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。     

木质变摩擦阻尼器滞回性能的试验研究与理论分析

基于对摩擦阻尼器材料及构造的改进,研制了一种木质变摩擦阻尼器。对9个不同参数的木质变摩擦阻尼器试件进行了低周反复荷载试验,研究了阻尼器的滞回性能,分析了摩擦块的坡度、螺栓预紧力等因素对阻尼器耗能性能的影响。根据木质变摩擦阻尼器的构造特点及工作原理,建立了其力学分析模型,确定了适用于该摩擦阻尼器的滞回规则和相应的滞回模型,并利用试验数据对滞回模型进行了验证。研究结果表明：木质变摩擦阻尼器的输出力在大变形时显著提升,滞回曲线较为饱满,具有分阶段耗能的特点,表现出稳定且良好的耗能性能;木质变摩擦阻尼器的耗能能力与木质摩擦块坡度和螺栓预紧力呈正相关。建立的滞回模型能较准确地反映木质变摩擦阻尼器的工作性能,理论与试验滞回曲线吻合较好。     

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。     

三种摩擦材料的摩擦阻尼器力学性能研究对比

本文主要研究对比了三种不同摩擦材料的摩擦阻尼器力学性能的优劣,基于刹车片、钢、紫铜三种摩擦材料,研制出了刹车片型、高强钢型、紫铜型摩擦阻尼器,并对它们进行了常规力学性能试验,同时通过有限元分析软件ABAQUS对模型在理想状态下进行数值模拟,参照规范综合对比三种不同摩擦材料的试验与模拟的常规性能指标及滞回曲线.研究结果表...     

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。     

X形软钢阻尼器的滞回性能分析

对软钢阻尼器进行了介绍,通过对X形软钢阻尼器的循环加载试验结果的分析,证明了X形软钢阻尼器具有良好的滞回性能,能够达到较好的减震效果,从而提高人们对X形软钢阻尼器的认识,推广X形软钢阻尼器的应用。     

方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能研究

方形复合不锈钢管混凝土柱是一种新型组合构件,具有广阔应用前景,为研究其滞回性能,以轴压比(005、03和06)、内外管尺寸比(042和067)、柱类型(复合不锈钢管混凝土、中空夹层不锈钢管混凝土、不锈钢管混凝土)为主要参数进行8个压弯试件在往复荷载作用下的试验研究,建立方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能分析的有限元模型,考察各参数对侧向荷载 位移骨架线的影响规律。研究结果表明：方形复合不锈钢管混凝土柱的滞回曲线较为饱满,且比中空夹层不锈钢管混凝土柱和不锈钢管混凝土柱具有更高的极限承载力、延性和塑性耗能能力。随着外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度的增加或者外管宽厚比、轴压比、长细比的减小,方形复合不锈钢管混凝土柱极限承载力显著增加,随着内外管尺寸比的增加或者内管径厚比的减小,极限承载力有所增加,但增加幅度不大。多数情况下,方形复合不锈钢管混凝土比复合普通钢管混凝土极限承载力高2%～20%。     

胶合木梁-柱摩擦型节点滞回性能研究

将摩擦型连接和形状记忆合金（SMA）板引入重型胶合木结构,提出了胶合木梁-柱摩擦型节点并研究了其滞回性能。分别以钢材和木材作为摩擦板材料,设计并制作了3个1∶2缩尺节点,开展了水平低周反复加载试验,获取了节点的典型破损模式和弯矩-转角滞回曲线,对比了节点的弹性转动刚度、峰值弯矩、耗能能力和残余变形。基于胶合木梁-柱摩擦型节点的工作机理建立了节点弯矩-转角滞回模型。结果表明：摩擦型节点主要发生SMA板受拉断裂,节点连接区域木材基本保持完好。相比普通螺栓钢填板节点,摩擦型节点的弹性转动刚度基本保持不变,峰值弯矩下降2%~17%,但各级位移加载幅值下节点耗能增加64%~278%,等效黏滞阻尼系数基本大于0.2,残余变形减小。采用钢制摩擦板的摩擦型节点残余变形更小,采用木质摩擦板的摩擦型节点的等效黏滞阻尼系数较大。胶合木梁-柱摩擦型节点的弯矩-转角滞回模型与试验滞回曲线吻合良好,表明其可用于工程结构分析。     

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。     

剪切板阻尼器的滞回性能参数研究

对具有等间距加劲肋的剪切板阻尼器进行参数分析,考察包括腹板柔细比参数Rw、翼缘对腹板的板厚比tf/tw、加劲肋刚度比γs/γs*和形状系数α等力学性能参数对剪切板阻尼器滞回性能和延性的影响,并提出合理的参数取值范围。为了更真实地反映剪切板的非线性大变形行为,以通用有限元程序ABAQUS为模拟平台,考虑初始变形和残余应力两种初始缺陷,采用修正双屈服面模型描述反复荷载下的材料本构关系。静力反复加载的数值试验结果表明,在所建议的参数取值范围内,这类剪切板阻尼器具有良好的滞回性能和稳定的耗能特性,可作为有效的消能减震装置用于建筑和桥梁等工程结构中。     

位移放大型摩擦阻尼器减震结构的抗震性能研究

为了确保在输入位移较小时,阻尼器仍能发挥良好的耗能能力,设计了一种基于齿轮传动的位移放大型摩擦阻尼器。对该阻尼器进行拉压循环力学试验,研究位移幅值对其滞回性能的影响,指出位移放大型摩擦阻尼器的滞回曲线饱满,其输出力是普通摩擦阻尼器的η倍(η是大齿轮与小齿轮直径之比),故耗能能力更强。以一六层规则钢框架结构为算例,计算无控结构、普通摩擦阻尼器减震结构和位移放大型摩擦阻尼器减震结构的地震响应,结果表明：与普通摩擦阻尼器相比,位移放大型摩擦阻尼器可更好地控制结构的层间位移角和顶点位移,但二者对结构基底剪力的控制效果接近。     

扇形铅黏弹性阻尼器滞回性能试验研究

试验设计并制作了2组4个几何尺寸及构造相同但橡胶剪切模量不同的扇形铅黏弹性阻尼器,对其进行低周反复荷载作用下的滞回性能试验。研究阻尼器的滞回性能、骨架曲线与恢复力模型、疲劳性能及大变形能力,分析不同应变幅值、不同加载频率、不同橡胶剪切模量对其性能的影响,并通过有限元软件对阻尼器进行有限元分析,对比有限元分析结果和试验结果。研究结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满、耗能能力较强,具有良好的抗疲劳性能和大变形能力;阻尼器的橡胶材料剪切模量和试验加载幅值对其性能参数有一定的影响;试验加载频率对其性能参数影响较小;阻尼器恢复力模型可采用双线性模型来描述;试验和有限元分析结果吻合较好,验证了该阻尼器有限元模拟分析方法的合理性。     

新型软钢阻尼器滞回性能的试验与模拟分析

对一种新型可分阶段屈服的软钢阻尼器进行了试验研究和有限元分析,并将模拟结果与试验数据进行对比.在FTS伺服器上对两组耗能钢片厚度不同的阻尼器施加渐增位移循环荷载和固定位移循环荷载进行试验;利用ABAQUS有限元软件对4种不同尺寸的耗能钢片分别单独建模分析,得出单片耗能钢片的力学性能;再对两组试验的阻尼器整体建模,完全按照试验的加载制度和边界条件来对试验进行模拟.基本性能试验和疲劳性能测试结果显示这种阻尼器的滞回曲线饱满,并没有明显的低周疲劳现象,表明了这种分阶段屈服型软钢阻尼器具有很强的耗能能力,性能稳定.数值模拟结果显示有限元分析与试验结果吻合良好.这种阻尼器具备可分阶段耗能的优点,必将在将来具有更加广阔的应用前景.     

拟线性摩擦阻尼器性能试验与有限元分析

提出一种拟线性摩擦阻尼器,其构造部件主要包括套筒、滑动轴和摩擦环。滑动轴与摩擦环同轴连接为一个整体,套筒中部的内径稍大于其他部位,在内壁形成很浅的凹槽,摩擦环装配在此凹槽内。通过合理设计,使得初始状态时摩擦环与套筒内壁保持间隙配合,二者接触面上无接触应力;而当滑动轴相对套筒左右移动时,摩擦环与套筒内壁形成过盈配合,在接触面上产生摩擦应力,偏离初始位置的移动幅度越大,接触面产生的摩擦阻力也越大,使该阻尼器提供近似线性滞回阻尼,即阻尼力的大小与位移幅值近似成正比,阻尼力的方向与速度相同。有限元数值模拟和试验研究结果表明：该阻尼器能够实现位移相关的线性滞回阻尼的基本特征,基于弹性力学给出的近似计算公式能够反映试验得到阻尼器滞回特性,可以用于阻尼器的初步设计。图12参23     

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。     

黏滞-软钢阻尼器组合系统的协同减震性能研究

为验证大跨度桥梁纵向黏滞-软钢阻尼器组合系统的协同工作机理和减震效果,首先设计制作黏滞-软钢阻尼器组合系统试验模型,通过试验测试分别获得黏滞阻尼器和软钢阻尼器的力学参数;然后开展组合系统滞回试验,并将试验结果与Matlab仿真结果进行对比分析;最后以单自由度体系为例,仿真分析组合系统的协同减震性能,并与单独使用黏滞阻尼器的减震效果进行了比较。结果表明：黏滞-软钢阻尼器组合系统中阻尼器性能稳定,滞回曲线饱满,锁定装置工作可靠;组合系统可以实现低速下黏滞阻尼器工作和高速下由锁定装置切换至软钢阻尼器工作的设计理念,仿真模拟与试验结果基本一致;单自由度体系算例中,组合系统具有良好的协同减震性能,且优于黏滞阻尼器。     

往复荷载作用下自复位墙滞回性能研究

将自复位墙简化成刚体,研究了往复荷载作用下自复位墙的滞回性能。通过理论推导,得出往复荷载作用下自复位墙的水平力 转角滞回曲线,给出了各特征点水平力和转角及等效黏滞阻尼系数的表达式,推导了自复位墙保证自复位性能应满足的条件,并提出了自复位墙简化滞回模型。在此基础上,通过参数分析进一步研究了预应力筋及阻尼器设计参数对自复位墙滞回性能的影响。结果表明：自复位墙的转动临界荷载与墙体自重及预应力筋的初始力有关;墙体完全卸载时是否有残余变形与墙体自重、预应力筋初始力及阻尼器屈服力有关;阻尼器屈服力对自复位墙滞回性能影响最大,预应力筋初始力及弹性刚度影响相对较小,阻尼器弹性刚度及布置位置影响最小。     

PFD-BRB摩擦阻尼器试验仿真分析

制作与阻尼器采用相同材料的摩擦片试验构件,通过拉伸试验得出阻尼器的吨位,再对采用T形芯板摩擦阻尼防屈曲支撑体系(PFD-BRB)的钢框架考虑几何非线性进行了有限元ANSYS试验仿真分析,同时分析了阻尼器起滑摩擦力和防屈曲支撑刚度对摩擦阻尼框架的滞回特性和支撑内力的影响。     

S型钢板阻尼器滞回模型及参数识别研究

提出一种易制作、易安装、易更换的S型钢板阻尼器,设计制作3组试件,通过开展拟静力试验,对其变形和破坏模式、滞回特性及耗能能力进行研究。基于试验结果提出一种改进的BWBN滞回模型,建立Simulink模型并开展试件参数识别研究。结果表明：S型钢板阻尼器的滞回曲线饱满,具有较大的变形能力,良好稳定的耗能能力,较高的延性系数和超强系数;阻尼器通过弯曲和轴向变形耗能,变形包括弯曲弹性段、弯曲屈服段及弯-拉屈服段,由于弯-拉强化效应,第三段刚度和强度逐渐增大,可提高结构承载能力并降低残余变形;所提出的滞回模型可以反映S型钢板阻尼器的弯-拉强化效应,能够较精确地模拟阻尼器的滞回曲线、恢复力变化以及累积能量耗散。