扇形铅橡胶阻尼器滞回性能试验研究

试验制作了几何尺寸相同但铅芯直径不同、橡胶硬度不同的3个扇形铅橡胶阻尼器,通过自行设计的L型加载架对其进行低周往复荷载作用下的滞回性能试验.针对不同加载波形、加载频率、加载位移幅值、橡胶硬度以及铅芯尺寸等参数验证扇形铅橡胶阻尼器的耗能能力.研究结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满、耗能能力较强,具有较好的大变形能力;阻尼器的加载波形、加载频率与加载幅值、橡胶硬度以及铅芯直径均会对其滞回性能产生相应影响.     

黏弹性阻尼器的力学性能试验研究

采用国产的橡胶材料制成了一种黏弹性阻尼器。对该黏弹性阻尼器进行了低周反复加载试验和疲劳试验,分析了应变幅值和加载频率对黏弹性阻尼器最大剪应力、储能剪切模量和损耗剪切模量等力学性能指标的影响。研究表明,黏弹性阻尼器各项力学性能指标稳定,受加载频率影响较小,但与应变幅值相关性较明显。黏弹性阻尼器具有较强的大变形能力,滞回曲线饱满,强度退化小,表现出良好的耗能性能和抗疲劳性能。     

大尺寸超弹性镍钛形状记忆合金螺旋弹簧滞回性能

利用2种镍钛形状记忆合金(SMA)研制了大尺寸超弹性螺旋弹簧,对其进行了单轴反复荷载作用下的滞回性能试验,研究了超弹性SMA螺旋弹簧的恢复力特性与耗能能力,分析了加载频率、位移幅值对2种SMA螺旋弹簧滞回曲线以及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和残余位移等力学性能参数的影响;采用刚弹性模型和Bouc-Wen模型,建立了适用于整体结构分析的SMA螺旋弹簧简化恢复力模型,并利用该模型进行了数值模拟。结果表明:超弹性SMA螺旋弹簧具有稳定的滞回曲线,且具有良好的复位性能和大变形能力,可用于结构自复位控制装置的研发;数值模拟结果与试验结果吻合较好,验证了简化恢复力模型的正确性。     

铅芯橡胶阻尼器性能研究

通过不同位移幅值、不同频率和不同循环的加载试验,研究了铅芯橡胶阻尼器的工作性能。根据试验所得各个工况的滞回曲线,计算了铅芯橡胶阻尼器的等效刚度和等效粘滞阻尼比,并提出了其等效刚度的计算公式。研究表明,铅芯橡胶阻尼器的等效刚度和等效粘滞阻尼比受加载频率影响不明显;且阻尼器在经历疲劳荷载后,其等效刚度略有下降,等效粘滞阻尼比维持不变,说明铅芯橡胶阻尼器的工作性能稳定,能够应用于结构的消能减震设计。     

新型黏滞阻尼器的力学性能试验研究

研制了一种新型黏滞阻尼器,对D1～D6六种不同型号的黏滞阻尼器进行低周循环加载试验和抗低周疲劳性能试验,研究阻尼器的耗能性能、参数相关性能及恢复力模型。研究结果表明,研制的黏滞阻尼器达到了预期设计要求,具有良好的耗能性能与抗低周疲劳性能,阻尼器设计与加工技术可靠、工作性能稳定、密封性好;Maxwell模型能够很好地描述新型黏滞阻尼器的恢复力模型,反映阻尼器的实际受力情况,理论与试验滞回曲线吻合性良好。     

一种新型钢管橡胶摩擦耗能器的恢复力模型

提出一种新型钢管橡胶摩擦耗能器,对设计制作的两种不同构造形式的耗能器试件进行不同加载速率、加载幅值和疲劳条件下的低周反复加载试验,并基于试验结果建立了恢复力模型。结果表明:钢管橡胶摩擦耗能器滞回曲线饱满,耗能良好;耗能器速率相关性和位移相关性明显,其耗能能力随着加载速率的增大而减弱,随着滑移位移的增大而近似线性增强;在耗能器的摩擦橡胶块内增设帘布能够使其保持较强且稳定的耗能能力;建立的恢复力模型能够较为准确地模拟耗能器的滞回特性。     

考虑退化效应的滑移铅芯橡胶支座力学性能精细建模与模型验证

隔震支座是隔震结构地震响应控制的关键构件,滑移铅芯橡胶隔震支座具有协调上部结构温致变形、地震作用下可耗能复位等优势,但往复荷载作用下其力学性能退化显著。文章建立考虑支座性能退化的滑移铅芯橡胶支座精细数值模型,开展不同竖向压力、加载频率、加载位移幅值时滑移铅芯橡胶支座压剪力学性能分析,并基于支座试验结果验证模型的准确性,进一步探明支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响。结果表明：竖向压力增大会改变滑移铅芯橡胶支座的滞回力-位移关系,从而提升其耗能性能;加载频率对摩擦力的影响随加载频率增大而显著减小;加载位移幅值越大,支座单周耗能能力、等效刚度随滞回周期的增加减小越显著;相比已有数值模型,考虑支座性能退化的精细数值模型分析结果与试验结果吻合更好,模型误差显著减小。隔震周期越大,支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响越显著,应在隔震结构设计与性能分析中予以关注。     

环形Q235钢板阻尼器力学性能试验研究

为提高金属阻尼器的变形性能和抗疲劳性能,提出一种环形Q235钢板阻尼器。设计并制作了5个环形Q235钢板阻尼器试件,通过低周往复加载试验,对其破坏机理、滞回规律和抗疲劳特性等力学性能进行了研究。结果表明:环形Q235钢板阻尼器能够实现多截面屈服,承载力退化小,具有大变形能力、稳定饱满的滞回环和优良的抗疲劳性能。以试验研究为基础,提出了环形Q235钢板阻尼器主要力学性能指标的计算式和恢复力模型,二者相结合能够实现通过阻尼器的基本材料性能和几何尺寸预测阻尼器的骨架曲线和滞回曲线,预测结果与试验结果吻合较好。     

高阻尼黏弹性橡胶连梁阻尼器力学性能试验研究

黏弹性橡胶阻尼器是一种兼具黏滞性和弹性两种特性的阻尼器,耗能能力良好,可以同时为结构提供附加刚度和附加阻尼。通过对高阻尼黏弹性橡胶连梁阻尼器进行循环加载试验,研究了其基本力学性能,分析了该阻尼器在低周疲劳加载和高周疲劳加载下的基本力学特性。研究结果表明：高阻尼黏弹性橡胶连梁阻尼器的耗能能力优良;该阻尼器的储存刚度、损失刚度、损失系数受变形幅值的影响较大,受加载频率影响较小;等效阻尼系数与频率呈现反比例函数关系;该阻尼器的基本力学性能在低周和高周疲劳加载下呈现出较明显的衰减。     

板式铅黏弹性阻尼器性能的有限元模拟

设计了11组不同构造的板式铅黏弹性阻尼器有限元模型,基于铅芯布置形式、薄钢板与橡胶厚度比、铅芯个数、铅芯直径以及加载幅值对阻尼器耗能性能影响的问题,利用有限元软件ABAQUS对其进行数值模拟分析.结果 表明:铅芯布置形式单铅芯为宜;薄钢板与橡胶厚度比对阻尼器耗能性能影响明显;随着铅芯个数增多和铅芯直径的增大,滞回环面积...     

波形钢板阻尼器的理论分析及数值模拟

设计了一种新型波形钢板阻尼器,在简述其构造特点及耗能机理的基础上,用有限元分析软件ABAQUS对阻尼器进行了数值模拟,研究阻尼器的耗能、变形能力、延性性能,以及阻尼器的波形腹板和波形翼缘板的厚度、横截面几何尺寸对阻尼器的承载力、变形能力、延性性能、耗能能力的影响,对比分析阻尼器的滞回曲线、骨架曲线、延性系数以及等效黏滞阻尼比等参数。分析结果表明:波形钢板阻尼器的初始刚度高、屈服位移小,且具有良好的滞回耗能能力和变形能力;随着阻尼器波形腹板和波形翼缘板的厚度的增加,其承载力、变形能力以及延性性能提高显著;波形腹板横截面尺寸的增加也可适当提高其承载力、变形能力和延性性能。     

SMA耗能阻尼器的连续刚度力学模型研究

基于大量SMA耗能阻尼器力学试验,根据阻尼器工作时刚度渐变的特点,提出了连续刚度力学模型,建立了SMA耗能阻尼器性能参数的简易计算公式,给出了相关参数的计算方法并分析了对SMA耗能阻尼器性能参数计算结果的影响。试验分析结果表明:1)连续刚度力学模型滞回曲线与试验滞回曲线相吻合,适用于SMA耗能阻尼器的力学研究;2)应用SMA耗能阻尼器性能参数简易公式计算的阻尼器性能参数值与试验值的误差小于7%。     

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。     

黏弹性阻尼器抗震疲劳性能试验加载制度研究

我国现行规范及规程对于黏弹性阻尼器抗震疲劳性能试验要求未能完全真实地反映其性能特点,使得许多性能优良的黏弹性阻尼器不能满足现行标准中的疲劳性能要求,而黏弹性阻尼器由于其黏弹性材料的特殊性,若其未发生破坏,放置一段时间后力学性能会有明显恢复。因此,针对黏弹性阻尼器抗震疲劳性能试验中的加载制度低估了黏弹性阻尼器性能这一问题,提出了一种改进的黏弹性阻尼器抗震疲劳性能试验加载制度,即先在100%应变幅值下预加载5圈以剔除初始刚度的影响,再按照“5圈100%应变幅值加载,20圈50%应变幅值加载,5圈100%应变幅值加载”的加载制度进行30圈加载。通过对比黏弹性阻尼器的滞回耗能,发现黏弹性阻尼器在改进加载制度下的滞回耗能大于绝大部分天然地震动下的滞回耗能,从能量的角度验证了所提改进加载制度的合理性。     

形状记忆合金滑动摩擦阻尼器自复位支撑受力性能研究

当设置SMA滑动摩擦阻尼器延展为自复位支撑时，连接的刚度可能影响支撑的力学性能，支撑可能会出现面内旋转和整体失稳。为检验由形状记忆合金滑动摩擦阻尼器和钢管串联而成的自复位支撑能否实现预期的滞回性能，针对支撑的轴向刚度、转动刚度和稳定性进行理论分析。通过往复加载试验获得了形状记忆合金棒的滞回曲线和摩擦机制的动摩擦系数。制作了1个1/3缩尺的支撑试件，并进行了拟静力试验和频率为1.0 Hz的动载试验，结果表明，轴向荷载作用下，支撑的荷载-位移滞回曲线呈光滑稳定的旗帜形，展示出优越的自复位能力和良好的耗能能力。基于滞回曲线，分析了支撑的承载力、割线刚度、耗散能量和等效黏滞阻尼比等滞回性能参数，发现其等效黏滞阻尼比可达16%。建立了支撑的三维有限元模型，数值模拟与试验数据吻合良好。通过数值模拟对钢管的轴向刚度予以分析，发现当钢管的轴向刚度降低至文中基准模型刚度的20%时，可能导致钢管屈服和支撑整体失稳。     

一种适用于村镇建筑的摩擦耗能器滞回性能研究

研发了一种低成本的钢管橡胶摩擦耗能器,设计制作了两种不同构造形式的耗能器试件进行了在不同加载幅值和连续疲劳条件下的低周反复加载试验,并基于试验结果进行了恢复力模型研究。结果表明:①钢管橡胶摩擦耗能器滞回曲线饱满,耗能良好,成本低廉,构造简单,适用于村镇新建建筑或加固改造工程;②耗能器位移相关性明显,其耗能能力随着滑移位移的增大而近似线性增大;③对耗能器的摩擦橡胶块进行倒角处理能够使耗能器在连续疲劳加载中保持较强且稳定的耗能能力;④可采用Bouc-wen模型模拟未进行摩擦橡胶块倒角处理的耗能器滞回特性;⑤采用叠加模型模拟进行了摩擦橡胶块倒角处理的耗能器滞回特性是合理可行的。     

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。     

有限应变条件下滞回模式对Q460高强度结构钢的适用性

对不同强度等级结构钢材进行了滞回性能试验研究，设置了等幅升幅、等幅交替和拉伸循环等不同加载路径以研究钢材在地震随机作用下的行为特性。考察了钢板板厚、屈服强度以及加载路径等参数对钢材滞回性能的影响，结果表明，在有限应变条件下，同种牌号不同板厚钢材的滞回性能差异很小，实际屈服强度接近的不同牌号钢材的滞回性能十分接近，不同加载路径下的滞回环有差异但幅度不大，结构钢材具有非完全Masing特性。在此基础上，给出了利用钢材循环加载骨架曲线确定不同应变幅值范围内Ramberg-Osgood方程相关参数的方法，进而建立了滞回环参数随应变幅变化的结构钢材滞回模型，此模型能反映屈服强度以及加载路径等的影响。与Q460钢材滞回试验进行比较，验证了该滞回模型的适用性。     

设置粘滞阻尼墙钢框架结构耗能性能试验研究

设计了三榀不同类型的钢框架结构模型,通过对模型的快速水平周期加载试验,进行了设置粘滞阻尼墙钢框架结构减振性能的比较和分析。对设置阻尼墙后钢框架结构的破坏形态、滞回特性、骨架曲线、阻尼力、抗剪刚度、耗能性能、等效阻尼比等进行了研究,对阻尼墙不同布置方式对上述各项性能的影响进行了分析,并对上述各项性能与加载频率、位移幅值的变化关系进行了探讨。结果表明,设置阻尼墙后,钢框架结构的耗能能力和阻尼均有显著提高,结构的抗剪刚度增加,结构的地震响应显著减小。设置阻尼墙钢框架结构的滞回特性与频率、位移幅值相关。阻尼墙不同布置方式对结构滞回特性的影响不明显。     

预应力与非预应力高性能混凝土梁抗震性能试验研究与有限元分析

基于预应力与非预应力高性能混凝土梁的低周反复荷载试验,对其受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、恢复力模型、变形恢复能力、延性、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行了较为深入的研究与分析。研究表明:非预应力高性能混凝土梁具有良好的抗震性能,中等预应力度的高性能混凝土梁也具有较好的抗震性能。编制了预应力与非预应力高性能混凝土梁基于本构关系的滞回全过程非线性有限元分析程序,程序计算值与试验结果吻合良好。