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。     

基于转动型摩擦阻尼器滞回性能试验研究

为研究转动型摩擦阻尼器在静力反复荷载作用下的滞回性能,对6个转动型摩擦阻尼器试件进行拟静力试验研究,分析其工作机理、滞回性能、耗能能力及摩擦系数等并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,与试验结果进行对比分析。研究结果表明:1)转动型摩擦阻尼器滞回曲线饱满,有较好的耗能能力;2)无石棉有机物摩擦力较为稳定,铝镁合金、铜锌合金阻尼器摩擦力离散性较大; 3)增大阻尼器高强螺栓预紧力、单元数可增大阻尼器摩擦力,有效提高摩擦阻尼器耗能能力; 4)铝镁合金耗能能力优于铜锌合金、无石棉有机物,无石棉有机物能量耗散稳定性优于铜锌合金、铝镁合金; 5)铜锌合金、铝镁合金摩擦系数大于0. 3,无石棉有机物摩擦系数约为0. 16; 6)有限元分析结果与试验值误差较小,有限元模型可以较好地模拟试验。     

具有耗能时序的变摩擦自复位阻尼器滞回性能研究

综合形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）材料和摩擦机制的优点,提出了一种具有耗能时序的变摩擦自复位阻尼器（self-centering variable friction damper with energy-dissipation sequences,SVFDES）。首先说明了SVFDES的构造设计及变形模式,开展了SMA棒的循环拉伸试验研究以确定材料的力学参数。之后利用经试验验证的数值模拟方法建立了SVFDES的精细化有限元模型,通过参数分析识别并研究了影响该阻尼器滞回性能的关键参数。最后通过对阻尼器的隔离体进行受力分析,推导了阻尼器滞回行为的理论计算公式。结果表明：（1） SVFDES在往复荷载作用下兼具自复位能力和耗能能力,并且呈现出“变摩擦”、“变刚度”的特征;（2）阻尼器的滞回行为对摩擦副的几何构形、摩擦面的摩擦系数较为敏感,而与SMA元件的预紧力弱相关;（3）理论计算公式和数值模拟的结果较为吻合。     

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。     

转动型摩擦阻尼器力学性能及抗震效果分析

转动型摩擦阻尼器通过钢板间转动摩擦消耗地震能量。通过采用ABAQUS有限元软件对转动摩擦阻尼器的力学性能进行数值模拟,分析中考虑了转动摩擦阻尼器螺栓预紧力大小、转动摩擦系数和摩擦面个数3个设计参数;通过考察不同设计参数对该类阻尼器弯矩-转角滞回曲线的影响,确定影响转动摩擦阻尼器力学性能的主要影响参数。在OPENSEES分析软件中对包含了转动摩擦型阻尼器的钢框架结构进行弹塑性动力时程分析,动力时程分析中采用了Tohoku和El Centro两种地震波,分别考察了转动摩擦阻尼器在多遇地震和罕遇地震下对钢框架结构抗震性能的影响情况。研究结果表明:多层钢框架结构中的转动型摩擦阻尼器具有良好的耗能减震效果。     

钢-混凝土组合梁非对称摩擦连接件往复加载试验研究

为研究钢混非对称摩擦连接件(Steel-Concrete Composite Asymmetric Friction Connection, SCCAFC)的抗震性能，考虑螺栓直径、螺栓预紧力、摩擦垫片材料因素，对7组采用AFCs钢混连接进行往复加载试验研究。试验结果表明：各组试件的滞回曲线饱满，产生双滑移平台很明显，达到预期的非对称摩擦耗能特点；预紧力增大、螺栓直径增大都会对试件的承载力、刚度、耗能有明显的提升；试件在加载前期刚度退化较为明显，后期刚度退化趋于平缓；各组能量耗散系数E_d分布在1.52～2.55之间，构件峰值荷载下的等效黏滞阻尼比h_e在0.242～0.406之间，其中PSC-6承载力、耗能能力最优，PSC-7最差，PSC-2和PSC-6所得各项数据差距不大，实际工程可以使用成本低的耐磨钢。     

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。     

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%。     

基于高强钢碟簧和复合摩擦材料的自复位消能减震阻尼器受力性能与试验研究

为提高建筑结构抗震韧性,实现震时响应可控,震后易修复的性能目标,提出一种基于高强钢碟簧和复合摩擦材料的自复位消能减震阻尼器,给出一种基本构造方案,分析阻尼器不同阶段的工作原理,理论推导滞回曲线及各阶段刚度、承载力计算公式。通过多次往复加载试验,对碟簧和摩擦片的基本性能,以及多次地震作用下阻尼器的滞回性能和低周疲劳性能进行了考察。试验结果表明,高强钢碟簧性能稳定,复合摩擦材料耗能能力优异;基于两者组合的自复位消能减震阻尼器具有良好的可调节刚度、承载力以及优异的自复位性能;阻尼器滞回耗能稳定,可实现震后功能恢复,低周疲劳性能好。提出的阻尼器工作过程中各阶段刚度及承载力计算公式与试验结果吻合较好,可为工程设计提供参考。     

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。     

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。     

带中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架拟动力试验

为解决较大跨度自复位钢框架结构层间位移角可能超限或耗能不足的关键问题,课题组前期提出将中间柱型阻尼器应用于装配式自复位钢框架。但是因门窗开洞等要求而不能在跨中处设置中间柱型阻尼器,从而提出了带双中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架,对其进行了拟动力试验,并与带单中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架的拟动力试验进行了对比,分析了其位移响应、滞回性能、中间柱摩擦阻尼器滑动、索力及典型部位应变变化等。结果表明,两榀框架震后短梁-长梁连接界面处残余转角和索力降低均较小,具有良好的开口闭合机制,耗能能力较优,能够有效避免主体结构的损伤,且带双中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架控制结构侧移效果更好,耗能性能更优,适用于较大跨度的多高层结构。     

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。     

摩擦阻尼器在工程结构中的研究与应用

概述了摩擦阻尼器的种类、构造以及减震原理,介绍了摩擦阻尼器的力学模型和结构分析方法,简述了摩擦阻尼器在云南省洱源县振戎中学教学楼和食堂楼中的应用,以及在东北某大楼加固中的应用.     

SMA复合摩擦阻尼器在网架结构中的减振效果分析

将SMA复合摩擦阻尼器用作空间网架结构的耗能减振装置,探讨了其在空间结构中的减振控制分析方法。介绍了SMA复合摩擦阻尼器的工作原理和理论模型,建立了网架结构减振控制的运动方程。地震作用下某网架结构减振控制的数值模拟结果表明,SMA复合摩擦阻尼器可有效降低结构地震响应,较之纯摩擦阻尼器和纯SMA阻尼器,减振效果更为优良。     

刹车片型摩擦消能器的单轴力学性能试验研究

对采用刹车片作为摩擦材料的摩擦消能器进行单轴往复加载试验,考虑摩擦界面的面压、加载速率等因素对摩擦阻尼器力学性能的影响。在摩擦消能器中,采用高强螺栓与碟形弹簧串联为摩擦界面施加正压力,以减小温度应力等因素对消能器性能的影响。同样参数的试验重复三次,以观察消能器性能的离散性。试验结果表明,该摩擦界面具有可靠的滞回耗能能力,摩擦力相对比较稳定。但在试验中,摩擦界面的面压存在逐步下降的趋势,且下降的幅度与初始面压的大小有关。此外,与静力加载相比,动力加载条件下消能器表现出更小的动摩擦系数。采用通过静力加载得到的摩擦系数进行消能器设计,可能得到偏于不安全的结果。     

自复位SMA支撑的滞回性能与简化力学模型

基于形状记忆合金（SMA）的超弹性和扩孔型螺栓连接的低摩擦滑移性能,提出一种自复位SMA支撑,主要由四块钢板、两个滑移螺杆、SMA丝材、丁基橡胶垫片、固定钢垫片和滑移钢垫片组成。对四个考虑不同SMA面积和滑移螺杆预拉力的自复位SMA支撑进行低周往复荷载试验,研究其滞回性能和耗能能力。采用ANSYS软件建立有限元模型,并通过试验数据对其进行验证,结果吻合良好。对9个考虑不同SMA面积、摩擦系数、SMA长度和螺杆预拉力的模型进行分析。结果表明：增大SMA面积可提高支撑的承载力和耗能能力、减小残余变形,增大摩擦系数和滑移螺杆预拉力可提高支撑的承载力、耗能能力和残余变形,增大SMA长度对支撑性能无明显影响。对比有限元与简化力学模型计算结果表明,两者的抗滑移承载力、最大恢复力和残余变形最大误差仅为6.89%、7.01%和5.60%,验证了该简化力学模型的准确性。     

自复位单向摩擦阻尼器梁桥数值#br# 模拟及混合试验

传统梁桥在地震作用下,支座容易产生较大的残余变形。针对这一问题提出将传统梁桥支座替换为聚四氟乙烯滑板支座,并在主梁和盖梁之间安装自复位单向摩擦阻尼器,形成自复位单向摩擦阻尼器梁桥。首先,将有预加力的自复位单向摩擦阻尼器等效为一个无预加力的阻尼器单元和一个无耗能能力的双线性弹簧单元组成的并联体系,采用OpenSees模拟其本构关系。进一步,以一4跨自复位单向摩擦阻尼器连续梁桥为对象,对其进行地震动记录输入下的动力分析,同时,将桥梁1#墩的阻尼器和支座作为试验子结构,其他部分作为数值子结构进行混合试验,考察地震作用下的桥梁位移和内力响应。数值分析和混合试验的结果对比表明：文章对阻尼器的等效处理是合理的且自复位单向摩擦阻尼器梁桥具有良好的隔震和自复位能力。