钢管铅阻尼器的性能试验研究

提出一种新型的钢管铅阻尼器,介绍其构造形式、工作机理及特点。设计制作两个钢管铅阻尼器试件,对其进行低周反复荷载试验和有限元模拟分析,研究钢管铅阻尼器的工作性能、耗能能力和破坏特征。研究结果表明:钢管铅阻尼器工作性能和耗能性能稳定;滞回曲线对称且饱满,近似于平行四边形,耗能能力强,屈服后等效阻尼比在0.45~0.50之间;阻尼器能在很小位移下屈服耗能,屈服位移小于1mm,而屈服后的变形能力很强,延性比大于20;钢管中部合理削弱能有效控制阻尼器的应力分布,使得阻尼器的变形和耗能集中在中部,避免阻尼器由于端部连接破坏而使阻尼器过早退出工作。     

钢管铅阻尼器疲劳性能试验研究

设计4个钢管铅阻尼器,对其中3个钢管铅阻尼器进行疲劳循环往复加载试验,对1个钢管铅阻尼器进行常规低周往复加载试验,研究钢管铅阻尼器的疲劳性能及抗过载能力,验证钢管铅阻尼器滞回耗能性能,揭示疲劳循环往复加载试验与常规低周往复加载试验中钢管铅阻尼器性能的异同。研究结果表明:钢管铅阻尼器在设计位移循环加载下,各项疲劳性能指标均能够满足JGJ 297—2013《建筑消能减震技术规程》中对金属阻尼器疲劳性能规定的要求;在2倍设计位移和1.5倍设计位移循环加载下,能够承受一定循环次数的加载,疲劳性能良好;经历偶然过载后仍能承受一定循环次数的加载,抗过载能力强;钢管铅阻尼器疲劳性能试验的破坏形式与常规性能试验的破坏形式一致,随着高径比的增加,钢管铅阻尼器破坏形式由剪切型变为弯剪型;钢管铅阻尼器在不同加载位移下,滞回曲线对称且饱满,近似于平行四边形,滞回耗能性能优良。     

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。     

扇形铅橡胶阻尼器滞回性能试验研究

试验制作了几何尺寸相同但铅芯直径不同、橡胶硬度不同的3个扇形铅橡胶阻尼器,通过自行设计的L型加载架对其进行低周往复荷载作用下的滞回性能试验.针对不同加载波形、加载频率、加载位移幅值、橡胶硬度以及铅芯尺寸等参数验证扇形铅橡胶阻尼器的耗能能力.研究结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满、耗能能力较强,具有较好的大变形能力;阻尼器的加载波形、加载频率与加载幅值、橡胶硬度以及铅芯直径均会对其滞回性能产生相应影响.     

附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁柱组合件力学行为分析

为提高传统风格建筑混凝土梁柱组合件的抗震性能,将其与黏滞阻尼器相结合,形成附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁柱组合件。为研究该类型试件力学行为,设计了两组不同构造形式的6个试件,每组包括附设黏滞阻尼器的梁柱组合件及未附设黏滞阻尼器的对比试件,对其进行动力循环加载试验,获得其荷载-位移曲线,并对其耗能能力、延性性能及刚度变化等抗震性能进行分析。分析结果表明:附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁柱组合件荷载-位移曲线饱满,位移延性及耗能能力优于对比试件。随着控制位移的增大,黏滞阻尼器阻尼力-位移包围的面积逐渐增大,耗能能力逐渐增加,但在试件屈服点处,黏滞阻尼器耗能能力有明显下降,之后,耗能能力稳步提升。     

大行程筒式铅剪切阻尼器性能的有限元模拟与试验研究

提出了一种大行程筒式铅剪切阻尼器,阐述了其基本构造及耗能原理。使用ABAQUS建立该阻尼器的实体模型,模拟其滞回特性,分析了阻尼器的四个设计参数对其耗能性能的影响,为设计提供参考。通过低周往复荷载试验,研究该阻尼器的滞回耗能性能。有限元分析和性能试验结果表明:该阻尼器的阻尼力与铅槽长度、轴径成线性关系,铅槽长度和轴径可作为阻尼器设计中提高阻尼力的稳定参数;铅槽厚度对阻尼器的挤压作用影响大,摩擦段长度对阻尼力中的摩擦力影响大,为提供稳定的阻尼力,在阻尼器的设计中,铅槽厚度与铅槽长度比值应小于0.25,摩擦段长度取阻尼器行程;阻尼器耗能能力较好,耗能性能稳定,能够满足结构耗能减震要求。     

钢管铅阻尼器滞回性能试验研究

通过对7个钢管铅阻尼器的低周往复加载试验,研究不同厚径比、高径比和削弱比对钢管铅阻尼器滞回性能的影响。研究结果表明：钢管铅阻尼器滞回曲线饱满对称,工作性能稳定,耗能性能和延性好,在很小的位移(1mm)即进入耗能状态,且快速进入稳定耗能阶段,等效阻尼比稳定在0.4~0.5之间,位移延性系数大于20;钢管铅阻尼器随厚径比、高径比和削弱比的不同而产生剪切、弯剪和弯曲三种破坏类型;设计钢管铅阻尼器时,应保证阻尼器屈服耗能主要集中在耗能段范围内,避免发生弯曲破坏;厚径比、高径比和削弱比对钢管铅阻尼器的初始刚度和承载力影响较大,随厚径比增大,钢管铅阻尼器的初始刚度和承载力增大,随高径比、削弱比增大,钢管铅阻尼器的初始刚度和承载力减小。     

新型蝶形金属阻尼器力学性能试验及其应用研究

文章提出一种新型蝶形金属阻尼器(butterfly metallic damper, BMD),其由连接端头、传动部件及U形金属耗能元件共同组成。具有耗能功效的U形金属元件通过高强螺栓与传动部件相互连接。因此,BMD阻尼器中的耗能元件具有较好的装配性能及震后可快速更换的特点。通过试验结合数值仿真的形式系统研究U形金属元件平直段长度、宽度、厚度及高度等参数对其减震耗能的影响规律。以多层框架为例,对比分析在地震作用下以不同形式(对角撑、肘节式、多重肘节式)安装BMD阻尼器对框架结构层间位移的降低效果。研究结果表明：在循环荷载作用下BMD阻尼器具有稳定的滞回性能、滞回曲线饱满且无捏缩现象;相对于对角撑的安装方式,肘节式及多重肘节式系统可有效放大BMD阻尼器的端头相对位移,从而提升其滞回耗能能力;安装BMD阻尼器可明显降低框架结构在其安装平面内的层间位移响应。     

位移放大型扇形阻尼器在预制装配式结构中的设计与应用

基于预制装配式结构在小震作用下的位移较小,消能阻尼器无法充分的发挥耗能性能这一问题,本文提出一种基于位移放大装置的扇形铅粘弹性阻尼器的设计方法,通过理论分析对位移放大装置的放大系数进行计算验证。通过对位移放大型扇形阻尼器的阻尼力与耗能能力进行分析,得出一种能量等值的阻尼器参数模拟方法。在多遇地震情况下,位移放大型扇形阻尼器拥有更好的耗能减震效果,且减震效果优于普通扇形阻尼器。     

复合式金属型阻尼器的试验研究及数值仿真分析

铅挤压型阻尼器初始刚度大,屈服强度高,耗能能力好,被广泛应用于结构减震控制中。然而由于研究者对铅金属力学性质的研究及模拟不足,常常导致数值模拟结果与试验结果存在不同程度的差异。对一种新型的铅-挤压型阻尼器(LED)——复合式金属型阻尼器(MAB)进行试验研究,采用DEFORM-3D软件对该型阻尼器进行较为系统地数值仿真分析。通过对比分析试验结果与数值仿真结果可知:复合式金属型阻尼器具有优良的耗能能力,且在大位移下具备良好的结构限位能力,挤压区域尺寸、轴突高度、轴突与阻尼器腔体间的间隙等参数显著影响其耗能能力;有限元仿真过程中,铅金属的力学模型的选择对仿真结果有显著影响,DEFORM-3D在金属耗能器仿真模拟中的应用效果良好。     

《土木工程与管理学报》02／2011 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,     

扇形铅黏弹性阻尼器加固RC框架的抗震性能试验研究

针对钢筋混凝土框架结构梁柱节点震害严重的抗震问题,提出采用扇形铅黏弹性阻尼器加固框架结构的 方法,结合扇形阻尼器型式提出外包箱形钢板和外包U形钢板两种不同的加固连接方式。为研究扇形铅黏弹性阻 尼器加固框架的抗震性能,设计并制作了3榀框架试件,分别为空框架和两榀不同连接的扇形铅黏弹性阻尼器加 固框架,通过低周反复加载试验分析了其滞回性能、承载能力、刚度退化、耗能能力等参数。试验结果表明：采 用扇形铅黏弹性阻尼器加固的框架滞回曲线饱满、耗能能力强、加固效果良好;扇形铅黏弹性阻尼器为框架提供 了一定的抗侧刚度,提高了框架的水平承载能力,延缓了框架塑性铰的产生,使框架具有良好的耗能能力;外包 U形钢板和外包箱形钢板用于扇形铅黏弹性阻尼器与主体结构的连接都是有效的,这两种不同的连接方式对加固 框架的整体抗震性能影响不大。     

铅阻尼器的发展与工程应用

铅阻尼器是一种耗能性能良好、构造简单、制作方便的减震耗能装置,尤其是挤压型铅阻尼器和剪切型铅阻尼器,近年来逐渐得到工程界的认可和推广应用。本文基于国内外关于铅阻尼器的研究现状和发展趋势及其在工程中的应用情况,阐述了挤压型和剪切型等铅阻尼器的优点,指出了铅阻尼器及其推广应用需要进一步研究和解决的问题。     

装配式自复位剪切型铅阻尼器抗震韧性试验研究

电力系统的抗震韧性是韧性城市建设的核心之一，研发高强度瓷、瓷的替代材料以及附加减隔震元件是提高瓷柱式电气设备抗震韧性的重要手段。以典型高柔型电气设备为研究对象，研发了适用于该类电气设备的装配式自复位剪切型铅阻尼器，对阻尼器核心元件——形状记忆合金棒材及装配式剪切型铅阻尼器进行了滞回性能试验，研究了主耗能环长度对装配式剪切型铅阻尼器力学性能的影响。试验结果表明：形状记忆合金棒材的等效阻尼比介于4%～11%之间，其位移恢复率超过60%,具有很好的复位能力；附加耗能环可以提高装配式剪切型铅阻尼器的耗能稳定性，通过阻尼器及其核心元件滞回性能的对比，验证了装配式自复位剪切型铅阻尼器具有形状记忆合金阻尼器高复位能力和装配式剪切型铅阻尼器高耗能能力等的综合特性，为电气设备的抗震安全性提供有效依据。     

新型阻尼器凸轮式响应放大装置的#br# 作用机理与恢复力模型

针对现有阻尼器响应放大技术的不足，提出一种新型阻尼器凸轮式响应放大装置，介绍该装置的构造及作用机理，推导该装置的恢复力计算公式，给出理论恢复力模型以及位移、速度、力等响应放大的计算公式；推导串联黏滞阻尼器的凸轮式响应放大装置的恢复力计算公式，进行伪静力试验与理论公式的对比。结果表明：装置凸轮式往复运动的特点能够保证串联阻尼器的位移在各级地震作用下均不会失效；所具备的响应放大效应能够充分发挥阻尼器的耗能能力，可以通过组合使用小吨位阻尼器达到直接安装大吨位阻尼器相同的耗能效果，从而取得显著的经济效益，在建筑、桥梁等结构振动控制领域具有良好的研究和应用前景。     

铅挤压阻尼器的试验研究

铅具有良好的塑性变形能力,变形后能重新结晶恢复、无应变硬化。基于该特征,制作了铅挤压阻尼器,通过试验研究了铅阻尼器在不同振幅、不同频率组合下的力学性能。试验结果表明,铅挤压阻尼器的滞回曲线丰满,耗能效率高,工作性能稳定,可以作为建筑结构风振和抗震控制的消能装置。     

波形钢板阻尼器的理论分析及数值模拟

设计了一种新型波形钢板阻尼器,在简述其构造特点及耗能机理的基础上,用有限元分析软件ABAQUS对阻尼器进行了数值模拟,研究阻尼器的耗能、变形能力、延性性能,以及阻尼器的波形腹板和波形翼缘板的厚度、横截面几何尺寸对阻尼器的承载力、变形能力、延性性能、耗能能力的影响,对比分析阻尼器的滞回曲线、骨架曲线、延性系数以及等效黏滞阻尼比等参数。分析结果表明:波形钢板阻尼器的初始刚度高、屈服位移小,且具有良好的滞回耗能能力和变形能力;随着阻尼器波形腹板和波形翼缘板的厚度的增加,其承载力、变形能力以及延性性能提高显著;波形腹板横截面尺寸的增加也可适当提高其承载力、变形能力和延性性能。     

基于阻尼器导向装置的锅炉钢结构抗震性能研究

考虑阻尼器导向装置对锅炉钢结构抗震性能的影响,在SAP2000软件中采用时程分析法分别对未布置阻尼器、布置位移型阻尼器和布置黏滞型阻尼器的1000 MW锅炉钢结构进行有限元分析,对比锅炉钢结构在地震作用下的底部剪力、顶点位移等结构响应和阻尼器耗能能力,并给出了相应的结构附加阻尼比.结果 表明:在6度(0.05g)多遇地震作用下,布置黏滞型阻尼器的锅炉钢结构较布置位移型阻尼器的锅炉钢结构的底部剪力和顶点位移优化效果更佳;位移型阻尼器的耗能效果不佳,为结构附加的阻尼比较小,最大仅为0.0045,而黏滞型阻尼器充分耗能,为结构附加的阻尼比较大,均在0.071～0.091的范围内,且黏滞型阻尼器为结构附加的阻尼比与地震烈度关系不大;从底部剪力和顶点位移等结构响应、阻尼器耗能能力以及阻尼器为结构附加阻尼比等方面来看,布置黏滞型阻尼器的锅炉钢结构取得的减震优化效果较好,结构抗震性能最优.     

钢管铅阻尼器耗能机理研究

影响钢管铅阻尼器性能的主要构造参数有厚径比、削弱比和高径比。设计13个不同构造参数的钢管铅阻尼器,采用ABAQUS有限元软件对其进行模拟分析,研究厚径比、削弱比和高径比对钢管铅阻尼器传力机制、塑性分布状态和耗能机理的影响。分析结果表明：①钢管铅阻尼器的钢管和铅芯协同工作,共同耗能,传力机制和耗能机理明确|②钢管铅阻尼器受力过程分为弹性,弹塑性和塑性三个阶段,但弹性阶段和弹塑性阶段很短,屈服位移很小,在1mm内即能进入屈服耗能|③厚径比、削弱比和高径比对钢管铅阻尼器传力机制和协同工作性能影响不大|④厚径比、削弱比和高径比对钢管铅阻尼器塑性变形分布影响很大|合理取值可以保证钢管铅阻尼器屈服耗能集中在阻尼器中部,且具有较合理的塑性分布模式|建议厚径比在满足加工前提下尽可能取小值,削弱比取0.3~0.4,高径比取2.3~2.6|⑤钢管铅阻尼器耗能时,铅芯先屈服耗能而钢管为弹性,耗能全部由铅芯承担|接着钢管屈服与铅芯共同耗能|钢管进入塑性后钢管和铅芯耗能比很快就趋于稳定,钢管耗能占总耗能80%以上,铅芯耗能占总耗能10%~20%之间。     

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。