转角位移型阻尼器性能研究及工程应用

针对传统加固方案美观性不足、空间占有率大的缺点,本文提出一种应用于梁–柱节点的转角位移型金属阻尼器（RMD）,该阻尼器外观为弧线型,布置点位于结构梁柱节点处,在保证耗能效果的同时,可最大程度满足建筑功能需求。RMD的耗能原理是梁–柱夹角变化推动阻尼器内部剪切钢板产生位移,耗能棒与剪切钢板相连,多根双曲线型金属棒在剪切板的带动下同时发生弯曲变形,进而耗散地震输入的能量。经有限元数值分析和力学试验研究发现,RMD拥有良好的耗能能力和塑性变形能力,即使在大变形下也不容易发生破坏,并且通过改变耗能棒的数量可以直接调节阻尼器的性能参数,满足不同的工程需求。由于现有常用工程设计软件中没有相应的转动型连接单元对RMD进行模拟,为方便工程设计,进一步提出一种直线型布置的等效模型,基于阻尼器变形前后位移等效原理,通过理论公式推导了等效模型物理参数计算方法,并使用有限元分析证实了该方法拥有较高的准确性。为评估该阻尼器的耗能效果,在相同的数量和布置形式下,将其与普通钢隅撑、黏弹性转角阻尼器分别设置在某一复杂电厂结构中进行减震设计分析。计算结果表明,RMD能够有效降低结构的地震响应,且减震效果优于隅撑与黏弹性...     

应用于榫卯节点加固的扇形黏弹性阻尼器有限元分析

为提升传统木结构建筑的抗震能力,研发一种用于榫卯节点加固的扇形黏弹性阻尼器。先介绍了2种形制不同的阻尼器(SX-1和SX-2)的构造,并对其工作机制进行分析,利用ABAQUS进行数值模拟,通过对比分析2种扇形阻尼器在反复荷载下的滞回曲线饱满程度、耗能系数及等效黏滞阻尼比,研究阻尼器的变形性能和耗能特性。结果表明：阻尼器构造合理,滞回面积、耗能系数及等效阻尼比均随幅值的增加而增大;位移加载幅值较小时,SX-1和SX-2试件的耗能系数及等效阻尼比的数值均较小;SX-2形制的扇形黏弹性阻尼器滞回曲线更饱满,耗能能力强,具有较大的变形能力;SX-2形制的黏弹性橡胶阻尼器的耗能系数及等效阻尼比相较于SX-1阻尼器均得到提高,SX-2阻尼器耗能能力得到加强,能够更加有效地提高传统穿斗木构架的抗震能力。     

基于耗能构件的大悬挑钢结构消能减震性能分析

以某大悬挑钢结构为实例进行分析,将屈曲约束支撑、黏滞阻尼器等两种减震装置引入结构减震之中,运用SAP2000有限元分析软件建立减震模型。通过弹塑性时程分析方法对大悬挑钢结构进行消能减震分析,对多遇及罕遇地震作用下两种减震装置在不同布置形式、不同布置位置时的减震效果进行对比分析和探讨。结果表明：通过布置屈曲约束支撑或黏滞阻尼器,可以有效减小大悬挑钢结构在地震作用下的最大层间位移角,其中屈曲约束支撑在罕遇地震下减震效果更好。黏滞阻尼器在多遇地震下减震效果更好;在多遇和罕遇地震作用下,两种减震装置均在V型布置时减震效果最优,单斜撑次之。减震装置布置在结构下部耗能能力最强。综合分析表明,黏滞阻尼器在V型布置时在多遇地震作用下即可实现耗能,为结构提供较大附加阻尼,减震效果最好。     

超大跨度斜拉桥纵向减震耗能塔、梁连接装置研究

在苏通大桥的塔、梁连接处分剐设置弹性连接装置和阻尼器.并选择恰当的弹性连接装置的弹性刚度以及阻尼器参数,利用Maxwell阻尼模型模拟黏滞阻尼器的滞回耗能特性,通过结构非线性地震分析的方法,对比了弹性连接装置与黏滞阻尼器的减震效果,分析表明弹性连接装置和阻尼器均能有效地减小梁端的地震位移,但阻尼器的效果更为理想.     

扇形铅粘弹性阻尼器的设计及数值仿真分析

为改善框架结构及底框结构的抗震性能,提出一种新型扇形铅粘弹性阻尼器对梁柱节点进行耗能减震加固。介绍了扇形铅粘弹性阻尼器的构造、工作原理及特点,设计了三组铅芯个数和直径不同的扇形铅粘弹性阻尼器,采用ABAQUS有限元分析软件对其进行了剪切位移和转角位移加载的数值仿真分析,研究了阻尼器的滞回性能,加载方式、铅芯个数和直径对其耗能性能的影响,以及阻尼器耗能核心部件应力分布特点、骨架曲线和力学模型。结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力,铅芯个数和直径对其耗能性能影响较大,耗能核心部件应力分布均匀,构造合理,力学模型可采用双线性模型进行描述。     

新型钢管铅芯阻尼器数值模拟及耗能能力分析

以传统钢管铅芯阻尼器为基础,通过改进得到一种新型钢管双铅芯阻尼器,并在此基础上运用ABAQUS有限元模拟软件对其抗震性能进行模拟分析。模拟结果表明,在用铅量较少的情况下,新型钢管双铅芯阻尼器相对于单铅芯阻尼器的极限荷载增大183 kN,极限位移增大近一倍,滞回曲线面积明显增大并且等效阻尼系数增大15%。通过模拟结果表明,其耗能能力较优。     

自锚式悬索桥动力特性及减震效果

采用时程分析法针对自锚式悬索桥的动力特性进行了试验和理论分析,并分析了非线性黏滞阻尼器对该桥型抗震能力的影响.结果表明,采用梁杆单元建立的悬索桥计算模型可有效地进行结构的地震响应分析,具有良好的可靠性.在主桥纵向设置参数合理的非线性黏滞阻尼器可有效地减小结构在地震作用下控制部位的相对位移,不同程度地改善了结构墩柱部位的地震反应效应,黏滞阻尼器耗能减振效果良好.     

剪力墙竖向连接软钢阻尼器滞回性能试验研究

提出应用于剪力墙竖向韧性连接体的易拆装的拉压耗能软钢阻尼器.为了研究拉压荷载作用下该阻尼器的滞回性能,基于杠杆原理,设计制作能放大加载位移的高承载销轴-钢梁加载装置和3对不同耗能肢形状的试件,模拟阻尼器的螺栓连接边界和拉压往复受力过程.将阻尼器试件同条件依次安装并开展拟静力循环往复加载试验,研究试件的破坏模式、强度及变形能力、耗能特性及螺栓连接的可靠性,获得试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、承载力及延性系数等.对阻尼器的耗能承载能力进行评价分析,研究耗能肢型体参数对力学性能的影响.建立有限元模型,模拟阻尼器的失效行为.结果表明,阻尼器以耗能肢屈曲为典型破坏模式,Z型耗能肢阻尼器与其他2种耗能肢形状的阻尼器相比,具备更好的防屈曲性能和耗能能力,能够发挥低屈服点钢材的力学性能,震损后可以快速更换.     

大跨度三塔悬索桥地震位移控制效果对比

针对地震作用下超大跨度悬索桥梁端位移过大的问题,通过附加减震阻尼器来保证桥梁结构的安全至关重要。考虑行波效应对大跨度悬索桥地震响应的影响,以主跨2×1080m的大跨度三塔悬索桥泰州大桥为研究对象,研究了弹性拉索、黏滞阻尼器、软钢阻尼器控制超大跨度悬索桥地震响应的最优参数取值,并详细对比了其地震响应控制效果。结果表明,弹性拉索和软钢阻尼器可较好的控制塔梁相对位移;黏滞阻尼器对塔梁相对位移的控制效果次于弹性拉索和软钢阻尼器,但黏滞阻尼器在控制塔梁相对位移的同时,未显著增加塔底内力。     

大跨度三塔悬索桥地震位移控制效果对比

针对地震作用下超大跨度悬索桥梁端位移过大的问题,通过附加减震阻尼器保证桥梁结构的安全至关重要。考虑行波效应对大跨度悬索桥地震响应的影响,以主跨2×1 080 m的大跨度三塔悬索桥泰州大桥为研究对象,研究了弹性拉索、黏滞阻尼器、软钢阻尼器控制超大跨度悬索桥地震响应的最优参数取值,并对比了其地震响应控制效果。结果表明:弹性拉索和软钢阻尼器可较好的控制塔梁相对位移;黏滞阻尼器对塔梁相对位移的控制效果次于弹性拉索和软钢阻尼器,但黏滞阻尼器在控制塔梁相对位移的同时未显著增加塔底内力。     

粘滞流体阻尼器在高层建筑减振设计中的应用研究

介绍了所研制的双出杆型粘滞流体阻尼器的耗能原理，且由试验研究表明，该阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器，阻尼器的阻尼力与活塞的运动速度近似呈线性关系，是一种性能优良的减振阻尼器．文章还阐述了工程结构采用粘滞流体阻尼器的减振设计原理，并通过对高层建筑应用该研究成果的介绍，进一步阐明采用粘滞流体阻尼器的结构减振设计方法．     

内置挡板调谐液体阻尼器对高层结构的地震反应控制研究

提出一种新型调谐液体阻尼器——内置横向挡板的调谐液体阻尼器（TLDEB）。通过在普通调谐液体阻尼器（TLD）装置中设置横向挡板,使液体绕流时产生附加阻尼来增强其耗能作用,以改善TLD对高层建筑的减振效果。结合经典势流理论以及能量耗散原理推导了TLDEB的等效位移、附加阻尼比,并对其进行了等效线性化。以某实际高层建筑结构作为算例,通过对地面随机激励和地震波激励的数值仿真来验证TLDEB的减振效果。结果表明：TLDEB可有效地增大结构阻尼,具有比普通TLD更优良的减振控制效果。     

Bearing capacity of foundation on slope determined by energy dissipation method and model experiments

To determine the ultimate bearing capacity of foundations on sloping ground surface in practice, energy dissipation method was used to formulate the bearing capacity as programming problem, and full-scale model experiments were investigated to analyze the performance of the soil slopes loaded by a strip footing in laboratory. The soil failure is governed by a linear Mohr-Coulomb yield criterion, and soil deformation follows an associated flow rule. Based on the energy dissipation method of plastic mechanics, a multi-wedge translational failure mechanism was employed to obtain the three bearing capacity factors related to cohesion, equivalent surcharge load and the unit gravity for various slope inclination angles. Numerical results were compared with those of the published solutions using finite element method and those of model experiments. The bearing capacity factors were presented in the form of design charts for practical use in engineering. The results show that limit analysis solutions approximate to those of model tests, and that the energy dissipation method is effective to estimate bearing capacity of soil slope.     

复合式金属阻尼器在高层剪力墙结构中的应用

将新型复合式金属阻尼器应用于某高层剪力墙实际工程结构.采用Perform-3D建立了结构的三维精细化非线性有限元模型,通过对结构在9度大震下的弹塑性分析,研究了该复合式金属阻尼器对高层剪力墙实际工程结构的减震控制效果.分析结果表明:加设复合式金属阻尼器后结构的耗能性能明显改善,结构的基底剪力减小20％以上,该复合式金属阻尼器在实际工程中具有良好的推广实用意义.     

被动消能混合式交错桁架单元滞回性能有限元分析

为了增强交错桁架耗能能力,可在桁架单元的斜腹杆上设置摩擦耗能器,形成被动消能交错桁架结构。采用有限元软件ANSYS12.1分析摩擦耗能器在不同摩擦系数、螺栓孔长以及螺栓等级下的荷载位移关系,并将摩擦耗能器的荷载-位移关系转化为等效应力-应变关系,定义到斜腹杆上的等效耗能器单元的材料本构关系中,对被动消能桁架单元进行水平方向循环加载,得到各桁架单元的滞回曲线、骨架曲线以及耗能能力图。有限元分析结果表明:摩擦系数使耗能器的滑移力达到斜腹杆屈曲荷载的96%时,结构的耗能能力最好;耗能器孔长越大,桁架的耗能能力和延性越好,滑移量达到桁架节间距的1%时,延性系数可满足一般框架的抗震要求;螺栓等级越高,其预紧力越稳定,桁架耗能能力越好。     

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...     

非线性电涡流惯质阻尼器力学性能仿真与试验

为提高板式电涡流阻尼器(ECD)的耗能减振效率,融合旋转式电涡流阻尼技术与滚珠丝杠式两节点惯质单元,发展与研制了一种非线性电涡流惯质阻尼器(NEMD).首先阐明了NEMD的整体构造与工作原理,然后综合半理论半仿真分析、三维电磁场有限元仿真分析与样机力学性能测试,获得了NEMD的轴向出力特性,提出了旋转式电涡流阻尼计算分析方法,最后总结建立了NEMD的两阶段设计方法.结果表明:NEMD实现了阻尼器惯性质量与电涡流阻尼的双重增效,显著提升了ECD的耗能减振效率;随着NEMD轴向速度的增加,电涡流阻尼力表现出先上升后下降的非线性特征;综合半理论半仿真与三维电磁场有限元仿真的电涡流阻尼力预测方法可以满足NEMD设计要求.     

基于位移的钢筋混凝土框架结构整体等效阻尼比模型

现有针对钢筋混凝土框架结构的等效阻尼比公式大多使用简化的单自由度滞回模型等效推导得出,难以充分反映结构的整体非线性滞回特征。按现行抗震规范设计了66个不同层数和跨度的规则钢筋混凝土框架结构,并对其进行单向推覆分析,选出其中主要通过梁铰变形耗能的51个结构进行往复推覆分析,基于等能量耗散原则建立了适用的整体等效阻尼比模型,分析表明,基于该等效阻尼比的结构位移需求预测值总体偏低。为此,进一步通过动力时程分析对其进行修正,采用修正后的整体等效阻尼比模型进行拟静力非线性分析,所得结果与时程分析得到的平均最大位移基本一致,说明该模型具有较好的适用性,可以更好地反映结构整体耗能特性。     

新型三维隔震装置力学性能试验研究

基于铅芯橡胶隔震垫、组合碟形弹簧和钢板阻尼器的各自力学性能特点,设计开发出一种新型的三维隔震装置,首先简要介绍了该三维隔震装置的组成构造和力学性能设计方法;通过一足尺三维隔震装置分别进行了水平向和竖向力学性能试验。试验结果表明,该三维隔震装置具有构造合理、传力机制明确等优点,在水平向和竖向都能够具有适宜的隔震刚度和阻尼耗能性能,并且在较大水平剪切变形时仍具有良好的整体稳定性。     

双核芯全钢防屈曲支撑的设计与试验

为了解防屈曲支撑作为抗侧力构件的性能,设计一种可拆解组合的全钢双核芯防屈曲支撑,并通过拟静力试验,研究了其承载能力和耗能特性.首先通过一个单核芯试件的试验发现了设计和锚固的不足,改进后成功获得了单、双核芯试件的荷载位移曲线和低周疲劳曲线,并通过研究曲线特征和规律,取得了强度、变形、耗能等设计参数,最后用Bouc-Wen模型对防屈曲支撑进行了地震作用下的数值模拟.试验和分析结果表明:防屈曲支撑克服了普通支撑受压屈曲的缺点,滞回曲线拉压基本对称,呈饱满的梭形,具有较高的阻尼比,且往复荷载下耐疲劳.Bouc-Wen模型可以较好地模拟其滞回性能.所设计的双核芯支撑性能稳定,组装灵活,适合工程应用.