粘弹性耗能器的性能试验研究

本文根据土木工程的特点和要求,选用三种国产粘弹性材料制作相应的耗能器,分别进行了变频、变温、变应变、常温与低温疲劳及极限变形等大量试验,研究了这些材料的主要性能指标—剪切模量、耗能因子的变化规律,分析了频率、温度、应变和疲劳效应等因素对粘弹性材料性能参数的影响。在此基础上,提出了粘弹性耗能器设计和制作的一些要求以及国产粘弹性材料用于土木结构减振时进一步改性的目标     

粘性弹耗能器恢复力模型的参数影响

首先在Kelvin-Voigt本构模型基础上,修正了振动频率对粘弹性材料剪切模量,损失模量的影响函数,其次,将环境温度 和剪切应变对上述模量的影响统一归为振动频率的转化系统;最后,由热力学第一定律导出了粘弹性耗能器疲劳温升模型。     

耗能减振结构的抗震分析与设计方法

基于国内外耗能减振装置的性能试验和耗能减振结构的计算研究并结合我国正在修订的建筑结构抗震规范,讨论了耗能减振结构抗震设计的统一方法。提出了速度相关型线性耗能器和滞变型耗能器等效阻尼和刚度的计算方法,通过大量的计算和比较,研究了耗能减振结构非正交阻尼阵强行解耦的精度和实际应用的可行性;提出了在结构地震反应分析的振型分解反应谱法中耗能器可统一归结为结构附加振型阻尼比的方法;并采用文中提出的耗能减振结构弹性和弹塑性地震反应分析方法,将耗能减振结构的抗震设计转化为普通结构的抗震设计。     

足尺磁流变液耗能器的性能与试验研究

磁流变液耗能器是新一代智能型耗能器,是实现半主动振动控制的理想元件。设计制作了基于土木结构振动控制的最大阻尼力约为180kN的足尺磁流变液耗能器,并试验研究了其阻尼力性能。试验表明,对于具有多励磁线圈的磁流变液耗能器,相邻线圈的电流异向时其最大电流下的阻尼力,远大于同向的情况。试验还表明,多线圈共同工作下耗能器所产生的最大阻尼力,远小于各线圈单独工作时阻尼器所产生的最大阻尼力的简单叠加,且线圈越多,减小的程度也越大。     

粘弹性阻尼器的性能试验研究

本文对粘弹性阻尼器在不同温度、不同频率、不同应变幅值和不同粘弹性层厚度的情况下进行试验,并对粘弹性阻尼器的疲劳性能和极限变形进行了试验,分析研究了温度、频率、应变幅值和粘弹性层厚度对粘弹性阻尼器性能的影响规律,以及粘弹性阻尼器的疲劳性能和极限变形能力,给出了有关的结论和建议。     

新型钢铅组合耗能器试验研究

利用钢和铅各自的优点开发了一种低屈服极限新型钢铅组合耗能器,通过2组不同参数耗能器和1个纯钢耗能器的试验研究,分析了翼缘宽度和腹板厚度等参数对耗能器性能的影响,对同等位移和同等出力情况下的钢铅组合耗能器和纯钢耗能器滞回曲线进行了对比。结果表明,所开发的新型耗能器滞回曲线饱满、耗能稳定,可通过设计耗能器的参数达到所需屈服性能,耗能器制作工艺简单、经济性好,是一种性价比较高的耗能器。     

工字型钢铅组合耗能器减震体系的优化设计研究

钢铅组合耗能器能够利用钢和铅两种材料耗散能量,具有原理简单、制作方便和价格低廉等优点。该文针对一种工字型钢铅组合耗能器在减震体系中的设置优化进行了研究。建立了土木工程减震控制Benchmark结构的仿真模型,为工字型钢铅组合耗能选取了合理的模型,以耗能器屈服力与结构层间屈服力比值为参数,进行减震效果分析。计算结果表明屈服比为5%时,结构减震效果较好。依据优化设计方法对一栋钢框架模型进行了减震体系设计,并进行了模拟地震振动台试验,试验结果表明钢铅组合耗能器减震体系达到了较好的减震效果,说明了该文建立的钢铅组合耗能器减震体系优化设计方法的合理性。     

平面张弦结构粘弹性阻尼器振动控制研究

该文针对采用粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆的振动控制方法,开展理论分析和数值仿真研究,揭示其振动控制机理,阐明振动控制效果。推导了上弦节点静力位移公式并推广至动力分析,结合撑杆动力学方程,揭示了粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆振动控制耗能机理以及阻尼器刚度系数K与阻尼系数C对结构耗能效果的影响规律,依据耗能最大原则提出了实现最佳减振效果的阻尼器参数取值依据和方法。基于该文提出的刚度系数与阻尼系数取值方法,针对跨度60 m、100 m的张弦梁结构开展了粘弹性阻尼器替换张弦梁结构跨中撑杆参数化数值仿真。由参数化仿真可知,结构峰值加速度、峰值位移和峰值索内应力最大减振效果分别可达42.58%、30.54%和39.05%。减振结构可以满足结构安全以及正常使用需求。证明了粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆是有效的振动控制方法,验证了该文提出的振动控制机理的有效性和阻尼器参数取值方法的适用性。     

基于简谐激励的开槽圆盘粘弹性波导吸振器

在粘弹性变截面梁波导吸振器的基础上，研究简谐激励下的开槽圆盘粘弹性波导吸振器的耗能规律，定性地讨论了能量耗散率与粘弹性材料特性、开槽圆盘的几何参数及振动波频率的关系，并在家用冰柜压缩机上进行了减振试验。研究结果表明，开槽圆盘波导吸振器对低频振动具有良好的抑制作用。     

利用SMA开发耗能阻尼器的实验研究

形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简记为SMA)是一种新型的智能材料,除了具有形状记忆效应(Shape Memory Effort,简记为SME)外,还拥有相变伪弹性(Pseudo-Elasticity,简记为PE)性能和高阻尼耗散因子的性能。文章基于SMA的相变伪弹性的力学原理,设计并制作了SMA耗能器,并对器件进行了性能测试。结果表明,(1) SMA耗能器具有非常显著的阻尼耗能性能,平均等效粘滞阻尼比最大可达到33.56%,最小也有14%,能较好地满足结构被动耗能振动控制的要求;(2) SMA耗能器的阻尼性能与加载频率有关,在低频加载时阻尼性能较好,但随着加载频率的提高,阻尼性能逐步下降;(3) SMA耗能器的阻尼性能与最大行程的大小有关,当最大行程过小或过大时,其等效粘滞阻尼比较小,当最大行程为极限行程的1/2大小时取得最大等效粘滞阻尼比;(4) 在多次循环加载时,器件的应力应变滞回曲线具有整体向上的漂移现象,吻合了其他学者进行的SMA材料试验结果,这一现象的发现提高了此次研究中检测到的试验数据结果的可信度;(5) 实验结果与理论分析结果吻合程度较好,表明器件的设计是合理的、加工制作的工艺满足了理论要求。     

圆筒式粘弹性阻尼器的试验研究及工程应用

开发研制了圆筒式粘弹性阻尼器，从振动控制的角度出发，通过试验，探讨了其力学性能随环境温度、激振频率、变形幅值和滞回圈数等因素的变化规律；结合实际工程，给出了工程结构安装了圆筒式粘弹性阻尼器后的地震反应计算方法和主要计算结果，计算表明，结构安装粘弹性阻尼器后，层间位移和加速度较原结构减小明显。     

高阻尼黏弹性阻尼器性能与力学模型研究

对2个高阻尼黏弹性阻尼器进行不同应变幅值、加载频率下的力学性能试验和疲劳性能试验,研究试件在不同工况下的最大剪应力、存储剪切模量、损耗剪切模量和等效黏滞阻尼比等力学性能及其变化规律,提出五单元模型模拟黏弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明：黏弹性阻尼器滞回曲线饱满、稳定,具有较高的等效黏滞阻尼比,表现出良好的变形性能和耗能能力;黏弹性阻尼器力学性能与应变幅值的相关性明显,与加载频率相关性较小,抗疲劳性能较好;五单元模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好。     

筒式粘弹性阻尼器的试验研究及工程应用

在不同环境温度、激励频率和应变幅值下,对筒式粘弹性阻尼器的动力性能指标进行了试验研究,研究表明筒式粘弹性阻尼器具有较为稳定的动力性能,耗能能力强。往复振动下阻尼器因内升温引起粘弹性材料软化,动力性能指标变化较大,设计中应考虑荷载循环次数的影响。本文通过试验研究了滞回圈数对筒式粘弹性阻尼器动态力学性能的影响,并据此提出了设计建议。本文还介绍了筒式粘弹性阻尼器的老化性能试验和疲劳性能试验,试验结果表明具有良好的老化性能,在风振或地震下阻尼器具有较好的耐疲劳性能。最后介绍了筒式粘弹性阻尼器风振控制的工程应用实例,计算表明结构悬挑端竖向位移和加速度明显减小。     

Performance of viscoelastic dampers (VED) under various temperatures and application of magnetorheological dampers (MRD) for seismic control of structures

A number of studies have been carried out to investigate the performance of viscoelastic dampers (VEDs) and magnetorheological dampers (MRDs) in controlling the seismic response of buildings, but very few of them regarding the effect of temperature on the behavior of those dampers. The energy absorption properties of the VEDs are dependent on the ambient temperature, excitation frequency and strain amplitude. Several mathematical models have been investigated for reproducing the experimental behavior of single degree of freedom VEDs and MEDs. Of these, only the fractional derivative model can reflect the influence of temperature which is, however, so complex that it is difficult to apply in structural analysis. In order to verify the effect of temperature, two case studies of structural element have been conducted: once using VED and once using MRD. Kelvin–Voigt mathematical model applied, they were investigated and after analyzing the results, the force vs. displacement showed that MRD achieved a high force capacity and a better performance than VED. Furthermore, the effect of the temperature in case of VED observed via plotting the dissipated energy hysteresis at different temperatures. These results validate the effect of the temperature as the lower the temperature the more viscous the dashpot element becomes, hence improving damping, but this is up to a specific low temperature.     

新型高阻尼黏弹性阻尼器性能试验研究

设计制作3个高阻尼黏弹性阻尼器,对其进行变形相关性和频率相关性的性能试验、疲劳性能试验及老化性能试验,以最大剪应力、存储剪切模量和等效黏滞阻尼比为指标研究阻尼器的性能规律,采用通用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:该阻尼器滞回曲线饱满、力学性能稳定,具有较强的耗能性能和大变形能力,抗疲劳性能和抗老化性能良好。变形对该新型高阻尼黏弹性阻尼器力学性能指标的影响明显,加载频率对其影响较小。Bouc-Wen模型的模拟结果与试验结果吻合良好。     

粘弹性阻尼器的计算模型

本文介绍了粘弹性阻尼器的构造与性能,以及目前普遍用于分析粘弹性阻尼器的五种计算模型,提出了一种能够体现温度和频率影响的新计算模型—等效标准固体模型,然后通过实例分析,得出有关结论。     

粘弹性阻尼器对网架结构振动疲劳寿命的影响

为研究粘弹性阻尼器对平面网架结构疲劳性能的影响,先对粘弹性阻尼器等效刚度进行推导,然后,基于随机振动载荷,根据载荷功率谱密度函数（PSD）和结构的频率响应以及结构的模态,对平面网架结构添加粘弹性阻尼器和不添加粘弹性阻尼器,以及添加不同阻尼系数的粘弹性阻尼器时的疲劳寿命进行计算和比较。结果表明,阻尼器可以有效的减少随机振动荷载对网架结构的疲劳破坏。且随着阻尼系数的增大,网架结构的最小疲劳寿命呈现先增大,后减小的趋势。因此通过合理选择粘弹性阻尼器的阻尼系数大小可以优化结构的抗疲劳性能。