装置后,得到带放大系数的黏滞阻尼墙力学模型。以12层框架为例,利用有限元软件分析比较带放大装置的黏滞阻尼墙减震结构与常规阻尼器建筑结构的减震效率。在加速度、层间位移、层间剪力等地震响应的控制效果方面,基于文中提案采用放大装置的减震结构更为有效。