黏滞阻尼器耗能增效减震系统理论及试验研究

鉴于传统消能减震系统在层间位移较小时耗能效率有限,介绍了一种带位移放大装置的黏滞阻尼器增效减震系统,可通过放大阻尼器的相对变形提升系统耗能能力。基于该系统变形受力特性构建了其耗能增效及高阶效应力学模型,发现在阻尼器拉伸和压缩变形过程中存在不对称现象,进一步讨论了模型参数对力学性能的影响规律。设计制作了试验模型,并完成了在正弦荷载的作用下的往复加载试验。通过对比试验结果与理论曲线验证了理论力学模型的正确性,并通过试验探讨了频率相关性与疲劳性能。最后针对某框架?剪力墙减震结构进行地震响应分析,结果表明较少数量的带位移放装置的黏滞阻尼器增效减震系统可实现数倍普通阻尼器的增效减震效果。     

自复位放大位移型SMA阻尼器优化设计方法研究

该文利用形状记忆合金（SMA）的超弹特性提出了一种新型自复位放大位移型SMA阻尼器（re-centeringdeformation-amplified SMA damper,RDASD）。该阻尼器可将位移变形根据实际工程需要进行放大,通过限制放大以后的位移充分发挥SMA材料的耗能能力。首先建立了该阻尼器的恢复力模型,并通过试验进行了验证。基于SMA材料的旗帜型恢复力模型,分析了预变形、超弹性拉伸位移、刚度和长度四个参数对该阻尼器耗能系数的影响规律。为实现最佳耗能和减震控制效果,提出了该阻尼器的设计准则和性能优化方法。最后以某三层钢框架结构为例,分析了有控和无控两种工况下结构在地震动作用下的动力响应,验证了该阻尼器的减震效果。     

位移放大型转动摩擦阻尼器增强榫卯节点抗震性能试验研究

古建木构中的榫卯节点属于典型的弱连接,地震作用时常常早于构件产生损坏,是预防性加固的关键节点。为提升榫卯节点的抗震性能,提出并设计了一种位移放大型转动摩擦阻尼器。通过对1组未设置阻尼器和3组设置阻尼器的足尺单向直榫节点进行了拟静力试验,得到并对比分析了加固和未加固节点的破坏状态、弯矩-转角关系、骨架曲线、强度退化曲线、刚度退化曲线以及耗能能力,分析了阻尼器的位移放大效应和拔榫抑制能力。结果表明:相对于未加固节点,设置摩擦型阻尼器节点的抗弯承载力最高提升了2.3倍;摩擦阻尼器具有显著的位移放大作用,其最大转动角度为榫卯节点转角的4.5倍;在不显著提升节点刚度的同时大幅度提高了榫卯节点的滞回耗能能力,且提高程度随螺栓预拉应变的增大而增大,最大可提升3.9倍;所研发阻尼器可有效抑制节点拔榫量,且抑制作用随螺栓预拉应变的增大而显著提高。研究结果可为古建木构的科学加固提供技术借鉴。     

新型扭转铅挤压阻尼器设计及其有限元分析

传统铅阻尼器一般利用相对平动位移的变化使得铅发生塑性变形,以此消耗能量.提出一种基于中心轴转动挤压铅耗能的新型铅挤压阻尼器,可直接用于扭转耗能结构体系中(如梁柱间的相对转角等),或通过相关转换结构(如齿轮等)将常规的相对平动位移的耗能机制转换为相对转角位移的耗能模式.基于平面应变假定,以Abaqus平台建立了扭转挤压铅阻尼器的非线性有限元模型,模拟了单轴、双轴扭转铅挤压阻尼器的转动过程,给出了中心转轴的转角-弯矩滞回曲线,其形状接近矩形,具有很好的耗能效果,说明了所构造阻尼器的可行性与有效性;研究了凸缘截面高度对转动弯矩峰值的影响;建立了该类扭转铅挤压阻尼器转动弯矩峰值的抛物线型估算公式.依此构思,亦可构造多轴扭转铅挤压阻尼器.     

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。     

一种聚合阻尼耗能结构理论模型与地震响应研究

针对高层框架核心筒剪力墙结构体系在地震作用下层间位移小,阻尼器难以发挥较好耗能作用的问题,基于内核心筒和外围框架结构的变形特点,在框架核心筒的聚合变形位置设置位移放大型高效阻尼器（SDA）,形成了聚合阻尼耗能结构体系（NSD）。分析了位移放大阻尼器的耗能力学性能,提出了普通型黏滞阻尼器（VD）和放大型黏滞阻尼器的阻尼力及耗能理论公式。设计制作了 3 倍位移放大型黏滞阻尼器和普通黏滞阻尼器的试验模型,进行正弦波往复加载试验,得到不同试验工况下黏滞阻尼器的滞回耗能曲线,并将理论曲线与试验曲线进行了对比,验证了力学模型的正确性;对比 SDA 与 VD 的耗能效果,得出在相同位移下,SDA 比 VD 滞回曲线更加饱满、耗能更为显著。进一步对一栋聚合阻尼耗能结构进行地震响应分析,结果表明与传统结构相比,聚合阻尼耗能结构具有良好的减震性能。     

滚轴式金属屈服耗能阻尼器数值模拟研究

桥梁用阻尼器通常吨位和变形需求巨大, 普通金属屈服耗能阻尼器难以满足其性能要求. 为此该文提出一种新型的滚轴式金属屈服耗能阻尼器, 并对其进行数值模拟研究. 该阻尼器由一块平直耗能钢板及一组可转动辊轴组成, 耗能钢板在辊轴之间穿过, 受辊轴挤压产生塑性变形, 从而耗散地震能量. 该文采用在大型通用有限元软件ABAQUS建立了滚轴阻尼器的模型, 通过该模型研究了辊轴个数以及辊轴间隙对阻尼器耗能性能的影响. 分析结果表明:该阻尼器耗能性能受辊轴间隙和辊轴个数控制, 通过合理的设计可以保证滚轴式金属屈服耗能阻尼器具备优良的变形能力和耗能能力. 该文还提出了该阻尼器的恢复力计算公式, 结合有限元仿真结果对计算公式进行了修正.     

黏弹性叠层复合材料阻尼器性能试验研究

黏弹性阻尼器是一种被动减震(振)控制装置,它主要依靠黏弹性阻尼材料的滞回耗能特性,给结构提供附加刚度和阻尼,以减小结构的震(振)动反应。在减震结构设计中,一定范围内提高黏弹性阻尼器的存储刚度,能够有效的降低结构的震(振)动位移,提升黏弹性阻尼器的减震性能;通过在既有黏弹性阻尼材料中增加芳纶网眼织物,设计并制作了五类黏弹性叠层复合材料阻尼器,在相同环境温度下,对其进行变形相关性、加载频率相关性以及疲劳性能试验,以最大剪应力、存储剪切模量、损耗剪切模量和等效黏滞阻尼比作为性能指标,研究黏弹性叠层复合材料阻尼器的力学性能及其规律。研究结果表明:在不改变黏弹性阻尼材料基体的基础上,增加芳纶网眼骨架材料,能够有效的提高黏弹性阻尼器的存储刚度;剪切变形、疲劳加载对黏弹性叠层复合材料阻尼器力学性能指标影响明显;加载频率对该类黏弹性阻尼器的力学指标影响较小。     

装配式减震节点转动型阻尼器抗震性能及恢复力模型研究

提出一种可用于预制装配式结构中梁柱连接和耗能的转动型阻尼器——扭转钢管阻尼器。设计了5个不同参数的扭转钢管阻尼器试件并对其进行了拟静力低周往复加载试验,结果表明：试件整体绕销轴发生转动变形,具有良好的转动变形能力,极限转角均在0.06 rad以上,延性系数均大于规范要求的4.0;试件的滞回曲线饱满,具有明显的等向强化特征,等效黏滞阻尼系数达到0.5左右,具有良好的耗能能力;试件的壁厚和外径越大、有效管长越小,其转动强度越大;试件在等幅循环加载下各项疲劳性能指标基本在±15%的规范要求内,具有良好的抗疲劳性能。在此基础上,对Bouc-Wen模型进行改进以模拟阻尼器的滞回行为,采用量子粒子群算法对试验滞回曲线进行了参数识别,识别结果表明改进Bouc-Wen模型能更好地适应试件的等向强化特性,具有比Bouc-Wen模型更高的模拟精度,可用于整体结构的抗震分析计算。     

往复荷载作用下自复位墙受力机理研究

该文以自复位墙作为研究对象,将其简化成一刚体,分别仅考虑自重、考虑预应力筋影响及同时考虑预应力筋和阻尼器的影响,通过理论推导得出了往复荷载作用下的水平力-转角曲线,研究了其在往复荷载作用下的受力机理。研究表明:自复位墙墙体自重和预应力筋共同提供自复位能力,阻尼器提供耗能能力;自复位墙的力学性能与墙体几何尺寸、预应力筋及阻尼器参数有关。     

基于齿轮机构的SMA-摩擦阻尼器试验研究及数值模拟EI北大核心CSCD

基于齿轮机构对形状记忆合金(SMA)丝非比例拉伸的特点,提出了一种新型SMA-摩擦阻尼器,并阐述了该阻尼器的基本构造和工作原理。对SMA丝进行循环拉伸试验,考察了加载幅值、加载速率对其力学性能的影响规律;分别对齿轮摩擦单元和SMA-摩擦阻尼器试件进行了低周往复荷载下的力学性能试验,得到了摩擦材料、预紧力以及位移幅值对单次循环耗能、割线刚度、等效阻尼比和自复位率等力学性能指标的影响规律;建立了SMA-摩擦阻尼器的简化力学模型并进行了数值模拟。研究结果表明:所用复合树脂材料较黄铜材料出力更大,性能更稳定;新型阻尼器具有良好的耗能能力、承载能力及自复位能力,可实现大行程设计;利用OpenSees有限元模型计算得到的滞回曲线与试验曲线吻合较好,验证了力学模型和材料本构二次开发的正确性。     

附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构双梁-柱节点动力试验研究

将减震技术应用到传统风格建筑钢结构中,在梁-柱节点位置以粘滞阻尼器替代“雀替”。设计了三个传统风格建筑钢结构双梁-柱节点,包括两个附设粘滞阻尼器的节点试件和一个无阻尼器的对比节点试件,模型比例均为1∶2.6。通过周期性动力加载试验研究了滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力以及刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构节点试件的滞回曲线更加饱满,耗能能力优于无阻尼器的对比节点试件,峰值荷载相比提高了34%~46%;各节点试件的位移延性系数介于1.79~1.96,表明附设粘滞阻尼器对节点试件位移延性系数的影响较小;有控节点的等效粘滞阻尼系数是无控节点的1.1~1.5倍,说明设置于梁-柱节点处的粘滞阻尼器发挥了良好的抗震性能。     

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。     

基于形状记忆合金的X形板阻尼器的力学模型

根据超弹性形状记忆合金（SMA）的分段线性化本构关系,建立了X形SMA板式阻尼器的力学模型;通过MATLAB程序进行数值模拟,绘制了X形SMA板的阻尼力滞回曲线,并研究了位移幅值、温度、形状尺寸对阻尼器基本特征参数（等效割线刚度、单位循环消耗的能量、等效阻尼比）的影响。结果表明：X形SMA板式阻尼器具有“旗帜”形的滞回曲线,耗能较小,但复位能力好;随位移幅值增加,耗能力和等效阻尼比增加,等效割线刚度降低,温度的影响与此相反;阻尼器的特征参数随板高增加均呈降低趋势;增加板宽,单位循环耗能与等效割线刚度增加,而等效阻尼比不变。研究结果为X形SMA板式阻尼器的设计和工程应用提供了理论依据。     

输电线路防舞阻尼器系统参数分析及设计研究EI北大核心CSCD

针对目前覆冰导线舞动频发现状,提出了一种通过在导线靠近输电塔位置处设置阻尼器来减振耗能从而实现输电线路舞动抑制的方法。基于Hamilton原理运用多阶伽辽金函数推导得到了导线-阻尼器系统的广义运动方程,并以某750 kV单档八分裂输电线路为例进行运动方程特征值分析,得到了导线-阻尼器系统的动力特性,探索了导线的垂度参数、阻尼器安装位置、阻尼系数及刚度系数等对系统等效阻尼比的影响,阻尼器安装位置越靠近跨中,系统的最大阻尼比提升效果越明显,两侧对称安装阻尼器可以有效地减小最优阻尼系数。采用数值算例和有限元数值仿真技术比较了粘滞阻尼器与负刚度阻尼器(NSD)对导线系统的减振效果,并针对NSD提出了参数的优化设计方法。研究表明:相比传统阻尼器,NSD可以在较低阻尼系数下有效地提高系统各阶的最大阻尼比,且能够明显降低导线系统的自振频率;系统所能达到的一阶最大阻尼比对NSD安装位置的变化不敏感;通过有限元仿真证实了,基于NSD的输电导线阻尼器设置方案相较于传统阻尼器方案具有更好的防舞性能。     

新型分阶段屈服型软钢阻尼器的试验研究及数值模拟

为弥补现有软钢阻尼器存在的不足,本文在耗能钢片的形状及组合规律方面加以改进,研发了一种剪切弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器。采用试验和有限元模拟相结合的研究方法,探讨其基本性能和抗疲劳性能。试验结果显示这种阻尼器具有稳定的滞回性能和抗疲劳性能,表明了这种分阶段屈服型软钢阻尼器耗能效果明显,实现了两阶段屈服耗能机制,具有较好的减震效果,数值模拟结果与试验结果吻合良好。该型阻尼器构造简单,制作方便,可采用模块化组装设计方法,有广阔的工程应用前景。     

新型缓冲阻尼器设计及其冲击响应特性研究

针对强冲击环境下设备防护问题,提出一种新型缓冲阻尼器。该阻尼器依据环形间隙阻尼系数计算公式,以双出杆阻尼器为改进基础并利用弹性力与阻尼力相位差原理而设计。通过单自由度数学模型计算分析了新型缓冲阻尼结构的冲击响应与自身特性。结果表明,相比于双出杆流体阻尼器,该阻尼器在保证不增加绝对加速度与相对位移幅值的前提下,可有效降低残余响应,被隔离体复位时间缩短48%。在特性分析中,相比双出杆流体阻尼器,新型阻尼器耗能增加了28%,两者阻尼力最大相差470 N。根据正、负双波试验的结果,说明了数值仿真可以较为准确地描述新型缓冲阻尼器在冲击下的响应特性,同时,也验证了该缓冲器具有较好的抗冲减振能力。     

胶质阻尼隔振器的力学模型及隔振性能研究

胶质阻尼(Colloidal damper)是由水和布满纳米微孔的疏水材料混合而成的新型隔振材料,以胶质阻尼为工作介质即可形成胶质阻尼隔振器。该文通过准静态和动态加载试验研究了胶质阻尼的迟滞特性,分析了加载频率、振幅对迟滞曲线的影响;之后建立了包含三次非线性刚度、粘性阻尼特性和干摩擦阻尼特性的胶质阻尼隔振器力学模型,以实测动态加载迟滞曲线为基础开展了模型参数识别;最后完成了胶质阻尼隔振器的隔振性能评估。研究表明,胶质阻尼隔振器具有良好的低频隔振性能和大阻尼特性,在设备减振领域具有良好的应用前景。