铅挤压阻尼器的数值模拟与试验

在铅挤压阻尼器耗能机理的基础上,对影响铅挤压阻尼器滞回性能的各种参数进行了数值模拟和试验研究.结果表明,挤压轴轴凸的长度和高度是影响铅挤压阻尼器阻尼力的主要因素;铅挤压阻尼器的滞回曲线饱满,是一种优良的耗能装置,可以用于工程结构的消能减震.     

扇形铅粘弹性阻尼器的设计及数值仿真分析

为改善框架结构及底框结构的抗震性能,提出一种新型扇形铅粘弹性阻尼器对梁柱节点进行耗能减震加固。介绍了扇形铅粘弹性阻尼器的构造、工作原理及特点,设计了三组铅芯个数和直径不同的扇形铅粘弹性阻尼器,采用ABAQUS有限元分析软件对其进行了剪切位移和转角位移加载的数值仿真分析,研究了阻尼器的滞回性能,加载方式、铅芯个数和直径对其耗能性能的影响,以及阻尼器耗能核心部件应力分布特点、骨架曲线和力学模型。结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力,铅芯个数和直径对其耗能性能影响较大,耗能核心部件应力分布均匀,构造合理,力学模型可采用双线性模型进行描述。     

新型铅剪切阻尼器的数值模拟试验研究

铅剪切阻尼器是一种耗能性能优越、构造简单而又十分经济的结构减震控制装置.为提高梁柱节点的耗能能力,本文开发了一种具有变形放大功能的转动式铅剪切阻尼器,利用ANSYS软件对该阻尼器进行了数值模拟分析,研究了铅块高度和宽度对其性能的影响;通过低周往复荷载试验,同时,还研究了振幅、频率、荷载循环次数、去掉对该阻尼器性能的影响.结果表明,这种新型转动式铅剪切阻尼器滞回曲线饱满、性能稳定.     

高耗能间隙式黏胶阻尼器的试验研究

为减轻结构地震反应,研制了一种间隙式黏胶阻尼器,给出了所研制阻尼器的滞回模型理论公式和串联动态刚度的统一计算公式,并根据试验数据给出了各参数的工程参考数值.在分析黏胶阻尼器动态刚度的基础上,提出了阻尼器耗能性能评价指标的概念,并对该类阻尼器进行了耗能失效定量分析.试验结果表明,该阻尼器具有滞回曲线饱满、结构简单、不泄漏介质、自我保护等良好特性,是一种高耗能的黏滞阻尼器.     

剪力墙竖向连接软钢阻尼器滞回性能试验研究

提出应用于剪力墙竖向韧性连接体的易拆装的拉压耗能软钢阻尼器.为了研究拉压荷载作用下该阻尼器的滞回性能,基于杠杆原理,设计制作能放大加载位移的高承载销轴-钢梁加载装置和3对不同耗能肢形状的试件,模拟阻尼器的螺栓连接边界和拉压往复受力过程.将阻尼器试件同条件依次安装并开展拟静力循环往复加载试验,研究试件的破坏模式、强度及变形能力、耗能特性及螺栓连接的可靠性,获得试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、承载力及延性系数等.对阻尼器的耗能承载能力进行评价分析,研究耗能肢型体参数对力学性能的影响.建立有限元模型,模拟阻尼器的失效行为.结果表明,阻尼器以耗能肢屈曲为典型破坏模式,Z型耗能肢阻尼器与其他2种耗能肢形状的阻尼器相比,具备更好的防屈曲性能和耗能能力,能够发挥低屈服点钢材的力学性能,震损后可以快速更换.     

应用于榫卯节点加固的扇形黏弹性阻尼器有限元分析

为提升传统木结构建筑的抗震能力,研发一种用于榫卯节点加固的扇形黏弹性阻尼器。先介绍了2种形制不同的阻尼器(SX-1和SX-2)的构造,并对其工作机制进行分析,利用ABAQUS进行数值模拟,通过对比分析2种扇形阻尼器在反复荷载下的滞回曲线饱满程度、耗能系数及等效黏滞阻尼比,研究阻尼器的变形性能和耗能特性。结果表明：阻尼器构造合理,滞回面积、耗能系数及等效阻尼比均随幅值的增加而增大;位移加载幅值较小时,SX-1和SX-2试件的耗能系数及等效阻尼比的数值均较小;SX-2形制的扇形黏弹性阻尼器滞回曲线更饱满,耗能能力强,具有较大的变形能力;SX-2形制的黏弹性橡胶阻尼器的耗能系数及等效阻尼比相较于SX-1阻尼器均得到提高,SX-2阻尼器耗能能力得到加强,能够更加有效地提高传统穿斗木构架的抗震能力。     

基于形状记忆合金的自复位摩擦耗能支撑滞回性能

针对基于形状记忆合金(SMA)的自复位摩擦耗能支撑,提出了简化分析模型,研究了其在往复荷载作用下的滞回性能.首先通过理论推导,得出了往复荷载作用下自复位摩擦耗能支撑的力-位移曲线,提出了简化的滞回模型,然后通过参数分析研究了各参数对其滞回性能的影响.结果表明:自复位摩擦耗能支撑在卸载后存在一定的残余位移,其大小仅与阻尼器元件摩擦力及SMA元件奥氏体弹性刚度有关;自复位摩擦耗能支撑的滞回性能可采用修正的FS(Flag-shaped)模型来描述;SMA元件屈服力及耗能参数对自复位摩擦耗能支撑的滞回性能影响较大,奥氏体弹性刚度及屈服后刚度系数影响较小;增加阻尼器元件的摩擦力,可显著增强自复位摩擦耗能支撑的耗能能力,但会产生残余位移.     

金属阻尼器的试验研究与应用

能量耗散是减少建筑结构或构件在地震中损伤和破坏的关键,应用金属阻尼器是耗散地震能量的重要手段之一。金属阻尼器主要是利用金属进入弹塑性屈服状态产生滞回进行耗能,具有造价低廉,耗能能力稳定的优点。在重点介绍目前几种被广泛应用的金属阻尼器的基础上,阐述了其工作原理、构造要求和工程应用情况。其中,对铅挤压阻尼进行了设计和制作,并对其进行了力学性能测试,测试结果显示：铅挤压阻尼器力-位移曲线接近矩形,符合“库伦摩擦”的特点;力-速度曲线接近双“ S”形,阻尼器耗能能力较强且性能稳定。最后,提出今后金属阻尼器的发展方向和需要进一步解决的问题。     

新型钢管铅芯阻尼器数值模拟及耗能能力分析

以传统钢管铅芯阻尼器为基础,通过改进得到一种新型钢管双铅芯阻尼器,并在此基础上运用ABAQUS有限元模拟软件对其抗震性能进行模拟分析。模拟结果表明,在用铅量较少的情况下,新型钢管双铅芯阻尼器相对于单铅芯阻尼器的极限荷载增大183 kN,极限位移增大近一倍,滞回曲线面积明显增大并且等效阻尼系数增大15%。通过模拟结果表明,其耗能能力较优。     

被动消能交错桁架滞回性能试验

目的 为了提高交错桁架结构耗能能力,提出在交错桁架结构的斜腹杆上设置摩擦耗能阻尼器,构成被动消能交错桁架结构.方法 分别对1/3缩尺普通交错桁架单元和被动消能交错桁架单元进行低周反复荷载试验,分析两种交错桁架单元在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力.结果 普通交错桁架单元依靠杆件的塑性变形耗能,滞回曲线不饱满,耗能能力有限,斜腹杆屈曲后,结构的刚度和承载力迅速降低,桁架单元的延性较差.被动消能交错桁架单元主要依靠摩擦耗能器耗能,滞回曲线饱满,呈平行四边形,耗能能力较强;被动消能交错桁架单元在摩擦阻尼器滑移前,水平刚度较大,摩擦耗能器滑移后,结构刚度降低,发生内力重分配;被动消能交错桁架单元,变形能力强,延性好.结论 在桁架的斜腹杆上设置摩擦阻尼器,可以有效地提高结构的耗能能力和延性.     

新型弧形钢棒阻尼器性能的有限元数值分析

设计了一种新型弧形钢棒阻尼器,该阻尼器采用局部削弱构造,从而有效地解决了端部应力过大的问题.新型弧形钢棒阻尼器有两种削弱方案:A方案,端部截面尺寸不变,中部削弱;B方案,端部削弱,中部保持削弱后的截面尺寸不变.采用ABAQUS软件对其进行有限元分析,研究不同削弱方案对新型弧形钢棒阻尼器的滞回耗能能力、承载力特性、应力分布情况的影响.结果表明:两种方案的新型弧形钢棒阻尼器的等效粘滞阻尼系数均比弧形钢棒阻尼器大,耗能效果得到了提升,且A方案的新型弧形钢棒阻尼器耗能效果提升更多;随着削弱程度的增加各试件的滞回曲线逐渐收缩、等效粘滞阻尼系数呈先上升后下降的趋势、耗能量和初始刚度逐渐减小、峰值应力逐渐从耗能元件的两端转移至中部;采用A方案进行局部削弱时,中部截面直径宜控制在端部截面直径的70％～80％;采用B方案进行局部削弱时,中部截面直径宜控制在端部截面直径的60％～70％.     

耗能框架体系的动力分析

研究了带有金属阻尼器及其与粘滞流体阻尼器串并联组合平面框架体系。分别采用Bouc-Wen模型和粘滞阻尼模型模拟金属和粘性流体阻尼器的滞回特性,建立耗能体系的动力分析方法。数值分析表明,阻尼器采用并联组合方式对位移和加速度的减振效果要优于串联组合方式。     

金属橡胶减振器滞迟特性研究

从摩擦耗能机理出发,利用悬臂梁杆系接触作用模型,推导出金属橡胶减振器循环加载、卸载时载荷和位移的解析表达式,得出理论计算滞迟回线;运用ANSYS有限元分析软件对相对密度不同的环形金属橡胶减振器的变形过程进行数值模拟,得出数值模拟滞迟回线。研究表明,理论计算与数值模拟得到的滞迟回线基本一致,成型相对密度越小耗能特性越大,其刚度越小,软特性阶段越宽。     

被动消能混合式交错桁架单元滞回性能有限元分析

为了增强交错桁架耗能能力,可在桁架单元的斜腹杆上设置摩擦耗能器,形成被动消能交错桁架结构。采用有限元软件ANSYS12.1分析摩擦耗能器在不同摩擦系数、螺栓孔长以及螺栓等级下的荷载位移关系,并将摩擦耗能器的荷载-位移关系转化为等效应力-应变关系,定义到斜腹杆上的等效耗能器单元的材料本构关系中,对被动消能桁架单元进行水平方向循环加载,得到各桁架单元的滞回曲线、骨架曲线以及耗能能力图。有限元分析结果表明:摩擦系数使耗能器的滑移力达到斜腹杆屈曲荷载的96%时,结构的耗能能力最好;耗能器孔长越大,桁架的耗能能力和延性越好,滑移量达到桁架节间距的1%时,延性系数可满足一般框架的抗震要求;螺栓等级越高,其预紧力越稳定,桁架耗能能力越好。     

横波钢板混凝土剪力墙震损修复及抗侧刚度分析

为了研究震损横波钢板剪力墙构件快速恢复功能的可行性,设计横波钢板混凝土组合剪力墙（CSPCW）. 施加一定的初始损伤后,对墙趾受损部位进行修复改造使CSPCW成为带阻尼器钢板混凝土组合剪力墙（RCSPCW）,并进行拟静力加载. 为了验证阻尼器的可更换性,在RCSPCW层间位移角达1.25%时,更换阻尼器后再次对试件进行拟静力加载. 试验结果表明：RCSPCW能够将损伤集中在阻尼器上,提升剪力墙延性及耗能能力. 第二次更换阻尼器试件的滞回曲线比第一次更换阻尼器的更饱满,证明罕遇地震下更换阻尼器的可行性. 采用ABAQUS对RCSPCW进行抗侧刚度数值拓展分析,发现剪跨比影响最大,体积含钢率影响最小.     

导管架式海洋平台Pall型摩擦阻尼控制研究

笔者考虑几何非线性,首次提出了适用于海洋平台结构的Pall型摩擦阻尼器的一种新型应用方式,对安装Pall型摩擦阻尼器的不同坡度的等腰梯形框架进行了有限元分析,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减小动荷载作用下的最大位移,并且大大提高框架的耗能能力,证明了这种新型Pall型摩擦阻尼器与原Pall摩擦阻尼器具有同样的耗能能力.最后,将这种摩擦阻尼器放置在海洋平台结构中,分析了此种摩擦阻尼器在海洋平台结构中的减震效果.     

Study on optimum arrangement of hysteretic dampers in frame structure

The earthquake mitigation effect of hysteretic dampers is not only related to the number, stiffness, strength, deformation ability of dampers but also to the strength and stiffness of the structure. This paper studied the condition that structures should be in when the hysteretic dampers mitigated seismic action most effectively and made appropriate numerical analysis to verify the effectiveness of theory derivation. The inelastic seismic responses were analyzed for the SDOF system that the shear strength ratio of the damper system was taken differently and the result showed that when the ratio was in the vicinity of the optimum strength ratio of the damper system, the displacement of the structure was minimum and the energy dissipation of dampers was maximum, which indicated that the dampers mitigated seismic action most effectively. The result also indicated that the hysteretic dampers had significant earthquake mitigation effect when the strength ratio β changed in a relatively wide range.     

铅板阻尼器的研究与展望

铅阻尼器是一种耗能性能优越、结构简单,方便制作的减震耗能设备,特别是剪切型铅阻尼器,近年来逐渐得到承认和工程应用.本文基于国内和国外铅阻尼器的研究现状及发展趋势,并结合工程应用条件,阐述了本文提出的铅板阻尼器的优势,并指出铅板阻尼器及其应用还需要进一步研究和解决的问题.