大尺寸超弹性镍钛形状记忆合金螺旋弹簧滞回性能

利用2种镍钛形状记忆合金(SMA)研制了大尺寸超弹性螺旋弹簧,对其进行了单轴反复荷载作用下的滞回性能试验,研究了超弹性SMA螺旋弹簧的恢复力特性与耗能能力,分析了加载频率、位移幅值对2种SMA螺旋弹簧滞回曲线以及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和残余位移等力学性能参数的影响;采用刚弹性模型和Bouc-Wen模型,建立了适用于整体结构分析的SMA螺旋弹簧简化恢复力模型,并利用该模型进行了数值模拟。结果表明:超弹性SMA螺旋弹簧具有稳定的滞回曲线,且具有良好的复位性能和大变形能力,可用于结构自复位控制装置的研发;数值模拟结果与试验结果吻合较好,验证了简化恢复力模型的正确性。     

铅芯橡胶阻尼器性能研究

通过不同位移幅值、不同频率和不同循环的加载试验，研究了铅芯橡胶阻尼器的工作性能。根据试验所得各个工况的滞回曲线，计算了铅芯橡胶阻尼器的等效刚度和等效粘滞阻尼比，并提出了其等效刚度的计算公式。研究表明，铅芯橡胶阻尼器的等效刚度和等效粘滞阻尼比受加载频率影响不明显；且阻尼器在经历疲劳荷载后，其等效刚度略有下降，等效粘滞阻尼比维持不变，说明铅芯橡胶阻尼器的工作性能稳定，能够应用于结构的消能减震设计。     

往复荷载作用下自复位墙滞回性能研究

将自复位墙简化成刚体,研究了往复荷载作用下自复位墙的滞回性能。通过理论推导,得出往复荷载作用下自复位墙的水平力 转角滞回曲线,给出了各特征点水平力和转角及等效黏滞阻尼系数的表达式,推导了自复位墙保证自复位性能应满足的条件,并提出了自复位墙简化滞回模型。在此基础上,通过参数分析进一步研究了预应力筋及阻尼器设计参数对自复位墙滞回性能的影响。结果表明：自复位墙的转动临界荷载与墙体自重及预应力筋的初始力有关;墙体完全卸载时是否有残余变形与墙体自重、预应力筋初始力及阻尼器屈服力有关;阻尼器屈服力对自复位墙滞回性能影响最大,预应力筋初始力及弹性刚度影响相对较小,阻尼器弹性刚度及布置位置影响最小。     

自复位阻尼耗能支撑力学性能分析与试验研究

介绍了自复位阻尼耗能支撑的力学原理，基于支撑试件动力性能试验，在不同加载频率的正弦激励下，对具有不同组合碟簧刚度支撑的滞回响应和抗震性能进行研究，并分析了不同轴向变形比对支撑性能的影响。结果表明，支撑具有饱满的旗形滞回响应，激活力和激活变形稳定，等效黏滞阻尼比和承载力高，有效减小甚至消除了残余变形，体现出优异的耗能能力和自恢复能力。支撑应变的理论和数值解与试验结果吻合良好，能够用以分析支撑应变分布的特点。利用数值模型分析了支撑的破坏模式，验证了支撑设计的合理性。     

装配式自复位剪切型铅阻尼器抗震韧性试验研究

电力系统的抗震韧性是韧性城市建设的核心之一，研发高强度瓷、瓷的替代材料以及附加减隔震元件是提高瓷柱式电气设备抗震韧性的重要手段。以典型高柔型电气设备为研究对象，研发了适用于该类电气设备的装配式自复位剪切型铅阻尼器，对阻尼器核心元件——形状记忆合金棒材及装配式剪切型铅阻尼器进行了滞回性能试验，研究了主耗能环长度对装配式剪切型铅阻尼器力学性能的影响。试验结果表明：形状记忆合金棒材的等效阻尼比介于4%～11%之间，其位移恢复率超过60%,具有很好的复位能力；附加耗能环可以提高装配式剪切型铅阻尼器的耗能稳定性，通过阻尼器及其核心元件滞回性能的对比，验证了装配式自复位剪切型铅阻尼器具有形状记忆合金阻尼器高复位能力和装配式剪切型铅阻尼器高耗能能力等的综合特性，为电气设备的抗震安全性提供有效依据。     

黏滞阻尼器初始刚度的合理取值探讨

目前工程界关于黏滞阻尼器初始刚度的取值普遍较大,这与其实际性能差别较大。过大的初始刚度取值会大大高估黏滞阻尼器在风和地震下的耗能作用,使得结构设计偏于不安全。结合试验和有限元计算结果,验证了黏滞阻尼器加载刚度与其初始刚度数值上近似相等。结合一个工程案例,通过对非减震模型、不同减震模型的层间位移角、层间剪力、能量分布、附加阻尼比、滞回曲线的对比分析,阐述了黏滞阻尼器初始刚度的不合理取值可能会高估黏滞阻尼器的消能作用。     

新型自复位变摩擦阻尼器力学性能研究

研制了一种新型自复位变摩擦阻尼器。该阻尼器由圆柱螺旋压缩弹簧和耗能摩擦单元串联而成,通过铣削钢板实现变摩擦力,并控制圆柱螺旋压缩弹簧的预压力大于摩擦单元的最大输出力,实现自复位功能。本文对该阻尼器进行了拉压循环力学试验,并分别研究了扭矩、位移幅值和加载频率对其滞回曲线和力学参数(单位循环耗能、割线刚度、和等效阻尼比)的影响。利用ABAQUS有限元分析软件建立了实体单元模型,并对其进行了数值模拟。数值模拟结果与试验结果吻合较好,证明了试验结果的正确性。     

设置黏滞阻尼器的装配整体式框架结构抗震性能试验研究

为研究黏滞阻尼器对装配整体式框架结构抗震性能的影响,分别设计制作了1榀带黏滞阻尼器的装配整体式钢筋混凝土框架模型和普通装配整体式钢筋混凝土框架模型。对两模型进行了水平正弦激励荷载作用下的抗震性能试验,研究了两模型的滞回特性、耗能能力等。试验结果表明:设置黏滞阻尼器框架的滞回曲线较普通框架饱满,结构的耗能能力及附加阻尼比显著提高,结构的抗剪刚度增加,地震响应显著减小;设置黏滞阻尼器框架结构的滞回特性与加载位移相关,加载频率变化对两模型的滞回特性影响较小。     

新型电涡流轴向阻尼器的阻尼特性及减振性能分析

滚珠丝杠式轴向电涡流阻尼器(BS-ECD)是一种新的非线性速度型阻尼器。文章推导了BS-ECD的耗能计算公式及等效阻尼比,分析了BS-ECD的阻尼力速度曲线和滞回曲线特点,同时以位移放大系数、传递率和阻尼力峰值等为指标阐明了BS-ECD对承受简谐荷载激励的单自由度结构的减振效果,并与非线性黏滞阻尼器进行对比。结果表明：在阻尼器单位周期内耗能能力相同的条件下,BS-ECD的无量纲临界速度越小,对应的阻尼力速度曲线的非线性就越强,且存在最优的无量纲临界速度,使BS-ECD的峰值阻尼力最小;在共振等效阻尼比相同的设计原则下,无量纲临界速度为0.8的BS-ECD的减振效果和隔振效果比速度指数为0.3的非线性黏滞阻尼器更好。     

双曲型钢管叠层黏弹性阻尼器性能分析研究

提出一种双曲型钢管叠层黏弹性阻尼器,介绍构造、原理与特点。采用ABAQUS软件,建立钢管阻尼器、双曲型钢管阻尼器、钢管叠层黏弹性阻尼器和双曲型钢管叠层黏弹性阻尼器4种阻尼器有限元模型,从应力分布、力学性能进行模拟分析,结果表明：在钢管阻尼器内设置叠层黏弹性体可有效延缓钢管局部屈曲,充分发挥钢管耗能能力;双曲型钢管形式改善钢管阻尼器应力分布,使变形和耗能集中于阻尼器中部,避免阻尼器端部和连接处破坏;双曲型钢管叠层黏弹性阻尼器构造简单,传力和耗能机理明确,滞回曲线饱满对称,工作性能稳定,耗能能力强,等效阻尼比稳定在45%左右。     

形状记忆合金复合摩擦阻尼器设计及试验研究

研制一种兼具自复位功能和高耗能的形状记忆合金复合摩擦阻尼器 (Hybrid Shape Memory Alloys Friction Damper,简写为HSMAFD),该阻尼器由超弹性形状记忆合金丝复位装置和摩擦耗能装置组成。制作了HSMAFD模型,并通过试验研究了HSMAFD在循环荷载作用下的力学性能,考察了初始应变、位移幅值、摩擦力和加载频率对其力学性能的影响。基于改进的Graesser & Cozzarelli模型和Bouc-Wen模型,分别建立复位装置和摩擦装置恢复力模型,并对其力学性能进行了数值模拟。研究结果表明：HSMAFD在循环荷载作用下具有稳定的滞回特性、良好的耗能和自复位能力,且其滞回和自恢复性能可以通过调节超弹性形状记忆合金丝的初始应变和摩擦力而改变;数值模拟结果和试验结果吻合较好,验证了恢复力模型的正确性。     

Q235一字形芯材防屈曲支撑抗震性能试验研究

采用国产Q235热轧钢材设计并制作防屈曲支撑,对3个钢材品种、3种截面、2种灌实材料的6个防屈曲支撑试件开展试验研究。通过低周反复荷载加载试验,研究防屈曲支撑的力-位移滞回曲线、骨架曲线及其刚度退化过程、等效黏滞阻尼比等抗震性能。结果表明:一字形芯材防屈曲支撑的构造合理,所有试件的滞回曲线稳定饱满;芯材特性和灌实材料强度对于该种防屈曲支撑的耗能性能均有较大影响。     

黏滞阻尼器有效刚度对结构的影响及其取值方法研究

目前,在进行消能减震结构分析时,通常忽略黏滞阻尼器的刚度,影响了结构受力与响应的准确性。为此,阐述黏滞阻尼器刚度特性及其对结构的影响,给出一种适用于时程分析的有效刚度迭代取值方法。对设置黏滞阻尼器消能减震模型、附加有效阻尼比等效模型和附加有效阻尼比与有效刚度等效模型的三组模型进行分析,研究黏滞阻尼器有效刚度对结构受力与响应的影响。结果表明:采用附加有效阻尼比与有效刚度等效模型分析得到的结构楼层剪力与层间位移角的变化趋势基本和采用消能减震模型分析的结果一致;采用附加有效阻尼比等效模型与采用消能减震模型分析的结果则相差较大;时程分析中采用提出的有效刚度迭代取值方法是可行的,建议黏滞阻尼器消能减震结构设计时考虑黏滞阻尼器有效刚度的影响。     

附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点 动力循环加载性能分析

进行了4个附设黏滞阻尼器及2个未附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点在动力循环荷载作用下的试验研究,获得其荷载-位移滞回曲线,分析其延性、耗能能力等力学性能。结果表明：附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点试件滞回曲线饱满,延性及耗能性能良好。基于试验研究结果,采用ABAQUS软件建立三维有限元模型,对试件进行数值模拟分析,研究附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点的承载力、延性等性能;非线性模拟分析得出的结果与试验实测结果吻合较好。在此基础上对该类构件进行参数分析,研究轴压比、混凝土强度、方钢管屈服强度、阻尼器关键参数等对其力学性能影响。结果表明：随混凝土强度、方钢管屈服强度、阻尼系数提高,试件承载能力逐渐增大;随轴压比及混凝土强度增大,试件的承载力虽有提高,但试件延性逐渐降低;提高方钢管屈服强度,试件延性增大;随着阻尼指数的增大,试件的承载力和位移延性呈现出先上升后下降的特征。表明要提高附设黏滞阻尼器试件的抗震性能,应合理选择黏滞阻尼器的性能参数。     

防屈曲中心支撑加固钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

分别对1榀加设防屈曲中心支撑的钢筋混凝土框架和1榀未设置防屈曲支撑的钢筋混凝土框架进行拟静力试验研究,对两榀框架试件的破坏过程、破坏机理、荷载-侧移滞回曲线、骨架曲线、层间刚度、耗能和等效黏滞阻尼比等试验结果进行分析和比较,考察防屈曲中心支撑对钢筋混凝土框架抗震性能的改善效果。研究结果表明,防屈曲支撑能有效提高钢筋混凝土框架抗震性能,加设防屈曲支撑的钢筋混凝土框架结构刚度、承载能力、耗能和阻尼比均显著增大,具有良好的抗震性能。     

设置SMA滑动摩擦阻尼器的自复位摇摆柱滞回行为理论分析与数值模拟

以形状记忆合金(SMA)滑动摩擦阻尼器(shape memory alloy slip friction damper, SMASFD)为基础,提出了一种自复位摇摆柱。在该自复位摇摆柱中,柱身为H型钢,SMASFD位于柱底强轴的两侧呈对称布置,为摇摆柱提供自复位能力和消能能力。推导了摇摆柱的滞回模型理论公式,并在ABAQUS中建立了精细化有限元模型。理论公式与数值模拟均分析了摇摆柱在往复荷载下的滞回行为,二者的结果吻合良好,并且均表明该摇摆柱具有“旗帜形”的滞回曲线;摇摆柱的滞回行为由SMASFD的力学性能和柱身的轴压比控制。研究结果表明：提高SMASFD的承载力可以有效提高摇摆柱的受弯承载力;增大SMASFD的刚度可以同时提高摇摆柱的屈服前刚度和屈服后刚度;在满足稳定性的前提下,增大轴压比会提高摇摆柱的消压弯矩和强度,但是由P-Δ效应所产生的负刚度随之增加,同时增大了柱底的塑性应变。此外,由数值模拟结果还发现,挡板可防止SMASFD夹板在变形过程中滑出,从而避免SMA螺栓受弯。     

装配式抗侧力格构柱抗震性能有限元分析

提出一种具有新型装配式梁柱节点的格构柱。基于ABAQUS分析装配式抗侧力格构柱的抗震性能,通过前期研究中模拟结果与试验结果的对比,验证了ABAQUS模拟分析装配式抗侧力格构柱的可行性。通过数值模拟分析,研究装配式抗侧力格构柱的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性性能、耗能能力。结果表明:在水平低周往复荷载作用下,新型装配式梁柱节点并未破坏;装配式抗侧力格构柱的滞回曲线较为饱满;刚度近似呈线性减小,未出现突变;延性性能较好;破坏时等效黏滞阻尼比为0.308,耗能能力较好。     

设计参数对铅黏弹性阻尼器力学性能影响的有限元分析

为研究设计参数对铅黏弹性阻尼器力学性能的影响,采用ABAQUS有限元软件对铅黏弹性阻尼器进行数值模拟,在验证了有限元分析结果正确性的基础上,对22组不同参数的铅黏弹性阻尼器进行有限元数值模拟分析,研究了黏弹性层面积、铅芯直径、铅芯布置形式、薄钢板与单层橡胶层厚度比、复合黏弹性层厚度以及橡胶剪切模量等参数对阻尼器力学性能的影响。结果表明:黏弹性层面积越小,屈服后刚度越小,等效黏滞阻尼比越大;铅芯直径越大,屈服荷载和屈服位移越大,滞回曲线越饱满;四铅芯布置形式更有利于铅芯屈服耗能;薄钢板与单层橡胶层厚度比以及复合黏弹性层厚度越大屈服后刚度越小;橡胶剪切模量越大屈服后刚度线性增大;最后给出了铅黏弹性阻尼器各设计参数的建议值:黏弹性层边长可取400 mm;铅芯直径大小应根据阻尼器所需要的屈服荷载确定,宜采用4个铅芯布置形式;薄钢板与单层橡胶厚度比宜控制在0.2~0.7之间;复合黏弹性层厚度宜取28~40 mm;橡胶剪切模量宜取0.3~0.6 MPa。     

防屈曲支撑滞回性能试验研究

针对我国钢材市场,选用Q235热轧角钢设计并制作了两种截面、两种组合方式的4个防屈曲支撑试件。为检验组合热轧角钢防屈曲支撑的构造和滞回性能,进行了低周反复加载静力试验,研究了包括荷载-位移滞回曲线、割线刚度及其退化规律、等效粘滞阻尼比等在内的抗震性能。结果表明:试件荷载-位移滞回曲线稳定、饱满、对称;钢材品种、截面形式对刚度退化规律及等效阻尼比的变化规律没有影响;国产组合热轧角钢防屈曲支撑构造合理,具有良好的耗能性能和抗低周疲劳性能,是一种新型的耗能支撑。     

波形钢板阻尼器的理论分析及数值模拟

设计了一种新型波形钢板阻尼器,在简述其构造特点及耗能机理的基础上,用有限元分析软件ABAQUS对阻尼器进行了数值模拟,研究阻尼器的耗能、变形能力、延性性能,以及阻尼器的波形腹板和波形翼缘板的厚度、横截面几何尺寸对阻尼器的承载力、变形能力、延性性能、耗能能力的影响,对比分析阻尼器的滞回曲线、骨架曲线、延性系数以及等效黏滞阻尼比等参数。分析结果表明:波形钢板阻尼器的初始刚度高、屈服位移小,且具有良好的滞回耗能能力和变形能力;随着阻尼器波形腹板和波形翼缘板的厚度的增加,其承载力、变形能力以及延性性能提高显著;波形腹板横截面尺寸的增加也可适当提高其承载力、变形能力和延性性能。