剪切金属软钢阻尼器设计与试验研究

伴随着地区抗震等级的提高,在建建筑不得不进行加固,剪切金属软钢阻尼器的初始刚度大、耗能好和体积小的特点,可对在建建筑进行加固。分析剪切金属软阻尼器的构造形式及工作机理,加工了2组不同截面尺寸,每组3个试件的剪切金属软钢阻尼器,进行水平滞回试验,研究其水平滞回性能、疲劳性能和耗能性能。研究表明,剪切金属软钢阻尼器具有稳定的水平滞回性能、良好的疲劳性能和较好的耗能性能。     

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。     

Z型支撑分级屈服阻尼器抗震性能研究

为实现阻尼器分级耗能屈服,文章提出一种基于Q235钢材由内部Z型支撑及两侧开孔钢板组合形成分级屈服金属阻尼器。通过对3组不同肢高Z型支撑分级屈服阻尼器施加水平低周往复位移加载,进行试验与ABAQUS模拟抗震滞回性能分析,探究Z型支撑分级屈服阻尼器耗能状态及抗震性能,揭示该阻尼器的耗能机理与破坏模态。研究结果表明：阻尼器可实现分级屈服,随着肢高减小,Z型支撑分级屈服阻尼器能更有效提高主体结构抗震滞回性能。     

带竖缝及金属阻尼器混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究竖缝设置金属阻尼器的混凝土剪力墙抗震性能,进行了两个1/2缩尺构件的拟静力试验。分析了带竖缝及金属阻尼器剪力墙结构的承载能力与变形性能,探讨了结构在地震作用下的破坏机理、滞回特性、延性及耗能能力。试验结果表明:带竖缝及金属阻尼器混凝土剪力墙同普通混凝土剪力墙相比,承载力和刚度降低不大,竖缝的设置增大了墙体的高宽比,延性得到提高,竖缝内设置金属阻尼器、参与耗能,使滞回曲线面积更饱满,从而提高了剪力墙的抗震性能。     

新型蝶形金属阻尼器力学性能试验及其应用研究

文章提出一种新型蝶形金属阻尼器(butterfly metallic damper, BMD),其由连接端头、传动部件及U形金属耗能元件共同组成。具有耗能功效的U形金属元件通过高强螺栓与传动部件相互连接。因此,BMD阻尼器中的耗能元件具有较好的装配性能及震后可快速更换的特点。通过试验结合数值仿真的形式系统研究U形金属元件平直段长度、宽度、厚度及高度等参数对其减震耗能的影响规律。以多层框架为例,对比分析在地震作用下以不同形式(对角撑、肘节式、多重肘节式)安装BMD阻尼器对框架结构层间位移的降低效果。研究结果表明：在循环荷载作用下BMD阻尼器具有稳定的滞回性能、滞回曲线饱满且无捏缩现象;相对于对角撑的安装方式,肘节式及多重肘节式系统可有效放大BMD阻尼器的端头相对位移,从而提升其滞回耗能能力;安装BMD阻尼器可明显降低框架结构在其安装平面内的层间位移响应。     

金属耗能器的类型、性能及工程应用

金属耗能器是利用金属不同形式的弹塑性滞回变形来消耗能量。近年来，国内外研究开发了许多不同类型的金属耗能器，其中一些类型的金属滞回耗能器已在新建建筑和抗震加固工程中得到应用。本文介绍了几种应用较为广泛的新型金属耗能器的原理、构造、性能以及在实际工程的应用，并提出了今后需进一步研究解决的问题。     

某教学楼使用墙式金属阻尼器减震设计与分析

墙式金属阻尼器具有耗能能力强,滞回性能好,构造简单、造价低、维护方便等优点,目前已广泛应用于建筑结构的减震控制中。以墙式金属阻尼器应用于某学校教学楼的减震设计为例,介绍了墙式金属阻尼器减震结构的分析方法;在对减震结构小震的弹性和大震的弹塑性进行时程分析的同时,还对减震结构和非减震结构的抗震性能进行了对比分析。分析结果表明附加了墙式金属阻尼器后的减震结构,与非减震结构相比层间位移角减小,达到了预期的抗震目标。     

H型钢阻尼器实验与数值仿真

吸收国内外软钢阻尼器的研究成果,通过实验与数值仿真对H型钢阻尼器的滞回性能和恢复力模型进行了研究,表明H型钢阻尼器采用弹塑性材料模型在循环荷载作用下具有良好的耗能性能。通过分析说明构造简单,屈服强度大的H型钢阻尼器能应用于实践,在相同的耗能能力下比其他软钢阻尼器生产成本更低。     

某教学楼抗震设计中软钢阻尼器的运用分析

现今已研发并应用于工程实际的阻尼器有多种形式,软钢阻尼器是较常见的一种。软钢是指硬度小、含碳量低的低碳钢,在进入塑性状态后具有良好的滞回特性,可以在弹塑性滞回变形过程中吸收大量地震能量。软钢阻尼器充分利用了软钢具有较好的屈服耗能性能和进入塑性阶段后良好的滞回特性。软钢阻尼器在实际结构振动控制中具有广泛的应用前景。本文以某学校的教学楼应用软钢阻尼器的减震设计为例,通过对结构进行弹塑性时程分析及对比应用软钢阻尼器的减震结构与非减震结构的抗震性能可知,应用了软钢阻尼器的减震结构具有良好的减震抗震效果,相比于非减震结构抗震性能有显著改善。     

三阶段屈服金属阻尼器抗震性能研究

总结了弯曲屈服型、剪切屈服型、轴向屈服型及弯剪组合屈服型4种不同耗能机理的分阶段屈服金属阻尼器的研究现状。在此基础上,提出了一种由矩形剪切钢板和U形弯曲钢板组合的三阶段屈服金属阻尼器,分析了其构造形式、耗能机理及设计参数。利用有限元软件ABAQUS对其进行模拟,结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满,耗能性能优良,在不同强度地震作用下能依次实现各耗能钢板的分阶段屈服的目标,以期为分阶段屈服金属阻尼器在实际工程应用中提供借鉴。     

复合式金属型阻尼器的试验研究及数值仿真分析

铅挤压型阻尼器初始刚度大,屈服强度高,耗能能力好,被广泛应用于结构减震控制中。然而由于研究者对铅金属力学性质的研究及模拟不足,常常导致数值模拟结果与试验结果存在不同程度的差异。对一种新型的铅-挤压型阻尼器(LED)——复合式金属型阻尼器(MAB)进行试验研究,采用DEFORM-3D软件对该型阻尼器进行较为系统地数值仿真分析。通过对比分析试验结果与数值仿真结果可知:复合式金属型阻尼器具有优良的耗能能力,且在大位移下具备良好的结构限位能力,挤压区域尺寸、轴突高度、轴突与阻尼器腔体间的间隙等参数显著影响其耗能能力;有限元仿真过程中,铅金属的力学模型的选择对仿真结果有显著影响,DEFORM-3D在金属耗能器仿真模拟中的应用效果良好。     

电磁耗能减震器及其在工程中应用

分析了耗能减震器的研究现状和发展,指出了现有摩擦耗能器的不足。在已有研究基础上,对原有电磁摩擦耗能器进行了改进,得到了一种受力特性良好并且可应用于实际结构工程的摩擦耗能器。根据力与位移的关系,建立了电磁摩擦耗能体系的恢复力模型。通过能量法得出了耗能减震体系的能量方程,给出了设计耗能减震体系的设计方法和公式,为其在结构工程中的应用提供了理论基础。     

平面内剪切型软钢阻尼墙偏心受力减震性能研究

提出一种平面内剪切型软钢阻尼墙,通过对其进行基本力学性能试验和疲劳性能试验,分析该软钢阻尼墙的减震性能。考虑到实际工程应用中阻尼墙会发生平面外变形,设计具有平面外初始偏心的阻尼墙试件,研究其在偏心受力时的减震性能变化规律。结果表明,该软钢阻尼墙在平面外偏心情况下仍表现出良好的滞回性能和疲劳性能,但受偏心影响,阻尼墙试件的初始刚度、等效刚度、耗能量及耗能比等较平面内试件均有不同程度的下降;对比阻尼墙的基本力学性能,其疲劳性能受偏心荷载的影响更大,偏心受力试件较平面内试件的屈服荷载和耗能量的降幅均超过6%。数值模拟分析表明,采用Bouc-Wen模型可以较好地模拟该软钢阻尼墙的试验滞回曲线,该模型在减震结构设计中可用作此软钢阻尼墙的力学分析模型。     

A study on the energy penalty of various air-side system faults in buildings

Automatic fault detection and diagnosis (FDD) can help enhance building energy efficiency by facilitating early detection of occurrence of system faults, especially those of air-conditioning systems, thus enabling rectification of the faults before much energy is wasted due to such faults. However, building owners may not invest in FDD unless they are convinced of the energy cost savings that can be achieved. This paper presents the results of a study on the energy cost impacts of a range of common system faults in variable air volume (VAV) air-conditioning systems, which are widely adopted for their good part-load energy efficiency. The faults studied include room air temperature sensor offset, stuck VAV box damper, supply air temperature sensor offset, stuck outdoor air damper and stuck/leaking cooling coil valve. The simulation results indicate that some faults may significantly increase energy use in buildings, for example, negative room air temperature sensor offset, stuck open VAV box damper, negative supply air temperature sensor offset, stuck open outdoor air damper and stuck open and leaking cooling coil valve. Since building occupants may adapt to the symptoms of these faults, such as reduced room air temperature, and thus may not complain about them, the occurrence of such faults are not immediately apparent unless a FDD system is available. Some other faults, e.g. positive supply air temperature sensor offset, positive room air temperature sensor offset, stuck closed cooling coil valve and stuck closed VAV box damper, may allow less energy to be used but will lead to unbearable indoor environmental conditions, such as high indoor temperature. Such faults, therefore, can easily be detected even without a FDD system, as there will be feedback from the building occupants.     

双向扭转型金属阻尼器的研究

目前铅阻尼器多数是采用使铅发生相对平行移动的位移从而产生塑性变形,以此消耗外部能量。由于要提供相对平动,使一般的阻尼器都构造复杂。针对以上情况本文提出一种新型的阻尼器——双向扭转型金属阻尼器。该阻尼器利用铅可再结晶的特性,通过金属扭转变形,从而使铅消耗能量。实现了构造简单,原理简明并且可以提供有效阻尼的目的。     

Dynamic experimental and numerical study of double beam–column joints in modern traditional‐style steel buildings with viscous damper

Modern traditional‐style steel (MTS) structure is an innovative architecture structure that is widely used in China. This paper explores the possibility of using viscous damper, which can be conveniently installed between beam and column, to replace “sparrow brace” at beam–column joints to improve its seismic capability. Three 1/2.6 scaled MTS double beam–column joints, one without viscous damper and two with viscous damper, were fabricated and tested under dynamic cyclic loading. The results indicated that the primary failure modes were cracking of base metal and local bucking at the beam ends. The hysteretic curve of specimens with viscous dampers was more plump than the common specimen without viscous dampers, indicating better energy dissipation capacity. The displacement ductility ratio was about 1.79–1.96, indicating the viscous damper has little effect on the ductility, whereas in plastic stage, the energy dissipation of specimens and viscous damper increased rapidly, indicating great energy dissipating function of viscous damper. Meanwhile, the results also proved that finite element analysis may stimulate and predict the mechanical behavior of MTS double beam joints with viscous dampers.     

基于高强钢环簧的摩擦耗能自复位消能减震阻尼器受力性能与试验研究

可恢复功能结构是目前地震工程研究的热点,也是未来发展趋势,以可恢复功能结构为背景,提出了基于高强钢环簧摩擦耗能的自复位消能减震阻尼器,分析了阻尼器的工作原理并给出了构造方案。通过低周往复加载试验考察多次序列地震作用下阻尼器的抗震性能。试验结果表明：采用高强钢环簧的自复位消能减震阻尼器变形能力可调节、自复位性能优良;滞回性能稳定,具有良好的抗震可恢复性;环簧锥形摩擦面处理工艺对阻尼器自复位性能与耗能能力会产生一定影响,当摩擦系数增大时,自复位性能有所降低,但耗能能力增大;所提出的阻尼器理论刚度预测公式计算结果与试验结果吻合较好,可为工程设计提供参考。     

基于能量和控制效果指标的黏滞阻尼器优化设计

提出以能量和控制效果指标为目标函数的黏滞阻尼器优化设计方法。基于黏滞阻尼器参数对其滞回曲线的影响,在分别以加速度控制效果指标和能量为目标函数的情况下,采用遗传算法对黏滞阻尼器进行了布置及参数的同步优化,在综合考虑了位移控制效果指标、加速度控制效果指标及能量的情况下,再次对黏滞阻尼器进行了优化设计,将三种黏滞阻尼器优化设计结果与传统设计结果进行了比较,并分析了四种阻尼器设计结果对地震的敏感性。研究表明:考虑能量的黏滞阻尼器优化设计是有效的,在目标函数中引入能量可以减小设计结果对地震波的敏感性。     

一种剪切型铅阻尼器及其在某火电厂房中的应用

首先介绍了一种新型剪切型铅阻尼器,该剪切型铅阻尼器构造简单、制作成本低,性能试验表明,该阻尼器能够提供与常规剪切型铅阻尼器相近的滞回曲线。然后介绍了该剪切型铅阻尼器在某火电厂房减震控制中的应用,在小震作用下,阻尼器能够为结构提供2%附加阻尼比,非线性时程分析对此进行了验证,在大震作用下,通过Pushover分析表明,安装阻尼器后的结构具有很好的抗震性能,在震后可继续使用。