装设钢管铅芯阻尼器的可更换耗能连梁设计方法研究

本文提出一种由钢管铅芯阻尼器和端部开缝的连接钢板构成的新型可更换耗能连梁,并基于其在结构中的应用提出一套实用设计方法。设计思路是通过钢管铅芯阻尼器和连接钢板设计来调节可更换耗能连梁的等效刚度,并使其与原普通连梁刚度等效,同时保证可更换耗能连梁良好的耗能能力。为验证该设计方法的可行性和有效性,对某实际工程算例有无可更换耗能连梁的结构进行地震反应对比分析,分析结果表明:该设计方法简单易行,可通过调节耗能连梁的等效刚度来达到对应的设计期望和要求。该种新型可更换耗能连梁具有良好的性能和稳定的滞回耗能特性,用于工程结构中可有效减缓剪力墙的破坏、提高结构的耗能能力、改善结构的抗震性能。     

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。     

金属阻尼器在短肢剪力墙结构中的应用

本文介绍了阻尼器在短肢剪力墙结构建筑中的应用,连梁阻尼器利用低屈服点钢材受剪后产生的弹塑性变形和滞回耗能来消耗地震能量。连梁安装阻尼器后可以很大程度降低主体结构的地震响应,提高了建筑物的抗震性能。     

可替换连梁连接的双钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究可替换连梁连接的内填混凝土双钢板混凝土联肢组合剪力墙结构的抗震性能,进行了2层半单跨1∶3缩尺试件的低周反复加载试验。试验中对连梁进行了2次替换,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化以及耗能能力。试验结果表明:水平荷载作用下,双钢板混凝土联肢组合剪力墙的可替换连梁首先进入塑性耗能,连梁替换后结构的抗震性能基本恢复到连梁替换前的性能水平;连梁端板没有出现变形,连梁拆卸和安装方便;设计中钢柱柱脚截面可适当加大,需合理设计柱脚部位的焊缝和连接构造,避免应力集中;可替换连梁连接的组合剪力墙结构的滞回曲线比较饱满,抗震性能较好;连梁替换前后结构的骨架曲线相差很小,其抗侧刚度基本一致;结构进入塑性后,试件的承载能力降低很小;在同水平荷载作用下,连梁的剪应力最大,边柱柱脚的正应力较大,中柱、钢梁及剪力墙钢板的应力较小。     

大行程筒式铅剪切阻尼器性能的有限元模拟与试验研究

提出了一种大行程筒式铅剪切阻尼器,阐述了其基本构造及耗能原理。使用ABAQUS建立该阻尼器的实体模型,模拟其滞回特性,分析了阻尼器的四个设计参数对其耗能性能的影响,为设计提供参考。通过低周往复荷载试验,研究该阻尼器的滞回耗能性能。有限元分析和性能试验结果表明:该阻尼器的阻尼力与铅槽长度、轴径成线性关系,铅槽长度和轴径可作为阻尼器设计中提高阻尼力的稳定参数;铅槽厚度对阻尼器的挤压作用影响大,摩擦段长度对阻尼力中的摩擦力影响大,为提供稳定的阻尼力,在阻尼器的设计中,铅槽厚度与铅槽长度比值应小于0.25,摩擦段长度取阻尼器行程;阻尼器耗能能力较好,耗能性能稳定,能够满足结构耗能减震要求。     

剪切机制耗能端板螺栓连接组合联肢剪力墙钢连梁抗震性能试验研究

将端板螺栓连接构造引入钢-混组合联肢剪力墙中,用于连接钢连梁与混凝土墙肢。设计并制作了1组(2个)小剪跨比连梁双肢组合剪力墙试件,分别采用端板螺栓连接和传统直插式的连梁-墙肢连接构造形式,进行低周往复加载试验,以研究两种连接构造形式下钢连梁与混凝土墙肢连接试件的滞回性能、刚度与承载力退化特征以及破坏模式。试验结果表明:用端板螺栓连接代替直插式连接构造,能够有效减轻钢连梁-墙体连接区域混凝土损伤程度,屈服后非线性变形主要集中在钢连梁端部,且钢连梁能够达到美国AISC 341-05规范要求的0.08 rad非线性转角限值,充分发挥滞回耗能作用,刚度、承载力退化不明显,延性好,与传统直插式钢连梁-墙肢连接具有相同甚至更好的抗震性能。     

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。     

波纹钢管铅阻尼器构造与耗能机理分析研究

为研究波纹钢管铅阻尼器不同构造形式对其力学性能的影响,采用ABAQUS软件,建立了两种构造形式的波纹钢管铅阻尼器有限元模型,对其应力分布、塑性分布状态、滞回性能和耗能机理进行模拟分析.结果表明,波纹钢管铅阻尼器外波纹钢管采用波峰连接构造形式,能够增加端部连接段的承载能力和刚度,有效控制阻尼器塑性分布,使得阻尼器的变形和...     

长圆孔腹板耗能梁段抗侧刚度及极限承载力计算分析

连梁是连接双肢剪力墙结构的主要构件,为了控制连梁在地震作用下进入塑性的部位,便于震后修复,可将连梁跨中部截面削弱,此段梁称作耗能梁段。地震作用下耗能梁段首先进入塑性耗能状态,为了使耗能梁段较早进入塑性耗能状态,提出了腹板开长圆孔型耗能梁段。通过ABAQUS有限元软件分析各参数下其刚度、承载力、延性、滞回性能及破坏形态,提出了其初始刚度和极限承载力计算方法。分析结果表明:长圆孔腹板耗能梁段具有良好的滞回性能,可实现屈曲前屈服;孔间柱长宽比β是影响耗能梁段承载力和滞回性能的决定因素,双列孔耗能梁段性能优于单列孔;考虑上、下翼缘对耗能梁段影响的初始刚度和极限承载力计算结果与有限元结果较为吻合。     

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。     

金属阻尼器的滞回性能分析

金属在进入弹塑性状态后具有良好的滞回特性,且在弹塑性滞回变形过程中能吸收大量能量,因而用来制造不同类型的耗能减震器。提出了椭圆形开口金属阻尼器,并利用有限元软件ABAQUS分析椭圆型、棱形、X形阻尼器在不同开洞率下的滞回性能,将其耗能性能进行对比。结果表明,椭圆形开口金属阻尼器有较好的耗能性能,此分析对以后金属阻尼器的选取也提供了一定的参考。     

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。     

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。     

新型跨中截断式可更换钢连梁设计与抗震分析

提出一种新型跨中截断式可更换耗能钢连梁的设计方案,利用有限元分析软件ABAQUS建立了新型跨中截断式可更换钢连梁的非线性有限元模型,并将设有新型钢连梁阻尼器的联肢剪力墙结构与传统钢筋混凝土连梁-剪力墙结构的变形云图、滞回曲线、骨架曲线以及层间位移作了对比分析。分析结果表明:设有新型阻尼器连梁的联肢剪力墙结构滞回曲线最外环所包含的面积大致为传统混凝土连梁-剪力墙结构的1.886倍,提高了结构的抗震性能,且具有较传统混凝土连梁-剪力墙结构更大的极限承载力和抗侧刚度,并具有震后灵活更换的优点。     

摩擦型耗能柱脚连柱钢支撑框架抗震性能有限元分析

连柱钢支撑框架结构是一种新型的功能可恢复结构,为了增大耗能连梁的剪切变形程度,提高耗能能力,将支撑柱脚设计为可抬起柱脚,并在柱脚处设置摩擦耗能阻尼器.采用ABAQUS软件建立了摩擦型耗能柱脚连柱钢支撑结构有限元分析模型,对试件结构进行了低周往复加载,通过改变支撑尺寸及耗能连梁高度来改变支撑和耗能连梁的刚度比,分析其破坏模式和滞回性能.结果表明:柱脚设置摩擦阻尼器的连柱钢支撑框架结构具有良好的屈服时序,耗能连梁塑性发展充分,结构具有较强的耗能能力.支撑截面大小对结构耗能能力影响较小,但支撑截面不宜过大,否则会导致柱脚先于支撑屈服,支撑截面亦不宜过小,否则会导致支撑过早发生弹塑性屈曲.耗能连梁为结构主要耗能构件,随着耗能连梁高度的增加,结构刚度和承载力增大,耗能能力显著提高,因此耗能连梁刚度不宜过小.建议支撑与耗能连梁的刚度比不小于160,在此范围内,可保证耗能连梁充分耗能破坏前,支撑不发生弹塑性屈曲.     

框架节点耗能的新方式及其数值分析

铅具有良好的塑性变形能力,变形后能重新结晶恢复、无应变硬化。基于该特征,提出了一种杆式铅剪切阻尼器,这种阻尼器用于框架节点梁端塑性铰的耗能减震。采用有限元分析了阻尼器在不同初始屈服力、梁不同极限弯矩下的耗能性能。通过对梁滞回曲线的分析表明,所提出的耗能减震器工作性能稳定、耗能效率高、减震效果好、构造简单。     

带碟簧柱脚的连柱支撑钢框架结构抗震性能研究

为了提高连柱支撑钢结构的耗能能力,增加耗能连梁进入塑性程度,提出在支撑柱脚设置碟簧的构造措施。采用有限元软件ABAQUS建立带碟簧柱脚连柱支撑钢框架结构模型,对模型进行低周往复加载,分析其破坏机理,并考虑了耗能连梁非弹性转角和耗能连梁长度等设计参数对其滞回性能的影响。分析结果表明:柱脚设置碟簧的连柱支撑钢结构破坏模式理想,耗能连梁率先进入塑性,塑性变形充分,耗能能力好。柱脚抬起越大,耗能连梁塑性发展程度越大,建议耗能连梁非弹性转角取0.06～0.08 rad;耗能连梁应设计成剪切屈服型,耗能连梁长度越短,结构耗能性能越好、抗侧刚度越大,建议耗能连梁长度e取值范围为(0.95～1.54)M_p/V_p,其中M_p和V_p分别为耗能连梁的塑性抗弯承载力和抗剪承载力。     

扇形铅黏弹性阻尼器滞回性能试验研究

试验设计并制作了2组4个几何尺寸及构造相同但橡胶剪切模量不同的扇形铅黏弹性阻尼器,对其进行低周反复荷载作用下的滞回性能试验。研究阻尼器的滞回性能、骨架曲线与恢复力模型、疲劳性能及大变形能力,分析不同应变幅值、不同加载频率、不同橡胶剪切模量对其性能的影响,并通过有限元软件对阻尼器进行有限元分析,对比有限元分析结果和试验结果。研究结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满、耗能能力较强,具有良好的抗疲劳性能和大变形能力;阻尼器的橡胶材料剪切模量和试验加载幅值对其性能参数有一定的影响;试验加载频率对其性能参数影响较小;阻尼器恢复力模型可采用双线性模型来描述;试验和有限元分析结果吻合较好,验证了该阻尼器有限元模拟分析方法的合理性。     

一种多螺栓摩擦型阻尼器的试验研究

设计了一种多螺栓摩擦型阻尼器,并对其进行了单轴性能试验。试验考察了阻尼器的滞回性能、耗能能力以及承载力的稳定性。试验结果表明,该种摩擦阻尼器具有稳定的滞回性能,耗能能力较强且稳定,在不同加载速度、不同加载位移以及不同的预压力等级等不同工况下均具有稳定的承载能力。此外,试验中发现该型摩擦阻尼器存在分段起滑现象,这一现象的原因及其对于阻尼器性能的影响有待进一步研究。     

具有线性滞回阻尼特征的双压簧变摩擦阻尼器性能试验和有限元分析

为使减震装置具有线性滞回阻尼(Reid模型)特征,根据摩擦耗能原理提出一种新的减震装置——双压簧-平板式变摩擦阻尼器。该阻尼器主要包括摩擦板、固定板、端板、中间滑动轴、定位板、摩擦楔形块、挤压楔形块以及压缩弹簧,其中,两个挤压楔形块与两个摩擦楔形块组成一个摩擦组件。其基本原理是通过左右两组由摩擦组件与压缩弹簧连接组成的摩擦构造循环往复运动挤压摩擦侧板,改变摩擦力的大小,从而实现阻尼力与位移线性变化,实现线性滞回阻尼特征。介绍了该类阻尼器的性能试验,并推导了其恢复力模型的等效阻尼比的计算式,结果表明:利用ABAQUS软件对该阻尼器进行的数值模拟与理论公式、性能试验结果吻合较好,初步验证了其构造方案是可行的。