位移放大型黏弹性减震系统力学模型与地震响应分析

针对消能减震结构在层间位移较小时耗能效率欠佳的问题,提出了一种可将结构层间位移放大的黏弹性阻 尼器,并建立了位移放大型阻尼系统的力学模型,完成了位移放大 2.5 倍的黏弹性阻尼器和普通黏弹阻尼器的力学 性能对比试验,最后通过算例分析探讨了不同减震结构的地震响应。所提出的力学模型与试验结果吻合。位移放 大型阻尼器的出力和耗能相比普通阻尼器被有效地放大。多遇地震下,附加位移放大型黏弹性阻尼器减震结构的 附加阻尼比显著提升,阻尼耗能是普通减震结构的 1.98 倍。     

黏滞阻尼器耗能增效减震系统理论及试验研究

鉴于传统消能减震系统在层间位移较小时耗能效率有限,介绍了一种带位移放大装置的黏滞阻尼器增效减震系统,可通过放大阻尼器的相对变形提升系统耗能能力。基于该系统变形受力特性构建了其耗能增效及高阶效应力学模型,发现在阻尼器拉伸和压缩变形过程中存在不对称现象,进一步讨论了模型参数对力学性能的影响规律。设计制作了试验模型,并完成了在正弦荷载的作用下的往复加载试验。通过对比试验结果与理论曲线验证了理论力学模型的正确性,并通过试验探讨了频率相关性与疲劳性能。最后针对某框架?剪力墙减震结构进行地震响应分析,结果表明较少数量的带位移放装置的黏滞阻尼器增效减震系统可实现数倍普通阻尼器的增效减震效果。     

新型高阻尼黏弹性阻尼器性能试验研究

设计制作3个高阻尼黏弹性阻尼器,对其进行变形相关性和频率相关性的性能试验、疲劳性能试验及老化性能试验,以最大剪应力、存储剪切模量和等效黏滞阻尼比为指标研究阻尼器的性能规律,采用通用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:该阻尼器滞回曲线饱满、力学性能稳定,具有较强的耗能性能和大变形能力,抗疲劳性能和抗老化性能良好。变形对该新型高阻尼黏弹性阻尼器力学性能指标的影响明显,加载频率对其影响较小。Bouc-Wen模型的模拟结果与试验结果吻合良好。     

新型旋转放大式黏弹性阻尼器性能试验研究

该文提出了一种新型旋转放大式黏弹性阻尼器,该阻尼器利用杠杆原理将梁柱节点处相对较小的转角变形成倍放大。通过放大转角变形,充分发挥阻尼器的耗能能力,可实现更理想的减震控制效果。介绍了阻尼器的基本构造及工作原理,并加工制作了实物模型;进而对其进行频率相关性、变形相关性以及疲劳性能加载试验,探究其最大阻尼力、等效剪切刚度、每循环耗能和等效粘滞阻尼比等力学性能指标的变化规律;并与传统无放大功能转角阻尼器的力学性能进行了对比,验证了所提阻尼器的耗能放大能力。试验结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满,滞回性能稳定,抗疲劳性能良好;与传统转角无放大功能阻尼器相比,其耗能能力最大可提高4.42倍。     

滚轴式金属屈服耗能阻尼器数值模拟研究

桥梁用阻尼器通常吨位和变形需求巨大, 普通金属屈服耗能阻尼器难以满足其性能要求. 为此该文提出一种新型的滚轴式金属屈服耗能阻尼器, 并对其进行数值模拟研究. 该阻尼器由一块平直耗能钢板及一组可转动辊轴组成, 耗能钢板在辊轴之间穿过, 受辊轴挤压产生塑性变形, 从而耗散地震能量. 该文采用在大型通用有限元软件ABAQUS建立了滚轴阻尼器的模型, 通过该模型研究了辊轴个数以及辊轴间隙对阻尼器耗能性能的影响. 分析结果表明:该阻尼器耗能性能受辊轴间隙和辊轴个数控制, 通过合理的设计可以保证滚轴式金属屈服耗能阻尼器具备优良的变形能力和耗能能力. 该文还提出了该阻尼器的恢复力计算公式, 结合有限元仿真结果对计算公式进行了修正.     

高阻尼黏弹性阻尼器性能与力学模型研究

对2个高阻尼黏弹性阻尼器进行不同应变幅值、加载频率下的力学性能试验和疲劳性能试验,研究试件在不同工况下的最大剪应力、存储剪切模量、损耗剪切模量和等效黏滞阻尼比等力学性能及其变化规律,提出五单元模型模拟黏弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明：黏弹性阻尼器滞回曲线饱满、稳定,具有较高的等效黏滞阻尼比,表现出良好的变形性能和耗能能力;黏弹性阻尼器力学性能与应变幅值的相关性明显,与加载频率相关性较小,抗疲劳性能较好;五单元模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好。     

分级屈服型金属阻尼器抗震性能研究

提出一种由两个不同尺寸的环形金属阻尼器套在一起形成的分级屈服型金属阻尼器。采用低周往复加载试验对其抗震性能进行了全面研究,揭示该阻尼器的分阶段屈服耗能机理与破坏机制,研究其滞回耗能性能、强度和刚度退化性能以及抗疲劳性能。试验结果表明,该阻尼器不仅有效实现分级屈服耗能,而且变形能力强、滞回环饱满稳定、抗疲劳性能优良。通过参数化有限元分析回归得到环形金属阻尼器的初始刚度修正系数,并提出计算分级屈服型阻尼器三折线骨架曲线性能点的计算公式,通过该计算公式获得的骨架曲线与试验结果吻合较好。同时,也可由阻尼器的性能需求确定其几何尺寸。该文的研究成果初步为该新型分级屈服型金属阻尼器在工程中的应用奠定了基础。     

一种新型自复位SMA-剪切型铅阻尼器的试验及其数值分析

利用形状记忆合金（shape memory alloys,SMA）的超弹性以及金属铅的屈服耗能特性,开发出一种新型复合耗能自复位阻尼器,由形状记忆合金丝、剪切型铅块以及复位弹簧组成,其特点是结构简单、制作方便,同时具有高耗能及自复位功能。制作了阻尼器模型,并进行了力学试验,研究了在循环荷载作用下不同加载速率、不同位移幅值对其力学性能的影响。建立阻尼器的力学模型对其进行了数值模拟,结果表明:新型阻尼器在循环荷载作用下滞回性能稳定,利用形状记忆合金与铅同时工作耗能,阻尼器具有良好的耗能能力;复位弹簧的设置能使阻尼器具有良好的自复位能力;数值模拟结果与试验结果吻合较好,验证了力学模型的正确性。     

剪切型金属阻尼器恢复力模型研究

剪切型金属阻尼器在新建工程及结构抗震加固工程中已得到了较广泛的应用,其恢复力模型是进行整体结构非线性地震反应分析的基础。为了更准确地描述剪切型金属阻尼器的剪力-变形滞回关系,提出了一种考虑性能退化的新型恢复力模型。通过独立参数控制恢复力模型,以考虑剪切型金属阻尼器在大变形下的强度退化、刚度退化、耗能能力退化等特征。根据所提模型,采用C++语言开发了能够用于剪切型金属阻尼器抗震分析的计算程序,并将其嵌入到结构通用分析软件OpenSees中。使用该模型对现有钢连梁和钢板剪力墙两类剪切型金属阻尼器进行了模拟。结果表明:该文建立的恢复力模型能较准确地模拟试验结果,能够反映剪切型金属阻尼器包括大变形阶段在内的整个变形阶段的滞回性能。该模型可用于安装了剪切型金属阻尼器的整体结构非线性地震反应分析。     

新型软钢阻尼器的减震性能研究

提出了设计软钢阻尼器的新思路：利用钢板平面内受力提高初始刚度，并通过改变钢板平面几何形状增加变形耗能能力。通过对具有不同几何形状的软钢阻尼器模型进行拟静力往复加载试验研究，验证了此种软钢阻尼器具有良好的塑性耗能性能。数值计算表明，在地震动作用下装有新型软钢阻尼器框架体系具有良好的减震效果。     

附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构双梁-柱节点动力试验研究

将减震技术应用到传统风格建筑钢结构中,在梁-柱节点位置以粘滞阻尼器替代“雀替”。设计了三个传统风格建筑钢结构双梁-柱节点,包括两个附设粘滞阻尼器的节点试件和一个无阻尼器的对比节点试件,模型比例均为1∶2.6。通过周期性动力加载试验研究了滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力以及刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构节点试件的滞回曲线更加饱满,耗能能力优于无阻尼器的对比节点试件,峰值荷载相比提高了34%~46%;各节点试件的位移延性系数介于1.79~1.96,表明附设粘滞阻尼器对节点试件位移延性系数的影响较小;有控节点的等效粘滞阻尼系数是无控节点的1.1~1.5倍,说明设置于梁-柱节点处的粘滞阻尼器发挥了良好的抗震性能。     

速度相关型耗能减振体系参数影响的复模量分析

利用复模量阻尼理论研究粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器与斜撑串联的复合阻尼元件对结构减振效果的参数影响及耗能减振体系反应分析的简化计算方法。首先,采用复模量方法对两类阻尼器与斜撑串联的复合元件阻尼特性进行了分析;然后确定了影响阻尼器减振效果的复模量参数,得到了耗能减振系统中阻尼器实际发挥作用的参数影响量化关系式;第三,建立了阻尼器与斜撑串联的复合元件等效模型,提出了速度相关型耗能减振体系反应分析的简化方法;最后,通过对单自由度耗能减振体系的地震反应进行数值计算,验证了简化分析方法具有良好的计算精度。     

基于建筑需求的新型黏滞阻尼器开敞式布置机构研究

黏滞阻尼器耗能减震结构的减震效果与阻尼器在结构中的安装方式密切相关,已有黏滞阻尼器布置机构主要考虑结构减震需求和安装连接简单方便,而未考虑建筑需求。针对现有黏滞阻尼器布置机构占用结构框格内空间、阻碍视野的不足,提出了一种新型黏滞阻尼器开敞式布置机构。介绍了开敞式布置机构的构造与工作原理,并对机构的力学性能进行理论分析,推导了位移放大系数和等效阻尼比计算公式。设计并制作了一个设置黏滞阻尼器开敞式布置机构的钢框架试件,给试件施加正弦位移激励,分析了开敞式布置机构在动力作用下的受力性能,以及在不同位移幅值、频率工况下,框架侧移与阻尼器两端相对位移之间的关系,验证了该文提出的位移放大系数计算公式的准确性。采用SAP2000对比分析了一个无控钢框架结构,以及设置阻尼器对角布置机构和开敞式布置机构后的减震性能,验证了该新型布置机构在实际工程中应用的可行性。     

粘弹性阻尼器对网架结构振动疲劳寿命的影响

为研究粘弹性阻尼器对平面网架结构疲劳性能的影响,先对粘弹性阻尼器等效刚度进行推导,然后,基于随机振动载荷,根据载荷功率谱密度函数（PSD）和结构的频率响应以及结构的模态,对平面网架结构添加粘弹性阻尼器和不添加粘弹性阻尼器,以及添加不同阻尼系数的粘弹性阻尼器时的疲劳寿命进行计算和比较。结果表明,阻尼器可以有效的减少随机振动荷载对网架结构的疲劳破坏。且随着阻尼系数的增大,网架结构的最小疲劳寿命呈现先增大,后减小的趋势。因此通过合理选择粘弹性阻尼器的阻尼系数大小可以优化结构的抗疲劳性能。     

平面张弦结构粘弹性阻尼器振动控制研究

该文针对采用粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆的振动控制方法,开展理论分析和数值仿真研究,揭示其振动控制机理,阐明振动控制效果。推导了上弦节点静力位移公式并推广至动力分析,结合撑杆动力学方程,揭示了粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆振动控制耗能机理以及阻尼器刚度系数K与阻尼系数C对结构耗能效果的影响规律,依据耗能最大原则提出了实现最佳减振效果的阻尼器参数取值依据和方法。基于该文提出的刚度系数与阻尼系数取值方法,针对跨度60 m、100 m的张弦梁结构开展了粘弹性阻尼器替换张弦梁结构跨中撑杆参数化数值仿真。由参数化仿真可知,结构峰值加速度、峰值位移和峰值索内应力最大减振效果分别可达42.58%、30.54%和39.05%。减振结构可以满足结构安全以及正常使用需求。证明了粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆是有效的振动控制方法,验证了该文提出的振动控制机理的有效性和阻尼器参数取值方法的适用性。