形状记忆合金-摩擦复合阻尼器力学性能研究

提出一种新型形状记忆合金（shape memory alloy,简称SMA）-摩擦复合阻尼器。该阻尼器由超弹性SMA单元和高耗能摩擦单元串联而成,通过控制摩擦单元的摩擦力大于SMA单元的最大输出力,可实现自动调节耗能单元工作状态的功能,即：较小荷载作用下,仅SMA单元工作,消耗能量少,具有自复位功能;较大荷载作用下,SMA单元和摩擦单元依次工作,消耗大量能量,具有一定的变形回复能力。对阻尼器进行拉压循环力学试验,研究了位移幅值、加载频率和扭矩对其输出力-位移曲线以及摩擦力、割线刚度、单位循环耗能量、等效阻尼比、残余位移等力学参数的影响。将基于Graesser本构模型基础上的SMA单元力学模型和摩擦单元的理想刚塑性模型串联,建立了阻尼器的力学模型;数值模拟结果与试验结果吻合较好,证明了该力学模型的正确性。     

具有耗能时序的变摩擦自复位阻尼器滞回性能研究

综合形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）材料和摩擦机制的优点,提出了一种具有耗能时序的变摩擦自复位阻尼器（self-centering variable friction damper with energy-dissipation sequences,SVFDES）。首先说明了SVFDES的构造设计及变形模式,开展了SMA棒的循环拉伸试验研究以确定材料的力学参数。之后利用经试验验证的数值模拟方法建立了SVFDES的精细化有限元模型,通过参数分析识别并研究了影响该阻尼器滞回性能的关键参数。最后通过对阻尼器的隔离体进行受力分析,推导了阻尼器滞回行为的理论计算公式。结果表明：（1） SVFDES在往复荷载作用下兼具自复位能力和耗能能力,并且呈现出“变摩擦”、“变刚度”的特征;（2）阻尼器的滞回行为对摩擦副的几何构形、摩擦面的摩擦系数较为敏感,而与SMA元件的预紧力弱相关;（3）理论计算公式和数值模拟的结果较为吻合。     

自复位单向摩擦阻尼器梁桥数值#br# 模拟及混合试验

传统梁桥在地震作用下,支座容易产生较大的残余变形。针对这一问题提出将传统梁桥支座替换为聚四氟乙烯滑板支座,并在主梁和盖梁之间安装自复位单向摩擦阻尼器,形成自复位单向摩擦阻尼器梁桥。首先,将有预加力的自复位单向摩擦阻尼器等效为一个无预加力的阻尼器单元和一个无耗能能力的双线性弹簧单元组成的并联体系,采用OpenSees模拟其本构关系。进一步,以一4跨自复位单向摩擦阻尼器连续梁桥为对象,对其进行地震动记录输入下的动力分析,同时,将桥梁1#墩的阻尼器和支座作为试验子结构,其他部分作为数值子结构进行混合试验,考察地震作用下的桥梁位移和内力响应。数值分析和混合试验的结果对比表明：文章对阻尼器的等效处理是合理的且自复位单向摩擦阻尼器梁桥具有良好的隔震和自复位能力。     

形状记忆合金-弧面摩擦复合阻尼器设计与分析

提出了一种兼具自复位、变摩擦和高耗能于一体的新型形状记忆合金-弧面摩擦复合阻尼器,该阻尼器由形状记忆合金复位装置和变摩擦耗能装置两部分组成。基于Brinson模型和摩擦学建立了该阻尼器的恢复力模型,并利用Simulink对其力学性能进行了数值模拟。研究结果表明:所建立的恢复力模型能够很好地描述该阻尼器的力学性能;随着位移幅值的增加,阻尼器的耗能能力逐渐增大,加载频率对其耗能能力影响不大,在建筑结构中能够保持稳定的耗能特性,具有一定的工程应用前景。     

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。     

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。     

新型自复位变摩擦阻尼器力学性能研究

本文提出了一种兼具自复位、变摩擦和高耗能于一体的新型自复位变摩擦阻尼器,其自复位功能由碟簧实现,变摩擦机构提供耗能作用.基于该阻尼器独特的构造形式推导了其恢复力模型,并利用MATLAB中的Simulink工具箱建立其动态仿真模型,并引用他人试验数据对比验证.结果表明:所建立的动态仿真模型能够较为准确地计算出阻尼器的恢复...     

新型自复位耗能阻尼器性能研究

为了减小传统建筑结构在震后所产生的残余变形,提出了一种新型的自复位耗能阻尼器,进行了阻尼器理论分析与构造设计并通过有限元模拟对该阻尼器的性能进行了研究。该阻尼器通过弹簧和SMA(shape memory alloy,形状记忆合金)螺杆相结合的方式实现自复位,SMA螺杆在拉伸过程中的耗能以和其它部件之间的滑动摩擦实现。结果表明,该阻尼器在受拉和受压过程中均有较强的稳定性和较好的自复位效果。     

梁端弹簧自复位框架耗能节点试验研究

梁端弹簧自复位框架耗能节点是一种新型自复位节点形式,通过在梁端布置弹性恢复装置和节点阻尼器,使得节点具有确定的转动刚度和阻尼,可以同时实现结构的自复位和地震能量耗散。为了验证节点的可行性、研究其抗震性能,选择钢板弹簧作为弹性恢复装置、腹板屈服耗能金属阻尼器作为耗能装置进行节点构造,并对足尺梁端弹簧自复位框架耗能节点进行拟静力试验,得到无控节点和有控节点的试验滞回曲线和骨架曲线。试验结果表明,梁端弹簧自复位耗能框架有控节点试验的滞回曲线饱满、具有良好的耗能能力,通过无控节点试验的骨架曲线求得的节点转动刚度与预设设计值一致,表明采用梁端弹簧耗能节点构造自复位框架是可行的,为进一步研究整体框架抗震性能提供依据。     

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。     

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。     

方形转动摩擦阻尼器滞回性能研究

提出了方形转动摩擦阻尼器的理论滞回模型,推导了滞回曲线理论计算公式并对公式的适用条件加以限制,通过低周往复试验和数值模拟,对该阻尼器的理论模型及计算公式进行了系统性的验证。结果表明：方形转动摩擦阻尼器的理论滞回曲线与试验结果、数值模拟结果在加载位移区间为(-30mm, 30mm)内吻合性较好;滞回曲线近似呈喇叭形,曲线饱满,表明该阻尼器具有较强的耗能能力;当方形转动摩擦阻尼器耗能端预紧力较小或摩擦片材料摩擦系数较小时应考虑加载端的摩擦力影响,并对理论计算公式进行进一步修正,为类似工程提供借鉴。     

中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架数值模拟

装配式自复位钢框架具有震后结构自动复位、结构残余变形及损伤较小、可以恢复结构正常使用功能等优势。但是当装配式自复位钢框架跨度较大时,常因刚度不足导致其层间位移角不能满足抗震设计规范限值要求。为此,提出了中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架,在拟动力试验研究基础上,通过有限元软件ABAQUS进行数值模拟,并与试验结果进行对比分析;在数值模拟校验的基础上,通过有限元分析研究了施加竖向活荷载对中间柱型阻尼器工作机制的影响。研究结果表明：数值模拟与子结构拟动力试验结果在结构位移峰值、滞回性能、索力变化等方面吻合较好,数值模拟方法可靠;中间柱型阻尼器可提高框架结构的抗侧刚度,有效控制结构层间位移角,同时提高结构耗能能力,延缓主体结构塑性发展进而保护主体结构,减小结构残余变形并控制损伤;中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架具有良好的自复位能力,竖向活荷载对中间柱型阻尼器滞回性能及耗能能力影响不大。     

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。     

设置新型自复位阻尼器的隔震结构动力响应控制效果分析

针对常规黏滞阻尼器不具备自复位能力的问题,研发新型自复位阻尼器,该阻尼器主要由导杆、密封外筒和碟形弹簧组成。通过构造设计,可使阻尼器受拉和受压时碟形弹簧均处于压缩状态,从而为阻尼器提供弹性恢复力。根据阻尼器工作原理与力学特性建立阻尼器理论滞回模型,采用有限元分析软件SAP2000建立无控结构、常规隔震结构和自复位隔震结构模型,分别进行动力响应分析。研究结果表明,新型自复位阻尼器不影响结构自振周期,可使结构加速度和位移得到有效控制;对于自振周期与地震动卓越周期相近的结构,新型自复位阻尼器动力响应控制效果优于常规黏滞阻尼器;数值模拟计算得到的新型自复位阻尼器滞回曲线饱满,呈双线性特征,与理论滞回模型相符。     

带自复位耗能连梁的剪力墙结构的抗震性能

为了减小强地震作用下钢筋混凝土联肢剪力墙的连梁结构损伤,实现震后结构功能的快速恢复,提出了一种兼具自复位和耗能功能的新型自复位耗能连梁。新型自复位耗能连梁在跨中安装了由形状记忆合金绞线和粘弹性耗能单元并联而成的新型复合自复位阻尼器。以一榀10层双肢剪力墙结构为例,对连梁跨中分别安装该新型自复位阻尼器的联肢剪力墙、粘弹性阻尼器的联肢剪力墙和普通钢筋混凝土连梁的联肢剪力墙进行了动力时程分析,对比分析了不同阻尼器对联肢剪力墙结构的减震效果。结果表明:地震作用下,结构变形和耗能都集中在连梁阻尼器上,但新型自复位连梁阻尼器对结构地震响应的控制效果要优于粘弹性阻尼器,新型复合连梁阻尼器在地震过程中表现出较好的自复位及耗能能力。     

转动型阻尼器及转动型耗能节点研究现状

梁柱节点需要较大的塑性转动能力,以避免节点脆性破坏并保证结构整体性,在节点安装转动型阻尼器或直接通过节点安装耗能元件形成转动耗能节点可以实现这一目标。综述了现有的转动型阻尼器以及转动型耗能节点,常见的转动型耗能阻尼器可分为摩擦型、金属型和复合型;常见的转动型耗能节点可分为摩擦型、金属型,以及自复位功能耗能节点。归纳了不同类型转动型阻尼器以及转动型耗能节点的构造形式;对比了复合型阻尼器、摩擦型和金属型阻尼器及耗能节点以及自复位耗能节点的试验曲线及耗能特点,归纳出了矩形、梭形、平行四边形、弓形、旗帜形5种滞回曲线形状;归纳了转动型阻尼器及转动型耗能节点的安装方式,以及试验中常用的悬臂式、十字形和平行连杆试件形式;对比了转动型阻尼器及转动型耗能节点的特点。并对未来的研究方向提出了展望。     

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。     

自复位消能桥墩抗震性能研究

介绍自复位消能桥墩的基本概念及研究意义,基于SAP2000平台建立自复位消能桥墩的多弹簧模型,提出用多线性弹性弹簧代替预应力筋,用弹塑性弹簧代替阻尼器的简化数值模拟方法,并对该模型进行Pushover分析,研究自复位组件及耗能组件对桥墩滞回性能的影响。同时对自复位消能桥墩和传统桥墩进行非线性动力时程分析,研究两种桥墩在地震波下的抗震性能。结果表明自复位消能桥墩多弹簧模型地震作用下性能稳定,地震作用下自复位消能桥墩的柱顶最大位移大于传统桥墩,残余位移明显小于传统桥墩结构,桥墩震后性能良好。     

基于转动型摩擦阻尼器滞回性能试验研究

为研究转动型摩擦阻尼器在静力反复荷载作用下的滞回性能,对6个转动型摩擦阻尼器试件进行拟静力试验研究,分析其工作机理、滞回性能、耗能能力及摩擦系数等并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,与试验结果进行对比分析。研究结果表明:1)转动型摩擦阻尼器滞回曲线饱满,有较好的耗能能力;2)无石棉有机物摩擦力较为稳定,铝镁合金、铜锌合金阻尼器摩擦力离散性较大; 3)增大阻尼器高强螺栓预紧力、单元数可增大阻尼器摩擦力,有效提高摩擦阻尼器耗能能力; 4)铝镁合金耗能能力优于铜锌合金、无石棉有机物,无石棉有机物能量耗散稳定性优于铜锌合金、铝镁合金; 5)铜锌合金、铝镁合金摩擦系数大于0. 3,无石棉有机物摩擦系数约为0. 16; 6)有限元分析结果与试验值误差较小,有限元模型可以较好地模拟试验。