Proposed Relationship for Proper Shear Strength of Elliptical Damper Based on Its Geometrical Parameters

Vertical link beam as a practical yielding damper is a kind of passive control device which dissipates seismic energy and thus reduces the rate of damage to structures through in-plane shear deformations. Proper stiffness, ductility and significant energy dissipation of these dampers together with their practical advantages justify their widespread experimental and numerical research. In this paper, a total of 42 elliptical dampers (vertical link beams with elliptical cross sections) in various lengths and thicknesses are modeled using the ABAQUS finite element software and finally a design relationship for this damper is presented based on the above mentioned geometrical parameters using pushover analysis. The accuracy of the proposed relationship is studied by applying various layouts of designed dampers on two types of chevron bracings to improve their performance and obtain proper energy dissipation without brace buckling. The equivalent viscous damping ratios of 32–33% obtained for elliptical dampers indicate high increase in energy dissipation capability.     

扇形铅黏弹性阻尼器综合设计及加固框架抗震性能分析

为研究扇形铅黏弹性阻尼器与加固框架结构之间的匹配关系及其对加固框架抗震性能的影响规律,用ABAQUS软件建立了对比空框架和加固框架的精细化有限元模型,结合试验试件骨架曲线及破坏形态验证了其合理性。提出扇形铅黏弹性阻尼器加固框架的综合设计原则,设定阻尼器扇形有效半径与框架柱净高之比为设计尺寸比,在此基础上,对不同设计尺寸比的加固框架进行对比分析。分析结果表明,合理设置的扇形铅黏弹性阻尼器可以显著提高加固框架的抗震性能,保护梁柱节点核心区;当设计尺寸比取值超过0.24时,会导致加固试件较早达到峰值荷载,但其后承载力又急剧衰减;建议扇形铅黏弹性阻尼器加固框架的设计尺寸比宜控制在0.1~0.2之间,实际设计中应依据不同加固需求选取相应的设计尺寸比。     

Pall型摩擦阻尼器的新型应用方式及其性能研究

首次提出了Pall型摩擦阻尼器适用于不规则框架新型安装方式,按常规将阻尼器放置在框架中心。以等腰梯形框架结构为例,考虑几何非线性对安装Pall型摩擦阻尼器的不同坡度的该框架进行了详细的有限元分析,采用ANSYS程序对该Pall型摩擦阻尼器的滞回特性和力学特性进行了详细的分析。分析结果表明,安装Pall型摩擦阻尼器能有效提高结构的刚度,并且大大提高框架的耗能能力,但这种新型安装方式的Pall型摩擦阻尼器与原Pall摩擦阻尼器的耗能能力有差距,提出了该安装方式的适用范围,在此基础上,提出了适合梯形框架的一种新型安装方式。     

Z型支撑分级屈服阻尼器抗震性能研究

为实现阻尼器分级耗能屈服,文章提出一种基于Q235钢材由内部Z型支撑及两侧开孔钢板组合形成分级屈服金属阻尼器。通过对3组不同肢高Z型支撑分级屈服阻尼器施加水平低周往复位移加载,进行试验与ABAQUS模拟抗震滞回性能分析,探究Z型支撑分级屈服阻尼器耗能状态及抗震性能,揭示该阻尼器的耗能机理与破坏模态。研究结果表明：阻尼器可实现分级屈服,随着肢高减小,Z型支撑分级屈服阻尼器能更有效提高主体结构抗震滞回性能。     

双阶屈服屈曲约束支撑框架小震参数分析

为了弥补常规屈曲约束支撑在多遇地震作用下处于弹性状态,不能发挥消能减震作用的不足,提出了一种将金属套管阻尼器与屈曲约束支撑组合形成的双阶屈服屈曲约束支撑,经试验验证其具有良好、稳定的小震及中大震下的滞回特性。在小震作用下,金属套管阻尼器屈服消能,屈曲约束芯板保持弹性承载。借助有限元软件ETABS建立了一系列双阶屈服屈曲约束支撑框架模型,通过改变支撑与框架刚度比、阻尼器与芯板的轴向刚度关系以及套管阻尼器的屈服比例,对各模型进行小震作用下的动力弹塑性分析,将各模型基底剪力和最大层间位移角与相应的常规屈曲约束支撑框架的分析结果进行对比。结果表明:双阶屈服屈曲约束支撑与支撑芯板的轴向弹性刚度比取2左右,阻尼器屈服比例取0.3左右时,可取得较好的减震效果; 双阶屈服屈曲约束支撑的参数取值改变,对降低结构地震响应的影响趋势不因支撑与框架刚度比不同而改变; 当支撑刚度贡献较大时,相较常规屈曲约束支撑,双阶屈服屈曲约束支撑的设置能降低结构的层间位移角,若要同时降低基底剪力,阻尼器屈服比例不宜高于0.3。     

黏滞阻尼器初始刚度的合理取值探讨

目前工程界关于黏滞阻尼器初始刚度的取值普遍较大,这与其实际性能差别较大。过大的初始刚度取值会大大高估黏滞阻尼器在风和地震下的耗能作用,使得结构设计偏于不安全。结合试验和有限元计算结果,验证了黏滞阻尼器加载刚度与其初始刚度数值上近似相等。结合一个工程案例,通过对非减震模型、不同减震模型的层间位移角、层间剪力、能量分布、附加阻尼比、滞回曲线的对比分析,阐述了黏滞阻尼器初始刚度的不合理取值可能会高估黏滞阻尼器的消能作用。     

金属阻尼器的滞回性能分析

金属在进入弹塑性状态后具有良好的滞回特性,且在弹塑性滞回变形过程中能吸收大量能量,因而用来制造不同类型的耗能减震器。提出了椭圆形开口金属阻尼器,并利用有限元软件ABAQUS分析椭圆型、棱形、X形阻尼器在不同开洞率下的滞回性能,将其耗能性能进行对比。结果表明,椭圆形开口金属阻尼器有较好的耗能性能,此分析对以后金属阻尼器的选取也提供了一定的参考。     

波形反对称软钢阻尼器力学性能试验研究

设计了一种波形软钢阻尼器，针对其滞回力学特性和耗能减震能力，进行了2个波形钢板不同放置形式的波形软钢阻尼器的拟静力试验,试验结果表明波形软钢阻尼器具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力。其中由于竖向波形软钢阻尼器在水平方向会产生拉压应力场，压缩刚度大，导致其滞回性能和延性均比水平波形软钢阻尼器的差。在整个试验加载过程中，未出现焊缝撕裂现象，说明二氧化碳保护焊可以很好地保证阻尼器整体结构承载和变形能力。利用ABAQUS有限元分析软件建立6个波形软钢阻尼器模型，以试验中的水平波形软钢阻尼器作为基本模型，钢板厚度和波角两个因素作为变量，进行数值分析，结果表明:模拟分析与试验结果吻合较好；当钢板波角为60°时，波形软钢阻尼器力学性能最优；钢板厚度过大会使阻尼器角部应力集中，过早产生局部屈曲，而厚度偏小会使得阻尼器的耗能能力和承载能力不佳，钢板厚度取值6 mm时力学性能最佳。     

减震装置的移位原理及其在黏滞阻尼减震结构设计中的应用

现有消能减震结构的设计方法在确定减震关键参数及其空间分配时需要繁琐的迭代试算.为解决此问题,基于减震结构消能减震装置的"移位"原理,提出了减震结构的系统化设计方法,可高效地实现减震结构中阻尼器的参数确定与分配.基于广义单自由度理论提出了减震主自由度的概念,进而发现了减震结构中消能减震装置的"移位"原理,即若要将减震装置...     

Seismic response of base isolating systems with U-shaped hysteretic dampers

This paper proposes a base isolating system to reduce the seismic demands of low- or medium-rise structures and experimentally investigates its seismic response using shake-table tests. The base isolating system considered in this study consists of laminated-rubber bearings and U-shaped hysteretic (UH) dampers which are made of high toughness steel (HTS) and are machined with slotted holes to increase their deformation capacities. A base isolated 2-story specimen for shake-table tests was first designed and cyclic tests of laminated-rubber bearings and UH dampers implemented in the base isolating systems were then carried out. The component test for the laminated-rubber bearings shows typically low lateral stiffness with enough vertical stiffness to carry gravity loads. The test results for the UH dampers demonstrate that the use of HTS material and the introduction of the slotted holes details increase deformation capacities by inducing uniform stress distribution along a UH damper. Finally, shake-table tests were performed using specimens shaken with increasing ground acceleration records. The shake-table tests show that the proposed base isolating system with UH dampers limits the seismic demands of a base isolated structure by lengthening its structural period, concentrating displacement demands on the base isolating floor and adding seismic energy dissipation from the UH dampers.     

超高层建筑结构加强层耗能减震技术及连接节点设计研究

在框架-核心筒结构体系中,加强层可显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但会带来结构刚度、内力突变等不利影响。以某超高层建筑为工程背景,研究了黏滞阻尼器在伸臂桁架体系中的应用及在多遇地震和罕遇地震作用下的减震效果,研究了设置黏滞阻尼器的环带桁架在超高层建筑中的较优位置和减震效率。结果表明：黏滞阻尼器在伸臂桁架结构中的设置可以减小核心筒剪力墙的塑性损伤,减小结构的动力响应;设置黏滞阻尼器的环带桁架宜布置在层间相对速度大的位置,随超高层结构高度增加,阻尼器的减震效率降低。通过对伸臂桁架与外框柱、核心筒连接节点的设计及构造的分析,提出了连接节点的设计建议。     

Seismic retrofit of structures using steel honeycomb dampers

The purpose of this paper is to investigate the seismic performance of a honeycomb shaped steel hysteretic damper applied to seismic retrofit or strengthening of a structure. The formulas for the initial stiffness and yield strength of a damper unit were derived based on the cell wall bending model, and the results were compared with those obtained from finite element analysis. Bilinear model of the honeycomb damper was developed based on the nonlinear force-displacement relationship obtained from finite element analysis. The honeycomb dampers were applied for seismic retrofit of a 15-story apartment building designed without considering seismic load and for seismic design of a 3-story moment frame designed with reduced seismic load. The analysis results showed that the honeycomb dampers were effective in the enhancement of seismic-load resisting capacity of the model structures.     

Experimental study and numerical analysis on seismic performance of steel beam‐column damping joint in Chinese traditional style buildings

This paper aims to research the seismic performance of steel beam‐column damping joint of Chinese traditional style building. Three specimens of steel beam‐column damping joints with the1:2.6 scale were designed and researched, which included two specimens with viscous damper and one contrast specimen without viscous damper. The experimental study was carried out by cyclic dynamic loading test. The effects of viscous dampers for the steel structure beam‐column joint in Chinese traditional style buildings are analyzed by investigating the hysteretic curves, skeleton curves, strength and stiffness degradation, ductility, overstrength factor, and energy dissipation capacity. The results show that the steel beam‐column joints of Chinese tradition style buildings with viscous damper have better energy dissipation capacity and higher bearing capacity. Based on the experiment, the nonlinear finite element analysis was conducted using the ABAQUS software. The influence of damping coefficient on the behavior of the new damping joint of Chinese tradition style buildings was obtained, and the design suggestions were presented.     

联肢剪力墙连梁阻尼器伪静力试验研究

连梁阻尼器属于平面内屈服型软钢阻尼器。通过对11个连梁阻尼器进行伪静力试验研究,结合试验现象及力-位移关系曲线对各型号连梁阻尼器的屈曲和破坏状况观察,判断其工作性态。采用数据拟合法对伪静力试验数据分析得到连梁阻尼器的双线性刚度、极限承载力和等效阻尼比的经验公式,为工程设计提供阻尼器的力学特性和本构关系。文中采用的研究思路为：提取试验结果,有限元模拟、调参,以调参后的有限元模型的解作为精确解,虚拟多种型号阻尼器,计算双线性刚度、极限承载力,回归经验公式,并确定阻尼器耗能能力评价标准。通过伪静力试验得出：双列孔连梁阻尼器的滞回性能良好,呈现整体屈曲;建议采用孔间柱长宽比α>2.5,两列孔的列间距与孔间距之比γ≥1.0,开孔率p∈［5%,20%］的双列孔连梁阻尼器。图19表5参9     

钢筋混凝土框架结构利用“双功能”软钢阻尼器的抗震设计

提出了适合工程实际应用的"双功能"软钢阻尼器,对单圆孔型及双X型软钢阻尼器进行了拟静力往复加载试验,试验结果表明,两种阻尼器均具良好的滞回耗能特性;将两种阻尼器应用于实际工程中,成功地解决了薄弱层问题,同时给出了钢筋混凝土结构中安装"双功能"软钢阻尼器的设计过程;对装有软钢阻尼器的钢筋混凝土结构进行有限元三维仿真分析,结果表明,本文提出的软钢阻尼器对结构位移有较好的控制效果,具有在小震时为结构提供较大的初始刚度,大震时耗散地震能量的双重功能。     

竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震韧性试验研究

为了克服传统剪力墙的不利受损形态,提升剪力墙的抗震韧性,设计了方钢管混凝土作为边缘约束构件的竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙CPCSW,并进行了拟静力试验,在罕遇地震作用下剪力墙层间位移角达到弹塑性层间位移角规范限值时,该剪力墙满足相关规范的抗震要求且克服了剪力墙墙身剪切开裂及墙趾压溃的震害,但边缘约束构件下部拉应力较大...     

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。     

粘弹性阻尼器在网架结构减震控制中的优化设置

将粘弹性阻尼器应用于空间网架结构,给出了网架结构体系的控制原理。分别从控制网架结构的节点位移、节点加速度和杆件轴力三个方面选定控制目标,编制了有限元分析程序。研究探讨了粘弹性阻尼器在网架结构减震控制中的优化设置,分析了阻尼器在网架结构中的布置位置、布置数量、阻尼器支撑倾斜角度等参数的影响,对在各种工况下的减震效果进行了对比分析。结果表明,在结构中合理布置阻尼器可显著提高阻尼器的减震控制率。最后,提出了在结构中设置粘弹性阻尼器的基本优化步骤,对粘弹性阻尼器在网架结构中的优化设置提出如下建议:(1)阻尼器宜布置在跨度等分点处;(2)阻尼器沿结构纵向布置优于沿横向布置,纵横向综合布置效果最佳;(3)阻尼器支撑倾斜角度宜取α=45°~60°;(4)阻尼器与网架下弦节点连接优于与网架上弦节点连接;(5)阻尼器的布置数量宜适中。本文成果可为粘弹性阻尼器在网架工程中的实际应用和设计提供借鉴。     

黏滞阻尼器有效刚度对结构的影响及其取值方法研究

目前,在进行消能减震结构分析时,通常忽略黏滞阻尼器的刚度,影响了结构受力与响应的准确性。为此,阐述黏滞阻尼器刚度特性及其对结构的影响,给出一种适用于时程分析的有效刚度迭代取值方法。对设置黏滞阻尼器消能减震模型、附加有效阻尼比等效模型和附加有效阻尼比与有效刚度等效模型的三组模型进行分析,研究黏滞阻尼器有效刚度对结构受力与响应的影响。结果表明:采用附加有效阻尼比与有效刚度等效模型分析得到的结构楼层剪力与层间位移角的变化趋势基本和采用消能减震模型分析的结果一致;采用附加有效阻尼比等效模型与采用消能减震模型分析的结果则相差较大;时程分析中采用提出的有效刚度迭代取值方法是可行的,建议黏滞阻尼器消能减震结构设计时考虑黏滞阻尼器有效刚度的影响。     

往复荷载作用下配置摩擦型阻尼器钢木混合剪力墙抗侧力性能研究

为研究配置摩擦型阻尼器钢木混合剪力墙的抗侧力性能,首先以4个摩擦型阻尼器研究了阻尼器的静力和动力特性,摩擦型阻尼器由高强螺栓穿过内、外钢板组成,钢板间夹有摩擦材料,包括无石棉有机材料NAO-780和聚四氟乙烯PTFE两种,内钢板设有长圆孔。当阻尼器激发,内、外钢板开始相对滑动耗能,当高强螺栓抵住长圆孔端部,则阻尼器锁定。阻尼器试验结果表明：阻尼器激发力与高强螺栓扭矩成线性正相关。摩擦材料NAO 780在不同加载幅值和频率下摩擦性能稳定。进而,将所研发的摩擦型阻尼器引入钢木混合剪力墙中,通过往复加载试验研究了钢木混合剪力墙的抗侧力性能。试验结果表明：阻尼器激发力越大,试件初始刚度越高,但木剪力墙损伤更严重;阻尼器内钢板长圆孔长度越长,木剪力墙可得到更多保护,但阻尼器锁定推迟,钢框架侧向变形增大。合理设置阻尼器激发力和阻尼器内钢板长圆孔长度可减小钢木混合剪力墙在地震作用下的损伤,使其在大侧移下仍有充足的抗侧能力储备,提高其抗震性能。