自复位复合阻尼耗能支撑滞回性能研究

为解决自复位支撑耗能能力不足且来源单一、耗能材料成本高昂的问题,提出了一种新型自复位复合阻尼耗能支撑。支撑由金属屈服阻尼装置、黏弹阻尼装置并联预压碟簧自复位装置组成。对其基本构造和工作原理进行阐述,通过精细化模拟研究了支撑的耗能、复位、承载和变形能力。结果表明,在往复荷载作用下,支撑的滞回响应具有稳定饱满的旗形特征,拉压对称、无残余变形,能够兼顾不同加载频率下的性能需求。揭示了支撑加载制度和设计参数对其滞回性能的影响规律,结果表明：加载频率从0.3 Hz增加到2.0 Hz,黏弹阻尼装置提供的阻尼力增大,支撑耗能量由8.32 kJ增加到11.93 kJ;随着碟簧预压力的增加,支撑激活力从378.98 kN增加到562.67 kN,复位性能始终得到充分发挥;支撑耗能能力主要受三角形钢板个数和黏弹材料剪切面面积影响,增加4个三角形钢板或将黏弹材料剪切面面积从140 mm×140 mm增加到300 mm×140 mm,支撑的等效黏滞阻尼比分别同比增长39.93%和16.09%。     

装配式自复位耗能支撑恢复力模型与试验验证

提出一种装配式自复位耗能（ASCED）支撑,该支撑主要由核心杆、外管、摩擦耗能系统和碟簧复位系统组成。对ASCED支撑在低周往复荷载作用下的工作原理及力学性能进行了介绍,基于经典的Bouc-Wen模型建立了ASCED支撑的恢复力模型。设计并加工了一长为1.2 m的ASCED支撑试件,对其进行了拟静力试验,研究了支撑滞回特性、耗能能力、残余变形等性能。结果表明在低周往复荷载下支撑的摩擦耗能系统与碟簧复位系统能有效的共同工作,呈现出饱满的旗形滞回曲线,具有稳定的耗能能力和良好的自复位性能。恢复力模型计算得到的支撑滞回曲线与试验结果吻合较好,残余变形接近,表明所建立的恢复力模型能够准确描述ASCED支撑在低周往复荷载下的滞回特性及自复位性能。     

带自复位耗能支撑钢板剪力墙墙板受力性能研究

提出一种由自复位耗能支撑和两边梁连接墙板组成的带自复位耗能支撑钢板剪力墙,对其构造及滞回性能进行介绍。建立有效的有限元分析模型,对两边梁连接墙板在往复荷载作用下的受力性能、受压承载力及墙板对整体滞回的影响进行研究。结果表明,墙板滞回曲线存在捏缩现象,且墙板内产生的屈曲半波越多,捏缩越严重。墙板的平面外变形随宽高比的增大而增大,随高厚比的增大而减小,且受宽高比影响更大,在侧向力作用下,墙板内形成局部拉力带。建立了用于计算墙板内受压应力和受压承载力的公式,当支撑水平剩余恢复力大于墙板受压承载力时,带自复位耗能支撑钢板剪力墙在支撑恢复力的作用下具有很好的复位能力。     

具有复位功能的阻尼耗能支撑滞回模型与抗震性能研究

在传统磁流体阻尼器基础上提出了一种具有复位功能的阻尼耗能支撑,对传统Bouc-Wen模型进行了改进,建立了适用于阻尼耗能支撑的恢复力计算模型,并在Simulink环境下对改进的双Bouc-Wen模型进行仿真分析,将仿真结果与支撑有限元模拟分析结果进行了对比;基于OpenSees平台,对改进的双Bouc-Wen模型进行二次开发,并对采用具有复位功能的阻尼耗能支撑和普通防屈曲支撑的9层Benchmark钢框架结构模型进行了抗震性能对比分析。结果表明,双Bouc-Wen模型仿真得到的滞回曲线与有限元模拟得出的滞回曲线吻合较好,可以很好地描述阻尼支撑旗形滞回特性,具有复位功能的阻尼支撑可有效减小钢结构的最大层间位移及震后残余变形,阻尼耗能支撑结构具备良好的可恢复性。     

基于新型自复位摩擦耗能支撑的RC框架结构地震残余变形控制

基于Cu-Al-Be合金丝,研制了一种新型自复位摩擦耗能支撑,通过试验研究了该支撑的滞回性能,并利用OpenSEES平台建立了分析模型,将其应用于RC框架结构的地震残余变形控制。结果表明:摩擦力越大,该支撑耗能性能越好,但相应会增大残余位移;利用OpenSEES分析模型计算的滞回曲线与试验曲线吻合较好,表明所建立的分析模型具有良好的计算精度;在RC框架结构地震残余位移较大处布置该支撑,能够经济有效地控制结构整体的残余位移。     

预压弹簧自恢复耗能支撑恢复力模型与滞回特性研究

为研究新型预压弹簧自恢复耗能支撑结构的自恢复性能和耗能性能,对预压弹簧自恢复耗能支撑在低周往复荷载作用下的滞回特性进行了模拟研究,分析了自恢复耗能支撑旗形滞回曲线的特点,给出了支撑恢复力的计算方法,建立了基于Bouc-Wen模型的预压弹簧自恢复耗能支撑恢复力模型,并与ANSYS数值模拟结果进行了对比,结果表明建立的恢复力模型可准确模拟支撑在动力荷载作用下的力学性能。恢复力-位移曲线整体吻合程度较高,该恢复力模型对自恢复耗能支撑结构的设计及抗震性能研究具有较好的参考价值。     

自复位支撑钢框架摩擦装配式节点性能研究

自复位支撑在激活后具有较大的刚度和承载力,支撑连接节点及梁柱受力复杂,损伤风险高.提出了一种基于摩擦连接的自复位支撑钢框架装配式节点,利用摩擦滑移连接实现自复位支撑极限轴力可控,并为整体结构提供附加耗能.阐述了该摩擦装配式节点的构造、组装和工作原理,通过数值模拟对其抗震性能进行研究,并分析了该节点设计参数对其性能的影响.结果表明:采用该节点的自复位支撑钢框架滞回响应更为饱满,整体结构耗能能力提升了20.81%,节点对总水平剪力的实际限制作用达17.56%,有效减缓了节点区塑性发展.通过改变支撑连接节点的摩擦片摩擦系数和高强螺栓预紧力,能够实现起滑位移与起滑力可调.     

自复位粘弹性腹杆的力学原理与滞回性能研究

为改善超高层建筑伸臂桁架抗震性能,消除传统斜腹杆屈曲后强度刚度退化明显、耗能不足和残余变形较大等问题,该文设计了一种兼具稳定刚度、耗能和复位功能的自复位粘弹性斜腹杆（SC-VEDM）代替传统型钢腹杆。通过合理的构造措施,将粘弹性材料、预应力筋和型钢组装起来,利用粘弹性材料剪切变形提供耗能能力,预应力筋始终受拉提供复位能力;建立SC-VEDM的理论力学模型,分析不同工作阶段的受力特征,推导其理论恢复力模型;利用通用有限元软件MSC.Marc建立SC-VEDM的精细有限元模型,对其滞回性能进行了模拟预测。结果表明,该文提出的构造措施可行,设计的SC-VEDM具有稳定的刚度、较好的耗能和复位能力。且SC-VEDM的数值模拟结果与理论恢复力模型结果吻合良好,腹杆第一刚度相对偏差为0.4%,受压承载力最大相对偏差约为4.64%,累积滞回耗能最大相对偏差约为10.9%,为后续SC-VEDM的试验和设计方法研究奠定了基础。     

自复位可更换软钢耗能支撑性能研究

传统屈曲约束支撑结构在震后残余变形较大,不易修复或更换。该文提出一种新型自复位可更换软钢耗能支撑,提出了理论设计方法。制作了缩尺比例为0.6的试验构件并进行了低周往复加载试验同时对试验进行了数值模拟,与试验结果进行对比并作进一步分析。研究结果表明：新型支撑中软钢耗能件可以实现良好的高阶屈曲耗能,在加载过程中支撑主体构件无塑性发展;同时残余变形很小,结构有着良好的自复位能力和受力性能。软钢夹持间距的适当减小,软钢耗能件的多阶屈曲变形和塑性发展更为理想,提高了支撑的耗能能力,尤其改善了支撑在受压时的耗能能力。在更换了软钢耗能件后,支撑仍可以继续工作,实现了新型支撑     

设置自复位耗能支撑的斜拉桥横向抗震性能研究

为减小斜拉桥横桥向的地震响应,提出一种设置预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥横向减震体系及支撑参数的设计方法。以一座斜拉桥为研究对象,对支撑参数进行了设计,并对塔梁固结体系和采用支撑的减震体系进行地震时程分析,从关键位置的地震响应、耗能能力等方面对支撑体系的抗震性能进行了研究。结果表明,横桥向采用预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥减震体系利用支撑良好的滞回耗能特性,有效减小桥塔位移和应变,改善桥塔受力,减小主梁的残余位移。附加预压弹簧自复位耗能支撑对斜拉桥地震响应有良好减震控制效果,是一种合理的抗震体系。     

内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑性能试验及其恢复力模型研究

为解决防屈曲支撑在大震作用下产生较大残余变形的问题,该文提出了一种内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑,阐述了该支撑的构造和工作原理。该新型支撑由防屈曲耗能系统和自复位系统并联组成,通过控制碟簧预压力和核心单元屈服承载力的组合,可得到工程结构控制所需的滞回特性曲线。在此基础上,设计制作了3个不同工况的内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑,开展拟静力试验,分析其破坏特征,探讨了其残余位移和滞回耗能等特性,并建立其力-位移滞回关系恢复力分析模型。试验结果表明：内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑不仅保留了防屈曲支撑稳定良好的耗能能力,而且能较好地控制残余变形,建立的恢复力分析模型与试验结果吻合较好,是一种有效地控制残余变形且性能稳定的结构减震元件。     

自复位支撑-钢框架结构直接基于位移的支撑参数设计与分析

该文提出了预压碟簧自复位耗能（PS-SCED）支撑-钢框架结构的等效阻尼比公式并验证其合理性,在此基础上,采用直接基于位移的抗震设计方法对一6层PS-SCED支撑-钢框架结构的支撑参数进行设计并分析。结果表明,不考虑等效阻尼比设计的支撑刚度偏于保守,支撑承载力需求偏大,而考虑等效阻尼比设计的支撑刚度和承载力需求更小且能使结构满足预定的性能目标;在相同性能目标下,支撑刚度比对结构的位移响应影响不大,按照所提出的刚度比区间设计的支撑参数能使结构满足变形限值要求。     

新型装配式自复位RC剪力墙设计与性能研究

为满足结构施工效率高、震后功能可恢复的多重目标,提出了一种新型装配式自复位RC剪力墙。该新型剪力墙主要包含RC墙板、碟簧复位装置和摩擦耗能装置,三者仅通过高强螺栓组装而成,施工方便且效率高;在地震作用下,主要由碟簧复位装置和摩擦耗能装置提供抵抗弯矩和恢复力,能减小整体剪力墙构件的震后残余变形和损伤,有效提高其震后功能可恢复性。该文分析了新型装配式自复位RC剪力墙的截面受力形式,提出了其截面承载力计算公式;设计了一新型装配式自复位RC剪力墙构件进行数值模拟,获得了其滞回性能,对比分析了其与普通剪力墙的承载力、耗能能力、自复位性能。结果表明：在相同位移角下,新型装配式自复位RC剪力墙的承载力小于普通剪力墙,但其极限承载力与普通剪力墙的峰值承载力相当,且其在超大震(2.0%位移角)下的残余位移角仅为0.31%,具有优异的自复位能力,能使结构在震后具有低损伤、功能可恢复的特点。增大碟簧复位装置的预压力,可有效提高新型剪力墙构件的承载力和累积耗能,但残余变形也相应增大。     

设置自复位支撑的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

提出了一种能准确描述预压弹簧自复位耗能（PS-SCED）支撑滞回性能的力学模型,引入状态变量区分支撑不同工作阶段从而确定其力学响应。基于ABAQUS平台对该力学模型进行二次开发,将开发的PS-SCED支撑单元模拟结果与支撑力学性能试验结果进行对比,并对设置PS-SCED支撑的3层钢筋混凝土框架结构进行抗震性能分析。结果表明：该支撑单元模拟得到的滞回曲线与试验结果吻合较好,可准确描述支撑在动力荷载作用下的力学性能;强震作用下,PS-SCED支撑能够充分耗散地震能量,有效控制结构的塑性变形;此外,PS-SCED支撑框架结构相比于原框架结构残余变形减小了72.1%~92.1%。PS-SCED支撑具备良好的耗能能力和自复位特性,能够显著提高钢筋混凝土框架结构的抗震性能。     

耗能梁段与带楼板RC框架梁连接节点的滞回性能研究

通过对5个足尺耗能梁段与带楼板RC框架梁连接节点的低周往复加载试验,研究了此类节点的传力机理、破坏模式等,分析了连接节点的滞回性能、承载力、变形及延性、刚度退化及耗能等性能,并通过ABAQUS有限元程序对试验试件的滞回性能进行模拟。研究结果表明：U型外包钢连接节点构造简单、传力可靠。考虑楼板作用可显著提高耗能梁段与RC梁连接节点的承载力及后期变形能力。耗能梁段端板同RC梁顶面之间的分离导致滞回曲线中部捏缩,滞回性能劣化,耗能能力一般。     

足尺磁流变液耗能器的性能与试验研究

磁流变液耗能器是新一代智能型耗能器,是实现半主动振动控制的理想元件.设计制作了基于土木结构振动控制的最大阻尼力约为180kN的足尺磁流变液耗能器,并试验研究了其阻尼力性能.试验表明,对于具有多励磁线圈的磁流变液耗能器,相邻线圈的电流异向时其最大电流下的阻尼力,远大于同向的情况.试验还表明,多线圈共同工作下耗能器所产生的最大阻尼力,远小于各线圈单独工作时阻尼器所产生的最大阻尼力的简单叠加,且线圈越多,减小的程度也越大.