刹车片型摩擦消能器的单轴力学性能试验研究

对采用刹车片作为摩擦材料的摩擦消能器进行单轴往复加载试验,考虑摩擦界面的面压、加载速率等因素对摩擦阻尼器力学性能的影响。在摩擦消能器中,采用高强螺栓与碟形弹簧串联为摩擦界面施加正压力,以减小温度应力等因素对消能器性能的影响。同样参数的试验重复三次,以观察消能器性能的离散性。试验结果表明,该摩擦界面具有可靠的滞回耗能能力,摩擦力相对比较稳定。但在试验中,摩擦界面的面压存在逐步下降的趋势,且下降的幅度与初始面压的大小有关。此外,与静力加载相比,动力加载条件下消能器表现出更小的动摩擦系数。采用通过静力加载得到的摩擦系数进行消能器设计,可能得到偏于不安全的结果。     

一种新型钢管橡胶摩擦耗能器的恢复力模型

提出一种新型钢管橡胶摩擦耗能器,对设计制作的两种不同构造形式的耗能器试件进行不同加载速率、加载幅值和疲劳条件下的低周反复加载试验,并基于试验结果建立了恢复力模型。结果表明:钢管橡胶摩擦耗能器滞回曲线饱满,耗能良好;耗能器速率相关性和位移相关性明显,其耗能能力随着加载速率的增大而减弱,随着滑移位移的增大而近似线性增强;在耗能器的摩擦橡胶块内增设帘布能够使其保持较强且稳定的耗能能力;建立的恢复力模型能够较为准确地模拟耗能器的滞回特性。     

钢管铅阻尼器疲劳性能试验研究

设计4个钢管铅阻尼器,对其中3个钢管铅阻尼器进行疲劳循环往复加载试验,对1个钢管铅阻尼器进行常规低周往复加载试验,研究钢管铅阻尼器的疲劳性能及抗过载能力,验证钢管铅阻尼器滞回耗能性能,揭示疲劳循环往复加载试验与常规低周往复加载试验中钢管铅阻尼器性能的异同。研究结果表明:钢管铅阻尼器在设计位移循环加载下,各项疲劳性能指标均能够满足JGJ 297—2013《建筑消能减震技术规程》中对金属阻尼器疲劳性能规定的要求;在2倍设计位移和1.5倍设计位移循环加载下,能够承受一定循环次数的加载,疲劳性能良好;经历偶然过载后仍能承受一定循环次数的加载,抗过载能力强;钢管铅阻尼器疲劳性能试验的破坏形式与常规性能试验的破坏形式一致,随着高径比的增加,钢管铅阻尼器破坏形式由剪切型变为弯剪型;钢管铅阻尼器在不同加载位移下,滞回曲线对称且饱满,近似于平行四边形,滞回耗能性能优良。     

一种适用于村镇建筑的摩擦耗能器滞回性能研究

研发了一种低成本的钢管橡胶摩擦耗能器,设计制作了两种不同构造形式的耗能器试件进行了在不同加载幅值和连续疲劳条件下的低周反复加载试验,并基于试验结果进行了恢复力模型研究。结果表明:①钢管橡胶摩擦耗能器滞回曲线饱满,耗能良好,成本低廉,构造简单,适用于村镇新建建筑或加固改造工程;②耗能器位移相关性明显,其耗能能力随着滑移位移的增大而近似线性增大;③对耗能器的摩擦橡胶块进行倒角处理能够使耗能器在连续疲劳加载中保持较强且稳定的耗能能力;④可采用Bouc-wen模型模拟未进行摩擦橡胶块倒角处理的耗能器滞回特性;⑤采用叠加模型模拟进行了摩擦橡胶块倒角处理的耗能器滞回特性是合理可行的。     

组合式消能减震墩柱试验与设计方法研究

对采用Q345GJ钢的可更换剪切型消能连梁展开循环加载试验研究。结果表明这种连梁具有稳定的滞回耗能特性和较好的变形能力,同级荷载下多次滞回加载基本不产生循环强化;极限超强系数大致在1.35~1.5之间,符合预期设计要求。基于这种消能连梁,提出并设计一种由消能件和钢管混凝土组成的组合式消能减震墩柱,并对其开展了试验研究。试验结果表明,本文所采用的设计方法可以保证墩柱实现预期的破坏模式,即连梁剪切变形与柱脚集中塑性铰;墩柱具有很强的耗能能力、延性和变形能力;柱脚屈服时墩顶位移角约为1/80,可以保证中等地震荷载作用下柱脚处于弹性状态。     

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。     

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.     

一种新型钢管橡胶摩擦耗能器试验研究

基于滑动摩擦耗能理论,提出了一种新型钢管橡胶摩擦耗能器。为了研究耗能器滞回性能,设计了试验试件进行了不同螺栓扭矩、加载制度、加载速率和加载幅值工况下的低周反复试验。试验结果表明,在低周反复加载下,耗能器在所有工况中摩擦力均较为稳定,连续疲劳加载工况下依然能够稳定耗散能量,表现出了良好的耗能能力,且试验后摩擦橡胶块磨损较少,有利于长期使用。耗能器在加载过程中造成的摩擦橡胶块的磨损及外摩擦管内温度的上升,将导致摩擦橡胶块与外摩擦管内壁之间的法向接触应力和摩擦系数的减小,从而降低耗能器的摩擦力。其中,摩擦橡胶块的磨损对耗能器的摩擦力影响较大。     

约束条件对加劲消能器性能的影响

通过加劲消能器性能试验与工程实际安装情况的对比,指出了两种工况下消能器所受约束条件的差异。选取典型加劲消能器,采用ABAQUS有限元软件模拟不同约束条件下的消能器,对比分析了初始刚度、滞回性能和极限位移等消能器主要性能指标。结果表明,在工程实际约束下,消能器耗能片的塑性应变发展速度明显大于试验约束条件下;试验约束下消能器的极限位移为60 mm,而工程实际约束下仅为40 mm;试验误差达50%。这将对消能器在强震下的稳定性产生不利影响。因此,加劲消能器性能试验应尽量模拟工程中实际受到的约束,以正确评估消能器性能。     

钢管铅阻尼器的性能试验研究

提出一种新型的钢管铅阻尼器,介绍其构造形式、工作机理及特点。设计制作两个钢管铅阻尼器试件,对其进行低周反复荷载试验和有限元模拟分析,研究钢管铅阻尼器的工作性能、耗能能力和破坏特征。研究结果表明:钢管铅阻尼器工作性能和耗能性能稳定;滞回曲线对称且饱满,近似于平行四边形,耗能能力强,屈服后等效阻尼比在0.45~0.50之间;阻尼器能在很小位移下屈服耗能,屈服位移小于1mm,而屈服后的变形能力很强,延性比大于20;钢管中部合理削弱能有效控制阻尼器的应力分布,使得阻尼器的变形和耗能集中在中部,避免阻尼器由于端部连接破坏而使阻尼器过早退出工作。     

S型钢板阻尼器滞回模型及参数识别研究

提出一种易制作、易安装、易更换的S型钢板阻尼器,设计制作3组试件,通过开展拟静力试验,对其变形和破坏模式、滞回特性及耗能能力进行研究。基于试验结果提出一种改进的BWBN滞回模型,建立Simulink模型并开展试件参数识别研究。结果表明：S型钢板阻尼器的滞回曲线饱满,具有较大的变形能力,良好稳定的耗能能力,较高的延性系数和超强系数;阻尼器通过弯曲和轴向变形耗能,变形包括弯曲弹性段、弯曲屈服段及弯-拉屈服段,由于弯-拉强化效应,第三段刚度和强度逐渐增大,可提高结构承载能力并降低残余变形;所提出的滞回模型可以反映S型钢板阻尼器的弯-拉强化效应,能够较精确地模拟阻尼器的滞回曲线、恢复力变化以及累积能量耗散。     

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。     

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。     

Experimental study and numerical simulation on steel plate shear walls with non-uniform spacing slits

Numerous experimental and finite element studies have shown that steel plate shear walls with slits have several beneficial characteristics, such as good ductility and excellent energy dissipation capacity, which make them a feasible lateral load resisting and energy dissipation system for high-rise buildings in high seismic regions. The width of the flexural links between slits has a significant effect on the mechanical behavior and hysteretic performance of steel plate shear walls with slits. This paper presented two kinds of steel plate shear walls with non-uniform spacing slits (SPWNS) and investigated their performance under low-cycle loading based on tests and finite element software. The study mainly focused on the ultimate bearing capacity, the lateral stiffness, the energy dissipation capacity and the ductility of SPWNS. The results from numerical analysis and test study were compared with each other. The ultimate bearing capacity and the lateral stiffness of traditional steel plate shear walls with uniform spacing slits (SPWUS) were similar to that of SPWNS. In contrast, the ductility and the energy dissipation capacity of SPWUS were much higher.

     

超薄加劲钢板剪力墙受剪性能试验研究及数值分析

对于超薄加劲钢板剪力墙,由于钢板超薄,采用传统焊接工艺将导致严重的焊接变形,故需要采用改进焊接工艺,即将钢板墙在加劲肋处断开,进行弯折组合后焊接并形成加劲肋。为研究采用改进焊接工艺完成的超薄加劲钢板剪力墙的受剪性能,进行了足尺试件的受剪性能试验,研究了钢板墙的受剪破坏形态、滞回特性、承载能力及耗能能力等,验证了在竖向加劲肋位置采用的改进连接构造及焊缝工艺满足受剪承载力要求,并对不同钢柱截面、不同墙宽高比对钢板墙受剪性能的影响进行了对比分析。结果表明：采用改进工艺的钢板剪力墙满足受剪承载力要求且具有稳定的耗能能力,随着钢柱截面积增大,钢板墙的侧移刚度、峰值荷载均有所增加,相应的极限位移、耗能能力有所下降;随着墙宽高比减小,钢板墙的侧移刚度、屈服荷载、峰值荷载均相应降低,相应的极限位移、耗能能力有所提高。采用通用有限元分析软件ANSYS对超薄加劲钢板剪力墙的受剪性能试验进行了数值模拟,有限元结果与试验结果总体吻合良好,有限元分析可以很好地模拟超薄加劲钢板剪力墙的全受力过程和破坏模式。     

两边连接薄钢板剪力墙抗侧力性能研究

为了研究两边连接薄钢板剪力墙的抗侧力性能,以钢板高厚比(400、611)和高宽比(0.61、1.10、1.57)为参数,设计6个两边连接薄钢板剪力墙试件,对其进行水平低周反复荷载试验,研究试件的滞回性能、骨架曲线、承载力、耗能能力、刚度退化等性能。试验结果表明,随着钢板高厚比和高宽比的减小,试件的抗侧刚度、承载力和耗能能力明显提高,高宽比对承载力影响较大;各试件屈服时的位移角在1/200~1/160之间,极限位移角均大于1/50,位移延性系数均大于5,具有较好的延性,高宽比和高厚比对屈服位移角的影响较小。利用有限元方法对各试件进行数值分析,分析结果与试验结果吻合较好,随钢板高宽比减小,拉力带的有效宽度增加,承载力和抗侧刚度增大。     

带中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架拟动力试验

为解决较大跨度自复位钢框架结构层间位移角可能超限或耗能不足的关键问题,课题组前期提出将中间柱型阻尼器应用于装配式自复位钢框架。但是因门窗开洞等要求而不能在跨中处设置中间柱型阻尼器,从而提出了带双中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架,对其进行了拟动力试验,并与带单中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架的拟动力试验进行了对比,分析了其位移响应、滞回性能、中间柱摩擦阻尼器滑动、索力及典型部位应变变化等。结果表明,两榀框架震后短梁-长梁连接界面处残余转角和索力降低均较小,具有良好的开口闭合机制,耗能能力较优,能够有效避免主体结构的损伤,且带双中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架控制结构侧移效果更好,耗能性能更优,适用于较大跨度的多高层结构。     

泡沫铝/聚氨酯复合材料摩擦阻尼器性能试验研究

基于泡沫铝/聚氨酯复合材料（aluminum foam/polyurethane,简称AF/PU）是一种同时具有铝材料的摩擦性能和聚氨酯的黏弹性的复合材料,由此研制出一种能够发挥黏弹性阻尼器和摩擦阻尼器各自耗能特点的泡沫铝/聚氨酯复合材料摩擦阻尼器（AF/PU摩擦阻尼器）,并对该阻尼器进行位移幅值、频率等相关性的性能试验和疲劳性能试验。以最大输出力、刚度和阻尼比为指标,研究该阻尼器的性能规律,采用修正的Bouc-Wen计算模型模拟其滞回曲线,并对比模拟结果和试验结果。研究结果表明：AF/PU摩擦阻尼器的滞回曲线饱满,具有较高且稳定的阻尼比。该阻尼器的力学性能随位移幅值和循环次数的增加而呈现分阶段性,但是加载频率的影响却较小,该阻尼器是一种典型位移幅值相关的变刚度摩擦阻尼器。修正的Bouc-Wen模型的模拟结果与试验结果二者吻合良好。