剪切型波纹阻尼器力学性能研究

文章中提出一种新型剪切型波纹阻尼器.结合波纹钢板在工程领域的应用,将"波纹"概念引入剪切型阻尼器的设计中,并分别制作了两个形状相同但腹板翼缘板厚度不同的试件,进行低周往复加载力学性能试验,研究该新型阻尼器的抗震性能.试验结果表明:两种尺寸的剪切型波纹阻尼器试件在同一位移级别下,滞回曲线基本重合,循环强化现象明显,且破坏之前没有出现强度和刚度的突变;两试件具有良好的变形能力,表现出良好的延性及低周疲劳性能;当波纹板较薄时,波纹板容易发生面外屈曲破坏,导致承载力急剧下降,而采用较厚的波纹板时,较大面外刚度会影响腹板与翼缘板的协调变形能力,致使发生焊缝过早撕裂破坏;在后续的竖向波纹剪切型阻尼器设计中,应着重考虑波纹板尺寸和腹板翼缘协调变形能力的优化,保证剪切型波纹阻尼器的稳定滞回耗能性能.可以证明,该阻尼器具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力,是一种理想的消能减震装置.     

剪切型波纹阻尼器力学性能研究

文章中提出一种新型剪切型波纹阻尼器.结合波纹钢板在工程领域的应用,将"波纹"概念引入剪切型阻尼器的设计中,并分别制作了两个形状相同但腹板翼缘板厚度不同的试件,进行低周往复加载力学性能试验,研究该新型阻尼器的抗震性能.试验结果表明:两种尺寸的剪切型波纹阻尼器试件在同一位移级别下,滞回曲线基本重合,循环强化现象明显,且破坏之前没有出现强度和刚度的突变;两试件具有良好的变形能力,表现出良好的延性及低周疲劳性能;当波纹板较薄时,波纹板容易发生面外屈曲破坏,导致承载力急剧下降,而采用较厚的波纹板时,较大面外刚度会影响腹板与翼缘板的协调变形能力,致使发生焊缝过早撕裂破坏;在后续的竖向波纹剪切型阻尼器设计中,应着重考虑波纹板尺寸和腹板翼缘协调变形能力的优化,保证剪切型波纹阻尼器的稳定滞回耗能性能.可以证明,该阻尼器具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力,是一种理想的消能减震装置.     

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。     

钢管铅阻尼器滞回性能试验研究

通过对7个钢管铅阻尼器的低周往复加载试验,研究不同厚径比、高径比和削弱比对钢管铅阻尼器滞回性能的影响。研究结果表明：钢管铅阻尼器滞回曲线饱满对称,工作性能稳定,耗能性能和延性好,在很小的位移(1mm)即进入耗能状态,且快速进入稳定耗能阶段,等效阻尼比稳定在0.4~0.5之间,位移延性系数大于20;钢管铅阻尼器随厚径比、高径比和削弱比的不同而产生剪切、弯剪和弯曲三种破坏类型;设计钢管铅阻尼器时,应保证阻尼器屈服耗能主要集中在耗能段范围内,避免发生弯曲破坏;厚径比、高径比和削弱比对钢管铅阻尼器的初始刚度和承载力影响较大,随厚径比增大,钢管铅阻尼器的初始刚度和承载力增大,随高径比、削弱比增大,钢管铅阻尼器的初始刚度和承载力减小。     

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。     

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。     

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。     

新型Zn-22Al合金阻尼器的减震性能分析

根据Zn-22Al合金板平面内受力可提高初始刚度,通过改变合金板平面几何形状来提高屈服耗能能力的思想,提出一种可通过同时产生弯曲变形和剪切变形来实现耗能的新型Zn-22Al合金阻尼器,并利用有限元软件ANSYS对其进行数值模拟分析,计算结果表明这种阻尼器初始刚度较大,滞回曲线饱满、耗能效果好。在此基础上,对安装与未安装该种阻尼器的钢框架结构进行多遇和罕遇地震作用下的动力有限元模拟计算,从位移反应、加速度反应、层间位移角、柱底剪力4个方面对上述2种框架结构的计算结果进行比较分析,结果表明该阻尼器对结构具有明显的减震效果,是一种有效的耗能减震装置。     

不同构造参数对弧形钢棒阻尼器性能的影响分析

为改善框架结构及底框结构梁柱节点的抗震性能,提出一种弧形钢棒阻尼器,介绍其构造和原理。设计12组不同构造参数的弧形钢棒阻尼器,采用ABAQUS软件对其进行有限元分析,研究截面形状、钢棒数量、截面尺寸、跨度、曲率半径对其滞回耗能能力、承载力特性的影响。研究结果表明:圆形截面弧形钢棒阻尼器的初始刚度、耗能量、等效黏滞阻尼系数略小于方形截面弧形钢棒阻尼器,但其屈服位移较小;单棒布置的阻尼器的耗能效果优于双棒布置的阻尼器;随着阻尼器截面尺寸的增大,阻尼器的初始刚度、耗能量、等效黏滞阻尼系数增加明显,屈服位移呈先减小后增加的趋势;随着阻尼器跨度的增大,初始刚度和等效黏滞阻尼系数总体上呈下降趋势,屈服转角呈上升趋势;随着阻尼器曲率半径的减小,阻尼器的耗能量、等效黏滞阻尼系数、初始刚度逐渐减少,但屈服转角逐渐增大。     

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。     

抛物线外形软钢阻尼器试验研究

提出一种新型的具有抛物线外形的软钢阻尼器,该阻尼器具有全长截面同时屈服的特点,可充分发挥软钢的材料功效。根据力学相关理论,推导出了该阻尼器的外形设计公式。按公式设计了软钢阻尼器,对两组阻尼器进行了拟静力试验,试验结果表明：具有抛物线外形的软钢阻尼器能有效地避免应力集中,具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力,是一种理想的耗能元件。最后,用有限元软件分析了加载过程中的应变分布及滞回性能,结果与理论和试验研究相一致,为进一步优化阻尼器参数提供了合理的有限元模型。     

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。     

剪切型防屈曲钢板阻尼器的滞回性能试验研究

剪切型钢板阻尼器广泛应用于建筑结构的抗震设计中,但现有的钢剪切板阻尼器腹板易发生平面外屈曲,从而引起耗能腹板的疲劳破坏。为此,提出了剪切型防屈曲钢板阻尼器,是在传统的钢板阻尼器的基础上,在腹板的两侧增加了约束板和固定板,约束板用于防止耗能腹板的屈曲变形,固定板为约束板提供支撑。为研究剪切型防屈曲钢板阻尼器的滞回性能,设计了3个试件并对其进行了拟静力试验。试验结果表明：剪切型防屈曲钢板阻尼器可以有效抑制耗能腹板平面外屈曲,与传统钢板阻尼器相比,具有较强的耗能能力;约束板合理的形状对剪切型防屈曲钢板阻尼器性能有较大影响。采用数值模拟方法对剪切型防屈曲钢板阻尼器进行参数分析,研究了宽厚比对阻尼器滞回性能的影响。结果表明腹板宽厚比取值过大或过小时,承载力和耗能性能降低,但等效黏滞阻尼系数增大。     

Natural Rubber Bearing Incorporated with Steel Ring Damper (NRB-SRD)

The present paper is aimed to investigate the behavior of Natural Rubber Bearing incorporated with steel ring damper (NRB-SRD). These types of dampers are integrated of several steel rings which are considered with two configurations namely, continual steel ring damper and separate steel ring damper and are inserted between top and bottom plates. The performance characteristics of the system such as effective horizontal stiffness, energy dissipation, equivalent viscous damping and residual deformation are calculated and then compared with the results of high damping rubber bearings and also shape memory alloy (SMA)-lead core rubber bearing (SMA-LRB). The results show that the energy dissipation in steel rings are mainly based on plastic deformation due to flexural behavior of the rings. NRB-SRD shows better performance in energy dissipation comparing to SMA-LRB and HDRB. These additional dampers show higher stability and energy dissipation in low shear strains due to developing of link between structure and substructure having desirable initial stiffness under weak earthquakes and wind loads and also in higher shear strains due to creation of higher energy dissipation, stability and secondary stiffening.

     

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.     

竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震韧性试验研究

为了克服传统剪力墙的不利受损形态,提升剪力墙的抗震韧性,设计了方钢管混凝土作为边缘约束构件的竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙CPCSW,并进行了拟静力试验,在罕遇地震作用下剪力墙层间位移角达到弹塑性层间位移角规范限值时,该剪力墙满足相关规范的抗震要求且克服了剪力墙墙身剪切开裂及墙趾压溃的震害,但边缘约束构件下部拉应力较大...     

软钢阻尼器剪切刚度理论计算与数值模拟

提出一种考虑剪切变形的深梁模型和开孔板软钢阻尼器的截面简化方式,在此基础上推导出弹性剪切刚度的理论计算公式; 考虑不同开孔率及钢板厚度,采用ABAQUS通用有限元软件对开圆孔、椭圆孔、弧形边3种开孔形式的23组软钢阻尼器试件进行数值模拟,并与理论计算结果对比; 探讨了平面内双向开孔率、钢板厚度对软钢阻尼器弹塑性阶段剪切刚度退化的影响。结果表明:理论推导结果与数值模拟结果吻合良好,其中15组试件计算相对误差在10%以内,最大相对误差为23%,平均相对误差为7.5%,说明提出的计算模型与简化方法比较合理; 在开孔板软钢阻尼器受剪切作用的弹塑性阶段,通过数值模拟发现,随着垂直于受力方向开孔率的增大,构件的剪切刚度退化速度呈下降趋势,即受力过程中瞬时刚度与初始刚度的比值整体上与垂直于受力方向的开孔率呈正相关; 随着平行于受力方向开孔率的增大,试件剪切刚度的退化速度呈先下降后上升趋势; 钢板厚度对剪切刚度退化速度的扰动较小,厚度越大,构件剪切刚度退化速度略有降低。     

中间柱摩擦阻尼器预应力钢框架静力推覆试验研究

为研究跨度较大的预应力钢框架结构的可恢复功能,提出了具有可恢复功能的中间柱设有摩擦阻尼器的预应力钢框架体系,给出了中间柱摩擦阻尼器的典型构造。设计了一个8层原型结构,对底部两层平面框架子结构进行了静力推覆试验,同时采用ABAQUS有限元软件对试验进行了数值模拟。结果表明：中间柱的摩擦阻尼器在提高框架结构刚度的同时,还提高了结构的耗能能力;结构除梁翼缘加强板和柱脚翼缘出现塑性变形以外,其他主体结构始终保持弹性工作状态;第1、2层框架的层间剪力 位移滞回模型分别呈梭形和弓形。卸载后的检测结果显示,钢绞线的预应力损失很小,为结构提供了良好的自动复位和恢复结构功能的能力。     

联肢剪力墙连梁阻尼器伪静力试验研究

连梁阻尼器属于平面内屈服型软钢阻尼器。通过对11个连梁阻尼器进行伪静力试验研究,结合试验现象及力-位移关系曲线对各型号连梁阻尼器的屈曲和破坏状况观察,判断其工作性态。采用数据拟合法对伪静力试验数据分析得到连梁阻尼器的双线性刚度、极限承载力和等效阻尼比的经验公式,为工程设计提供阻尼器的力学特性和本构关系。文中采用的研究思路为：提取试验结果,有限元模拟、调参,以调参后的有限元模型的解作为精确解,虚拟多种型号阻尼器,计算双线性刚度、极限承载力,回归经验公式,并确定阻尼器耗能能力评价标准。通过伪静力试验得出：双列孔连梁阻尼器的滞回性能良好,呈现整体屈曲;建议采用孔间柱长宽比α>2.5,两列孔的列间距与孔间距之比γ≥1.0,开孔率p∈［5%,20%］的双列孔连梁阻尼器。图19表5参9