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。     

U型软钢阻尼器的设计及力学性能分析

文章提出了一种U型软钢阻尼器,并根据该阻尼器的受力特点,建立了相应的力学分析模型。同时,运用ANSYS有限元软件模拟了该阻尼器的滞回特性,获得了其主要力学性能参数,并与所建立的力学分析模型进行了对比分析,二者基本一致。从分析结果可以看出,本文所设计的U型软钢阻尼器具有良好的受力性能和理想的滞回耗能特性。     

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。     

波形反对称软钢阻尼器力学性能试验研究

设计了一种波形软钢阻尼器，针对其滞回力学特性和耗能减震能力，进行了2个波形钢板不同放置形式的波形软钢阻尼器的拟静力试验,试验结果表明波形软钢阻尼器具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力。其中由于竖向波形软钢阻尼器在水平方向会产生拉压应力场，压缩刚度大，导致其滞回性能和延性均比水平波形软钢阻尼器的差。在整个试验加载过程中，未出现焊缝撕裂现象，说明二氧化碳保护焊可以很好地保证阻尼器整体结构承载和变形能力。利用ABAQUS有限元分析软件建立6个波形软钢阻尼器模型，以试验中的水平波形软钢阻尼器作为基本模型，钢板厚度和波角两个因素作为变量，进行数值分析，结果表明:模拟分析与试验结果吻合较好；当钢板波角为60°时，波形软钢阻尼器力学性能最优；钢板厚度过大会使阻尼器角部应力集中，过早产生局部屈曲，而厚度偏小会使得阻尼器的耗能能力和承载能力不佳，钢板厚度取值6 mm时力学性能最佳。     

新型双耗能板剪切型软钢阻尼器耗能性能

提出一种双耗能板剪切型软钢阻尼器,对其耗能性能进行研究。新型剪切型软钢阻尼器的耗能板由2块低屈服点钢叠合组成。通过普通剪切型软钢阻尼器已有试验结果与有限元模拟结果对比,确定模拟方法的可靠性。采用ABAQUS对双耗能板剪切型软钢阻尼器进行了有限元分析,结果表明,新型剪切型软钢阻尼器滞回曲线饱满、稳定。双耗能板剪切型软钢阻尼器占用空间及连接板用钢量仅是普通型软钢阻尼器的一半,且防屈曲与疲劳性能更优,具有广阔的应用前景。     

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。     

高烈度地震区带软钢阻尼器的框架-核心筒结构抗震性能分析

减隔震技术是当前抗震研究的热点,其中,软钢阻尼器是结构被动控制中耗能减震装置的一种。软钢阻尼器在地震时,通过软钢发生塑性屈服滞回变形而耗散输入结构中的能量,从而达到减震的目的。由于构造简单,力学概念明确,技术性能可靠且易实现,软钢阻尼器已成为较多应用于高层建筑抗震的减震技术之一。本文利用NosaCAD有限元分析软件,对某高层建筑进行了非线性时程分析,并对该高层建筑应用软钢阻尼器进行设计,计算中用斜向阻尼器进行模拟。基于9度罕遇地震进行设计,通过分析结构的位移响应、损伤发展以及阻尼器的滞回曲线等性能指标,验证了软钢阻尼器对于高烈度地震区高层建筑减震的作用。     

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。     

X形软钢阻尼器的滞回性能分析

对软钢阻尼器进行了介绍,通过对X形软钢阻尼器的循环加载试验结果的分析,证明了X形软钢阻尼器具有良好的滞回性能,能够达到较好的减震效果,从而提高人们对X形软钢阻尼器的认识,推广X形软钢阻尼器的应用。     

分阶段耗能软钢阻尼器的实现方法及数值模拟

分析了软钢阻尼器分阶段屈服的优点和几种实现方法,并通过改变耗能软钢片的屈服强度和厚度的方法,采用两种不同的软钢片,设计出了一个弯曲屈服型软钢阻尼器。利用有限元软件ABAQUS对其进行了模拟分析。结果表明:软钢阻尼器具有较好的滞回耗能性能,能够实现分阶段屈服的目标,即小震作用下部分软钢片进入屈服耗能阶段,中震、大震作用下所有软钢片进入屈服耗能阶段。为分阶段屈服软钢阻尼器在工程中的应用起到一定的借鉴作用。     

形状优化的装配式剪切型金属阻尼器力学性能研究

为了解决剪切型金属阻尼器应力集中和焊接区的热应力影响问题，提高其耗能效率，提出一种采用等应力线优化形状的装配式剪切型金属阻尼器。根据弹塑性力学J2理论寻找在一定外力条件下的等应力线，以等应力线同时进入屈服为条件设定剪切型金属阻尼器耗能片形状，并进一步推导了供设计使用的阻尼器初始刚度与承载力的计算式；建立了阻尼器的精细有限元数值模型，以模拟其低周往复加载的力学性能，分析阻尼器的变形模式与耗能能力，并进行了4个阻尼器的拟静力试验研究。试验与数值分析结果表明：提出的阻尼器初始刚度与承载力计算式的计算值与数值分析和试验结果吻合较好；形状优化阻尼器具有良好的低周疲劳性能与稳定的耗能能力；与未优化阻尼器相比，形状优化剪切型金属阻尼器的塑性变形分布更加均匀，最大累积等效塑性应变明显减小；采用全螺栓连接，易于更换。     

阻尼器力学性能的试验方法与分析

根据阻尼器的加载过程分析,提出了阻尼器耗散功率概念。对耗散功率谱法和传统滞回曲线法在评价阻尼器耗能能力方面进行了比较,特别在复杂加载情况下,耗散功率谱法具有显著的优点。通过对单调加载中因加载波形不同而导致耗能的变化的分析,提出了阻尼器耗能性能的综合评价方法。     

不锈钢复合芯板剪切型摩擦消能器试验研究

为了解决传统摩擦消能器性能不稳定、价格昂贵等问题,研发了一种以双面不锈钢复合钢板为芯板的剪切型摩擦消能器。该消能器由复合钢板的不锈钢复层与石棉摩擦片组成耗能摩擦副,通过碟形弹簧和预压螺栓调节滑动摩擦面承受的面压力。提出了消能器极限位移、极限荷载和面压力等试验关键指标的计算方法。对3个消能器进行低周往复加载试验,考察其滞回曲线、耗能能力、极限破坏特征及疲劳性能。结果表明：采用不锈钢复合芯板的剪切型摩擦消能器构造合理,滞回性能稳定,耗能能力良好,抗疲劳性能优异。设计位移幅值下累积加载90次,消能器承载力不下降,滞回性能稳定。低周疲劳作用下芯板不同材质复合界面性能可靠,不锈钢复合板可用作摩擦消能器的芯板。     

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。     

Development of high deformation capacity low yield strength steel shear panel damper

Low yield strength steel 100 is widely applied to design shear panel damper for its high ductility. The practical shear strain of low yield strength steel shear panel damper at present is around 12% while the elongation of the LYS100 tends to go around 60%, which indicates that the ductility of LYS100 has not been fully utilized. To develop function separate damper with LYS100, links of the frame fixture, rib shape and panel shape that affect the deformation capacity of the damper were investigated experimentally. The test results show that the deformation capacity can be improved greatly by alleviating the stress concentration locating at the panel corners. The largest shear strain of 70% is achieved by the optimization on the parameters. The large deformation capacity provides a compact, low-cost alternative to structural designers.     

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。     

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。     

柱间连接型消能子结构设计方法与抗震性能试验

消能减震技术能显著提高建筑结构的抗震能力,但目前对消能子结构的性能目标和设计方法尚未达成共识。针对工程中较常见的柱间连接型消能子结构,提出基于多遇地震作用下弹性分析的设计方法,给出设计流程和设计要点。对1个钢筋混凝土纯框架子结构试件和2个消能子结构试件进行低周反复加载试验,考察消能子结构的抗震性能,检验所提设计方法的合理性。研究结果表明：消能子结构承载力约为纯框架与阻尼器承载力之和,单周耗能能力约等于纯框架与阻尼器各自耗能之和;阻尼器损伤累积直至完全剪断过程中,消能子结构承载力和刚度逐渐下降;阻尼器破坏后,周围框架抗震性能与加载同阶段的纯框架性能基本一致。按所提设计方法设计的消能子结构在罕遇地震作用下破坏模式合理,能保证阻尼器充分发挥消能效果;增大消能子结构纵向钢筋配筋量对改善其塑性铰状态和结构破坏模式无显著效果。     

高阻尼黏弹性橡胶连梁阻尼器力学性能试验研究

黏弹性橡胶阻尼器是一种兼具黏滞性和弹性两种特性的阻尼器,耗能能力良好,可以同时为结构提供附加刚度和附加阻尼。通过对高阻尼黏弹性橡胶连梁阻尼器进行循环加载试验,研究了其基本力学性能,分析了该阻尼器在低周疲劳加载和高周疲劳加载下的基本力学特性。研究结果表明：高阻尼黏弹性橡胶连梁阻尼器的耗能能力优良;该阻尼器的储存刚度、损失刚度、损失系数受变形幅值的影响较大,受加载频率影响较小;等效阻尼系数与频率呈现反比例函数关系;该阻尼器的基本力学性能在低周和高周疲劳加载下呈现出较明显的衰减。