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。     

半漂浮式主梁钢管混凝土拱桥黏滞阻尼器减震设计

为研究大跨半漂浮体系中承式钢管混凝土拱桥黏滞阻尼器参数选取与减震效果,以某计算跨径320 m中承式钢管混凝土拱桥为工程背景,采用MIDAS/Civil软件建立有限元模型,在动力特性分析的基础上提出黏滞阻尼器减震方案,并基于非线性动力时程分析方法研究了黏滞阻尼器的参数选取与减震效果。结果表明:半漂浮体系中承式钢管混凝土拱桥的纵飘振型出现较早,振型参与质量所占比重大,黏滞阻尼器参数选取主要应考虑梁端纵桥向容许位移和阻尼器连接构件所能承受的阻尼力; 对相同的阻尼指数,主梁梁端最大纵桥向位移响应随着阻尼系数的增大呈非线性减小,阻尼器轴力随着阻尼系数的增大几乎呈线性增大; 阻尼指数在0.2～0.4之间变化时,阻尼指数越大,同时满足梁端位移与阻尼力要求的阻尼系数可选范围越大; 设置黏滞阻尼器后,梁端纵桥向位移响应显著减小,拱顶纵桥向位移有所增加,除拱顶处拱肋轴力略有减小外,其余各处轴力、剪力与弯矩均有所增加,但内力响应绝对值不大; 研究成果可为同类桥梁减震设计提供参考。     

“弹簧—坡面”变摩擦阻尼器性能试验与分析

传统的摩擦阻尼器往往只具有单一起滑力,很难兼顾中震与大震对阻尼器性能的要求.本文提出了一种“弹簧—坡面”机构,可以通过调整坡面角度与弹簧刚度使摩擦力与变形成正比,产生三角形滞回曲线.以此为基础,结合工程实际需要,又提出了弹簧—复合坡面机构,此机构能够产生“狗骨形”滞回曲线.本文推导出了弹簧—坡面机构及弹簧—复合坡面机构的阻尼力模型.并对—弹簧—复合坡面变摩擦阻尼器试件进行试验研究,包括等位移增量滞回循环试验、最大变形滞回循环试验,不同起滑力下阻尼器滞回性能试验等,试验所得滞回曲线稳定,满足工程中对阻尼器性能的要求.将试验结果与理论分析作对比,试验结果与理论解基本吻合.     

采用不同黏滞液的间隙式黏滞阻尼器力学性能试验研究

设计并加工了3个结构参数相同、但采用三种不同黏滞液的间隙式黏滞阻尼器,并对该3个黏滞阻尼器进行不同加载频率下的低周往复试验和抗疲劳性能试验。根据试验结果,分析了黏滞阻尼器的滞回性能,得到了相应的等效耗能系数、阻尼系数及阻尼指数。研究结果表明,间隙式黏滞阻尼器滞回曲线饱满,在小位移阶段便可有效耗能;阻尼系数随着黏滞液运动黏度增加而增大,阻尼指数随黏度增加而减小。该3个黏滞阻尼器历经30次往复循环加载,阻尼力均未出现衰减,具有较好的抗疲劳性能; Maxwell模型与该黏滞阻尼器的试验结果吻合良好。     

高位大跨度连体结构隔震减振多性能目标设计

针对沿海地区某高位大跨度连体结构在风荷载和水平地震作用下固定铰连接内力大和受力复杂的问题,提出了摩擦摆支座与切换阻尼器的组合隔震减振措施,试验研究了由黏滞阻尼器和液压阀组成切换阻尼器的阻尼力特性,开展了高位大跨度结构的隔震减振多性能目标设计方法研究。结果表明：按照调谐减振系统的最优频率确定的高位大跨度结构隔震频率使得塔楼的位移响应最小;切换阻尼器实现了速度相关型和位移相关型两种阻尼力;与摩擦摆支座的摩擦力相比,切换阻尼器的位移相关型阻尼力不受风荷载影响,滑动位移的控制效果更好;切换阻尼器的速度相关型阻尼力与摩擦摆支座的摩擦力共同实现了高位大跨度连体结构的抗震性能目标。     

U-T坡面变摩擦阻尼器力学性能及减震效果研究

为了解决摩擦阻尼器出力单一,无法适应各个水准地震的问题,提出了一种U-T坡面原型机构,当其发生远离完全咬合点的错动时,由于坡面作用,能够在法向产生增量变形,且在此过程中坡面保持连续接触。应用此原型机构,设计并制作了能够产生狗骨形滞回曲线的U-T变摩擦阻尼器,试验结果表明：阻尼器的阻尼力与设计值基本一致;阻尼器表现出良好的耐疲劳性能,满足JGJ 297—2013《建筑消能减震技术规程》中对摩擦消能器力学性能要求。针对阻尼器开展有限元分析,验证U-T变摩擦阻尼器工作机理及各部件受力工作状态;并采用ABAQUS的自定义材料接口UMAT,编写用于模拟狗骨形滞回曲线阻尼器的子程序进行数值模拟分析,以一设置该阻尼器的钢框架结构为例,对比分析狗骨形滞回曲线变摩擦阻尼器、普通摩擦阻尼器的减震效果。分析结果表明,狗骨形滞回曲线变摩擦阻尼器具有更好的减震效果,且对预紧力损失不敏感。     

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。     

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。     

Pall型摩擦阻尼支撑体系试验研究

鉴于Pall型摩擦阻尼普通支撑会对框架边柱产生附加轴力,考虑采用防屈曲支撑来代替普通支撑,使支撑充分发挥作用,同时不会对边柱产生增长的附加轴力,为防屈曲支撑在Pall型摩擦阻尼支撑体系中的应用奠定基础.由于Pall型摩擦阻尼器滞回特性不受支撑屈曲力影响的特性,故采用普通钢板来代替防屈曲支撑进行Pall型摩擦阻尼支撑体系试验研究,同时对此支撑体系在考虑几何非线性情况下进行有限元AN-SYS仿真分析.对比试验结果和仿真分析结果,表明试验结果与仿真分析结果得出的Pall型摩擦阻尼器摩擦力和支撑内力的变化规律基本相同,为下一步采用防屈曲支撑体系进行试验研究奠定基础.     

新型黏滞阻尼墙动力性能试验研究北大核心CSCD

设计了一种新型黏滞阻尼墙,并通过水平动力加载试验,研究新型黏滞阻尼墙在不同振动频率和位移幅值下的阻尼力与位移关系,探讨了新型黏滞阻尼墙的滞回特性,以及振动频率、位移幅值、速度、循环特性等对其动力性能的影响。研究表明,新型黏滞阻尼墙耗能效果较好,其阻尼力与速度有关,而与频率无相关性;地震作用下,其耐久性较好。     

Smart damper using sliding friction of aramid brake lining and self-centering of rubber springs

The purpose of this study is to develop a smart damper with flag-shaped behavior by using the sliding friction of aramid brake lining and the restoring capacity of pre-compressed rubber springs. For this purpose, the friction force of aramid brake lining pressed by bolts was used along with polyurethane rubbers, each with a length of 80 mm, a diameter of 95 mm, and a circular hole of 37 mm. In the experiments, loading frequency and torque force were considered. The loading frequency varied from 0.1 to 2.0 Hz, and frictional force was controlled by variable bolt torque force. The tests were conducted to demonstrate that the clamping force by the bolts could provide normal force to frictional material. The friction force by the aramid brake lining sliding was tested, followed by the pre-compressed rubber springs' behavior. Afterward, a damper combining the two components was tested to verify flag-shaped behavior by using a dynamic actuator, and the damping ratios were evaluated from the hysteretic curves. The behavior of the damper closely matched flag-shaped behavior, resulting in self-centering and energy dissipation capacity.     

Numerical and experimental study of hysteretic behavior of cylindrical friction dampers

Frictional dampers utilize the mechanism of friction for absorbing and dissipating the energy imparted to the dynamic systems. Frictional dampers are widely used in mechanical systems in various industries in order to mitigate the impact and vibration effects. Frictional dampers are also utilized in structures as means of passive control to improve the seismic behavior of structures.In this investigation, an innovative type of frictional damper called cylindrical friction damper (CFD) is proposed. This damper consists of two main parts, the inner shaft and the outer cylinder. Dimensions and properties of the main parts are defined based on seismic demand of structures. These two parts are assembled such that one is shrink fitted inside the other. Upon application of proper axial loading to both ends of the CFD, the shaft will move inside the cylinder by overcoming the friction. This in turn leads to considerable dissipation of mechanical energy. In contrast to other frictional dampers, the CFDs do not use high-strength bolts to induce friction between contact surfaces. This reduces construction costs, simplifies design computations and increases reliability in comparison with other types of frictional dampers.The hysteretic behavior of CFD is studied by experimental and numerical methods. The results show that the proposed damper has great energy absorption by stable hysteretic loops, which significantly improves the performance of structures subjected to earthquake loads. Also, a close agreement between the experimental and numerical results is observed.     

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。     

摩擦阻尼器支撑刚度对结构耗能特征的影响

根据双板型摩擦阻尼器的结构特点,分析了该摩擦阻尼器的工作特性,建立了使用该摩擦阻尼器的结构动力方程,并从实际结构各层摩擦阻尼器的支撑刚度出发,计算讨论了由摩擦阻尼器支撑刚度与结构层间刚度关系的不同导致的摩擦阻尼器耗能特性的差异,由此得出摩擦阻尼器的支撑刚度与结构层间刚度之间的关系对结构响应的影响,探讨了摩擦阻尼器支撑刚度与结构层间刚度之间的关系对实际结构各层摩擦阻尼器滞回特性和地震时程响应的影响,提出如何改变摩擦阻尼器的支撑刚度以使各层摩擦阻尼器耗能特性最佳的解决方案。     

不锈钢复合芯板剪切型摩擦消能器试验研究

为了解决传统摩擦消能器性能不稳定、价格昂贵等问题,研发了一种以双面不锈钢复合钢板为芯板的剪切型摩擦消能器。该消能器由复合钢板的不锈钢复层与石棉摩擦片组成耗能摩擦副,通过碟形弹簧和预压螺栓调节滑动摩擦面承受的面压力。提出了消能器极限位移、极限荷载和面压力等试验关键指标的计算方法。对3个消能器进行低周往复加载试验,考察其滞回曲线、耗能能力、极限破坏特征及疲劳性能。结果表明：采用不锈钢复合芯板的剪切型摩擦消能器构造合理,滞回性能稳定,耗能能力良好,抗疲劳性能优异。设计位移幅值下累积加载90次,消能器承载力不下降,滞回性能稳定。低周疲劳作用下芯板不同材质复合界面性能可靠,不锈钢复合板可用作摩擦消能器的芯板。     

A hybrid friction-yielding damper to equip concentrically braced steel frames

This paper introduces the design of a new combination of friction/hysteretic damper installed in the middle of cross bracing for dissipating seismic energy. Due to its relative simplicity and easy application, with no need for any special material or technology, this high-performance system has gained more attention than any other energy dissipation devices. Choosing appropriate slip load and maximum sliding movement values in this system, in comparison with its counterpart i.e. circular ring yielding dissipator, this combined system may inherit the advantages of both friction and steel yielding damper. In weak-to-moderate ground motions, it dissipates energy by friction and in strong ground motions, it absorbs energy by yielding These circular damper systems can be used to rehabilitate existing buildings whose slender braces are only designed based on resistance of tension forces. Also because of failure localization in this simple-type system, a distorted and damaged damper can be promptly replaced with a new one after a strong earthquake.     

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。     

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。     

Experimental Studies on a Combined Damper for Repairable Steel Moment Connections

Steel structures are among the building systems extensively used in most countries. They have been the subject of numerous studies with the aim of optimizing their performance under vertical and lateral loads. One important issue in this regard is reparability of connection areas under severe earthquakes, i.e., developing connections easy to be restored to their initial state. In this paper a passive control system recently developed by the authors is studied further and enhanced in configuration and behavior. The developed system is a repairable part of the connection zone in a steel moment frame absorbing the seismic damage and producing hysteretic damping. This damper is a rubber-steel core added beneath the beam-to-column connection. The steel bolts core provide for the hysteretic damping and the rubber layer contributes the restoring force. Results of several cyclic tests by varying different parameters of the damper are presented and discussed in this paper.     

组合基础隔震系统地震反应分析

对组合基础隔震系统中叠层橡胶支座和滑板摩擦隔震支座的恢复力特点进行了研究 ,提出并分析了叠层橡胶支座的粘弹性模型和滑板摩擦隔震支座的粘刚塑性模型 ;即叠层橡胶支座采用弹性恢复力模型和粘滞阻尼恢复力模型 ;滑板摩擦隔震支座采用双线性库仑摩擦阻尼恢复力模型和粘滞阻尼恢复力模型。用提出的分析模型对振动台试验隔震房屋进行了三维非线性动力时程分析 ,并将分析结果和振动台试验结果进行了比较。结果表明所提出的分析模型不仅能有效预测上部结构的地震反应 ,而且分析和试验所得的隔震支座滞回曲线相似。