大行程墙式铅剪切阻尼器试验研究和工程计算

目前,我国对建筑结构耗能设备的行程提出了更高的需求,大行程的减震耗能设备亟需研发。提出了一种适用于建筑结构的墙式铅剪切阻尼器并进行了试验,在此基础上,通过对实际结构进行有限元分析得到墙式大行程铅剪切阻尼器的实际减震效果。结果表明该种阻尼器具有较好的消能减震能力,能够在多遇及罕遇地震中多遇地震作用下提升建筑结构的耗能能力。

复合铅芯阻尼器减震性能研究及在剪力墙结构中的应用

剖析复合铅芯阻尼器的构成、作用机理与特点,对两个复合铅芯阻尼器进行了低周循环往复加载试验,试验结果表明,复合铅芯阻尼器屈服位移小,滞回曲线饱满,具有较大的耗能能力和较好的耐疲劳性能,采用双线性模型模拟阻尼器的力学性能偏保守,但对整体结构分析而言偏安全。最后将复合铅芯阻尼器首次应用在高烈度区山地高层剪力墙结构中,对附加复合铅芯阻尼器的高层剪力墙结构的耗能表现与减震性能进行了考察,分析结果显示,在多遇地震下,复合铅芯阻尼器使结构X向和Y向的层间剪力平均值分别降低了11.3%和15.6%,在罕遇地震下,复合铅芯阻尼器耗能占比达12%,阻尼器滞回曲线饱满,能够有效耗散地震输入能量和降低主体结构损伤,满足规范“大震不倒”的性能要求。

两类铅阻尼器的滞回性能研究

在研制一套具有竖向耗能能力的抗倾覆装置过程中,针对该装置对阻尼器的要求,设计了两种铅阻尼器,铅剪切阻尼器和钢铅组合耗能器。根据实验得出的两种铅阻尼器的滞回曲线的基础上,简化滞回规则,并通过算例分析,给出控制效果分析。分析表明,两种阻尼器对结构的竖向震动起到了一定的控制效果,适合工程应用。

两类铅阻尼器试验研究

在研制一套具有竖向耗能能力的抗倾覆装置过程中,针对该装置对阻尼器的要求,设计了两种铅阻尼器,铅剪切阻尼器和钢铅组合耗能器。为了了解两种阻尼器的力学性能,对这两种铅阻尼器分别进行了静力加载、静力反复荷载、动力性能实验以及MTS实验。实验分析结果表明,这两类阻尼器工艺简单,滞回环较为丰满,均能达到位移小阻尼力大、耗能稳定的目的,符合装置要求,适合于在工程中广泛应用。

铅剪切阻尼器的阻尼力模型与设计

基于理想弹塑性本构关系,推导了铅剪切阻尼器的两个阻尼力模型。根据能量原理,考虑剪切变形均匀性假设,横截面各点剪应力同时屈服,得到了均匀变形阻尼力模型(均匀模型)。依据剪应力分布规律和变形连续性条件,引进一个剪应变分布函数,用来描述剪切屈服后剪应变随屈服区扩展的变化规律,通过横截面剪力平衡方程,确定了非均匀变形阻尼力模型(非均匀模型)。两个理论模型的滞回曲线与Robinson SeismicLtd公司的实验曲线进行比较。结果表明,小位移时非均匀模型能精确模拟实验曲线,而均匀模型的计算结果明显大于实验数据;大位移时二者均与实验曲线吻合较好。证明了非均匀模型的极限阻尼力是均匀模型的最大阻尼力(屈服剪力)。以极限阻尼力和屈服位移为参数,给出了阻尼器的设计方法。

改进型大行程板式铅剪切阻尼器力学模型及减震控制研究

传统铅剪切阻尼器的大变形能力不足,且通常易出现耗能效率偏低及稳定性较差等问题。在普通大行程板式铅剪切阻尼器(LSD-LS)的基础上,提出改进型大行程板式铅剪切阻尼器(ILSD-LS)的构造和设计方法。利用铅的理想刚塑性本构关系,建立了改进型大行程板式铅剪切阻尼器力学模型。通过模拟仿真和性能试验结果进一步验证ILSDLS比LSD-LS具有更优越的出力、耗能能力和稳定性,且提出的阻尼力计算方法合理准确。考虑普通地震动和长周期地震动特性,对安有ILSD-LS的高层结构进行弹塑性时程分析。结果表明采用ILSD-LS的高层建筑结构减震率较高,且长周期地震动作用下的ILSD-LS减震效果更佳。

千米级斜拉桥的减震控制

结合工程结构被动控制领域的研究成果及进展(以大行程板式铅剪切阻尼器为例),对罕遇地震作用下千米级斜拉桥的减震控制进行了分析研究。通过对比分析大行程板式铅剪切阻尼器、粘滞阻尼器和弹性连接三者的数值计算结果发现,只要设计时阻尼器的相关参数选择恰当,大行程板式铅剪切阻尼器的减震效果要优于弹性连接,且与粘滞阻尼器相当。同时,分析了在正常运营阶段温度作用下减震装置对结构的影响。计算结果表明,大行程板式铅剪切阻尼器对结构的附加内力并不会比弹性连接引起的附加内力大,在运营阶段对结构的影响较小。大行程板式铅剪切阻尼器不仅满足了结构减震控制中对行程的要求,而且使用寿命长,构造简单,成本低,在千米级斜拉桥的减震控制中具有良好的应用前景。

板式剪切型铅阻尼器的试验研究及有限元分析

提出一种新型的剪切型铅阻尼器,该装置中铅块直接嵌于滑动钢板与固定钢板的凹槽之间,构造简单。基于性能试验和有限元分析对该装置的滞回性能及关键参数进行了研究,研究结果表明:该阻尼器的滞回性能可以采用双线性模型加以模拟;阻尼器屈服阻尼力由铅块的剪切面积决定;加载曲线中弹性阶段与完全塑性阶段之间的过渡弧段的曲率半径与剪切铅块的长厚比成反比。

新型转动式铅剪切阻尼器的试验研究与有限元分析

提出了一种具有大变形能力的新型转动式铅剪切阻尼器,阐述了其基本构造和耗能原理。通过低周往复荷载试验,研究了不同位移行程工况下该阻尼器的滞回耗能性能;利用有限元软件ABAQUS建立了该阻尼器的实体模型,模拟了低周往复荷载作用下该阻尼器的滞回特性,分析了铅块长度、高度和厚度等参数对其耗能性能的影响。性能试验及有限元分析结果表明:新型转动式铅剪切阻尼器滞回曲线基本呈矩形,且阻尼力稳定;阻尼器的阻尼力随剪切铅块长度和宽度的增加而增大;铅块厚度对阻尼器屈服力的影响较小,但在铅块长厚比不大于5的范围内,厚度越大,阻尼器进入屈服阶段时的位移越小。

一种剪切型铅阻尼器及其在某火电厂房中的应用

首先介绍了一种新型剪切型铅阻尼器,该剪切型铅阻尼器构造简单、制作成本低,性能试验表明,该阻尼器能够提供与常规剪切型铅阻尼器相近的滞回曲线。然后介绍了该剪切型铅阻尼器在某火电厂房减震控制中的应用,在小震作用下,阻尼器能够为结构提供2%附加阻尼比,非线性时程分析对此进行了验证,在大震作用下,通过Pushover分析表明,安装阻尼器后的结构具有很好的抗震性能,在震后可继续使用。

用于高压电气设备的剪切型铅减震器性能影响研究

作为重要的电气设备抗震技术产品,剪切型铅减震器能够有效降低电气设备的地震响应。但随着电气设备电压等级的提高,设备结构规格不断增大,其地震作用力显著增大,对电气设备安装的减震器性能提出了更高要求。通过剪切型铅减震器的低周反复加载试验研究,分析其受力模型,对比减震器在不同加载频率下的力学和阻尼耗能性能,并根据试验结果提出优化工艺,进一步提高减震器性能。

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。

方钢管铅芯阻尼器性能研究

针对方钢管更具适应性、节点构造简单、施工方便等特点,本文提出方钢管铅芯阻尼器.采用有限元方法对方钢管铅芯阻尼器的力学性能进行分析,并与圆钢管铅芯阻尼器进行对比研究.结果表明,与圆钢管铅芯阻尼器相比,方钢管铅芯阻尼器的延性和屈服剪力略低、屈服后刚度略高、初始刚度与耗能性能相近.因此,方钢管铅芯阻尼器能够满足耗能减震的作用.

框架节点耗能的新方式及其数值分析

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,提出了一种杆式铅剪切阻尼器,这种阻尼器用于框架节点梁端塑性铰的耗能减震。采用有限元分析了阻尼器在不同初始屈服力、梁不同极限弯矩下的耗能性能。通过对梁滞回曲线的分析表明,所提出的耗能减震器工作性能稳定、耗能效率高、减震效果好、构造简单。

某高层框架剪力墙结构减震性能分析

为了研究剪切型铅阻尼器在高层建筑结构中的耗能减震效果,以高烈度地区某设置剪切型铅阻尼器的框架-剪力墙结构为工程背景,首先通过Sap2000分析了结构的动力特性,在此基础上对结构进行了消能减震设计。其次采用非线性分析软件ABAQUS对结构进行了罕遇地震作用下的有限元分析,对比了不同地震波作用下的结构弹塑性分析结果。分析结果表明:设置剪切型铅阻尼器的高层建筑结构的抗震性能较好,为剪切型铅阻尼器在高层框架-剪力墙结构中的应用提供了成功的工程案例,其设计思路可以为高层结构的减震提供有益的借鉴和参考。

某耗能减震框肢剪力墙转换结构分析

采用复合型铅粘弹性阻尼器对带转换层框肢剪力墙结构的某酒店进行了耗能减震设计,对耗能减震结构和钢支撑结构进行了对比分析,包括反应谱和局部非线性多遇地震作用和罕遇地震作用下的时程分析。结果表明,底部框架结构布置复合型铅粘弹性阻尼器后,在多遇和罕遇地震情况下层间位移能满足《建筑抗震设计规范》要求,并且采用耗能减震结构能优化整体结构,不会对转换层上部结构产生不利的影响,能更好地改善结构的抗震性能。

墙式铅剪切型阻尼器在某教学楼加固中的应用

某中学教学楼因修建于20世纪50年代末,其抗震性能不满足现行抗震设计要求,采用在原有结构中设置墙式铅剪切型阻尼器的加固方法提高其抗震性能。运用SAP2000建立结构有限元模型并进行多遇地震下的弹性时程分析,确定了消能减震加固方案,然后对该减震结构在多遇地震及罕遇地震下的减震效果进行了验证,也介绍了阻尼器与主体结构的连接方式。分析结果表明,减震结构的层间位移角满足《建筑抗震设计规范》限值要求,并且基地剪力显著降低,验证了墙式铅剪切型阻尼器布置的有效性和结构抗震安全性。

消能减震技术在北京工业大学图书馆加固中的应用

北京工业大学图书馆因周边扩建拆除了原有结构的部分柱子和墙体,保留结构的层间刚度不满足现行抗震设计要求,采用在结构中增设板式铅剪切型阻尼器的加固方法来提高其抗震性能。首先利用SAP2000建立结构有限元模型并对其进行多遇地震下的弹性时程分析,在此基础上确定了消能减震方案;进一步对该结构在多遇及罕遇地震作用下的减震效果进行分析验证。结果表明,经消能减震加固后的结构,其层间位移角、基底剪力等指标明显降低,层间刚度满足现行规范要求;阻尼器耗能充分,减震效果明显,结构的抗震性能显著提高,为既有框架结构消能减震加固提供了设计参考和实际案例。

安装剪切型铅减震器的特高压标准化避雷器地震模拟振动台试验

为提高特高压瓷质避雷器地震安全性,首先基于结构抗震优化方法,提出了特高压避雷器标准化瓷套结构设计方案,抗震安全系数由原结构在0.2g（g=9.81 m/s^2）水平地震动加速度试验得到的1.68提高至新结构在0.3g水平地震动加速度试验得到的1.73。然后基于剪切型铅减震装置性能参数,对特高压标准化瓷套避雷器进行了减震仿真分析。最后依据仿真分析结果确定的减震器型号,进行了安装减震器的特高压标准化瓷套避雷器地震模拟振动台试验,白噪声试验中减震结构相较于非减震结构基频降低了2.76%～4.15%,在水平地震动加速度0.4g和0.5g试验中地震安全系数分别为2.15和1.86。试验结果表明：特高压避雷器抗震性能提升可综合考虑结构优化与减震设计方法,且剪切型铅减震器的安装在正常使用情况下基本不对电气设备整体刚度产生影响。研究结果可为变电站电气设备抗震设计和试验提供参考。

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。