基于转动摩擦铰阻尼器的干式装配梁-柱节点抗震性能试验

基于转动摩擦铰阻尼器(RFHD),提出了转动摩擦耗能干式装配梁-柱节点(DRFDBJ)。为了验证DRFDBJ结构对于实现预期力学性能的可行性和合理性,以施加在摩擦片表面的螺栓预紧力(P_(c))为变量,开展了2个工况下的DRFDBJ试件低周往复拟静力试验研究。结果表明:DRFDBJ结构的力学性能主要由RFHD提供并控制,试验中节点呈现了稳定的承载力和理想的变形、耗能能力,并实现了预期的损伤集中;2个不同P_(c)水准下节点承载力的试验值与理论值误差不超过5%,通过调整P_(c)可实现节点承载力的调控,为DRFDBJ结构承载力的可调控提供了支撑。

弹簧-坡面变摩擦阻尼器参数研究

本文是针对变摩擦阻尼器无系统研究方法及具体规范的支撑。通过理论推导得出单自由度体系在谐振激励下结构位移、耗能比计算公式并确定摩擦系数、坡面长度、坡度和碟簧刚度等为影响弹簧-坡面变摩擦阻尼器力学性能的重要参数,采用自编程序对弹簧-坡面变摩擦阻尼器进行参数分析,研究结果发现:(1)弹簧-坡面变摩擦阻尼器摩擦系数宜取0.5以上;(2)宜适当增加坡面长度且平面段长度宜小于结构屈服位移;(3)当弹簧-坡面变摩擦阻尼器耗能不足时,宜优先考虑增大坡度;(4)当增大坡度仍无法满足弹簧-坡面变摩擦阻尼器耗能需求时,可考虑增大碟簧刚度。研究结果为实际工程应用中弹簧-坡面变摩擦阻尼器参数确定提供参考。

粘弹性-摩擦阻尼器在底部框架砌体结构抗震加固中的控制应用

本文根据新型粘弹性 摩擦阻尼器的耗能特点和底部框架砌体结构动力特性 ,提出通过对底部框架砌体结构设置粘弹性 摩擦阻尼器 ,达到对底部框架砌体结构抗震加固的目的。文中推导了粘弹性 摩擦阻尼器和人字型支撑的组合层间单元刚度矩阵和控制力向量 ,建立了设置粘弹性 摩擦阻尼器框架结构地震反应时程分析的控制方法。

新型金属-摩擦阻尼器试验研究及数值分析

传统的屈曲约束支撑通常被设计为在大震作用中消耗能量,小震作用下为该结构提供了抗侧刚度。为了克服这一缺点,结合屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器的工作原理,提出了一种基于屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器串联的新型阻尼器,对该阻尼器进行了低周反复荷载试验,分析了其滞回性能、刚度退化等。试验结果表明:新型金属-摩擦阻尼器滞回曲线饱满,通过设置不同的螺栓预紧力可以使阻尼器达到分阶段能耗的目标。利用ABAQUS数值仿真软件对新型金属-摩擦阻尼器进行了数值分析准确性验证。并通过改变模拟试件屈服比例值,了解屈服比例变化对新型金属-摩擦阻尼器抗震性能的影响。结果表明:数值模拟滞回曲线与试验曲线基本一致;屈服比例的增加对阻尼器刚度退化、滑动承载力有明显影响。

钢筋混凝土框-剪结构采用粘弹性阻尼器的减震设计

介绍了 9度区钢筋混凝土框剪结构采用粘弹性消能支撑的设计方案 ,阐述了粘弹性阻尼器及消能支撑的减震设计步骤 ,给出了弹塑性地震反应计算方法和主要计算结果 .计算表明 ,结构设置粘弹性阻尼器后 ,可按 8度抗震设防要求设计 ,结构阻尼比增加 5 %左右 ,层间位移和加速度较原结构减小明显 ,在多遇、罕遇水平地震作用下 。

新型金属-摩擦阻尼器混凝土框架抗震性能分析

针对传统屈曲约束支撑在多遇地震下不能屈服耗能的问题,结合屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器的工作原理,提出了一种串联式受力体系的新型金属-摩擦阻尼器及其耗能减震结构,以实现结构在多遇地震下屈服耗能目的。以新型金属-摩擦阻尼器框架为研究对象,借助SAP2000软件,进行多遇和罕遇地震作用下的性能分析,并将其与无控框架和传统屈曲约束支撑框架的抗震性能进行对比分析。结果表明,对比于传统屈曲约束支撑结构,新型金属-摩擦阻尼器框架结构在多遇地震下,呈现出更小的楼层位移、层间位移角、顶层加速度和顶层位移。

形状记忆合金-摩擦串联复合阻尼器对偏心结构振动控制的研究

采用自行研制的SMA-摩擦串联复合阻尼器控制偏心结构的平扭耦联振动。SMA-摩擦串联复合阻尼器能根据结构的地震响应自动调节耗能单元工作状态,且构造简单、经济实用。建立了SMA-摩擦串联复合阻尼器控制下偏心结构在双向水平地震作用下的运动方程,并编写程序计算结构的时程响应。以一六层剪切型偏心钢框架为例,计算结果表明:合理布置的阻尼器能有效抑制结构质心位移和质心层间位移,且对扭转振动的控制效果更佳;阻尼器对结构质心平移加速度的影响不大,但显著改变了扭转加速度。

转动摩擦铰阻尼器力学性能试验研究

在装配式框架梁-柱节点中设置消能减震装置,是装配式结构发展的重要方向。转动摩擦铰阻尼器(RFHD)是转动摩擦耗能干式装配梁-柱节点(DRFDBJ)的关键单元,为梁-柱节点提供可调控的承载力和耗能能力。为了验证RFHD的力学性能,优选适用于RFHD的摩擦片材料,综合考虑了H62黄铜和纤维增强树脂基材料2种摩擦片材料、3个螺栓预紧力水准和3种加载制度,开展了18个工况下的RFHD力学性能试验,考察了RFHD的出力、摩擦系数和疲劳受力性能,重点分析了两种材料的摩擦系数稳定性。结果表明:采用两种摩擦片时,RFHD均具有相对稳定的出力、良好的耗能和变形能力,且疲劳性能满足相关规范要求;RFHD可作为DRFDBJ的关键单元提供节点的承载力和耗能能力;相比于H62黄铜摩擦片,纤维增强树脂基摩擦片在不同加载速率和不同压应力水准下的摩擦系数更稳定,有利于实现RFHD出力的稳定可调,进而实现DRFDBJ力学性能的可调控。该研究可为DRFDBJ节点的进一步研究奠定基础,并为摩擦阻尼器的相关研究提供参考。

用粘弹性阻尼器抑制铁路钢桥车—桥共振

研究用粘弹性阻尼器抑制铁路钢桥在列车通过时车—桥共振的方法，编制了用应变能法计算加入粘弹性阻尼器后附加模态阻尼比及列车与桥梁动力相互作用的计算机程序，利用仿真计算可模拟加入粘弹性阻尼器前后列车通过时钢梁的振动情况．

SMA弹簧-摩擦阻尼器的滞回性能试验研究

将大尺寸SMA弹簧与摩擦耗能装置进行组合,形成一种新型SMA弹簧-摩擦阻尼器(SMA spring-friction damper,SFD)。该阻尼器通过滑动摩擦和SMA超弹性协同耗能,满足工程结构对减震装置大位移和大输出力的要求。分别采用簧杆直径为12,16mm的SMA螺旋弹簧,设计2种SFD试件,对其进行往复荷载作用下的滞回性能试验研究。研究SFD在不同加载速率、位移幅值及摩擦板法向力影响下的滞回性能变化规律。研究结果表明,SFD具有良好的耗能能力。

基于整体-局部统一滑动模型的叶片缘板阻尼器减振特性分析

文章通过在干摩擦接触面间引入弹性塑料剪切层来模拟摩擦接触,建立了整体-局部统一滑动摩擦模型。根据一次谐波平衡和等效线性化法计算等效刚度和等效阻尼2个干摩擦因子,用弹簧阻尼单元(包含2个干摩擦因子)模拟干摩擦力,建立了更为贴近工程实际的B-B型缘板阻尼叶片有限元模型。最后用谐响应分析及迭代的方法对系统进了求解,得到了缘板阻尼器设计中关键参数对叶片减振效果的影响规律。文中结论为工程中缘板干摩擦阻尼器设计提供了重要参考。

采用摩擦阻尼器的MSCS在地震作用下的控制性能研究

位移响应和加速度响应是结构振动控制的2个重要指标,为了更进一步控制巨-子型结构的振动响应,文章选用摩擦阻尼器,均匀布置于主子结构中,确定了采用摩擦阻尼器的巨-子型结构控制方案。建立了有限元模型,通过有限元分析软件SAP2000,对巨-子型有控结构进行了多遇地震作用下的弹性动力时程分析,研究了摩擦阻尼器控制方案的控制效果和控制特点,以及各层阻尼器的滞回特性。对比普通框架表明,结构控制方案合理可行,能有效控制结构振动响应。

双阶受力干式装配梁-柱节点抗震性能试验研究

研究提出了一种双阶受力干式装配梁-柱节点(DADBJ)。该节点的关键组件是摩擦铰(RFH)和预设缝防屈曲钢板(SBRSP),具备2个受力工作阶段和损伤集中易修复的特性。为了验证DADBJ构造的合理性,揭示其双阶段受力工作机理,设计加工了DADBJ试件,以SBRSP的预设缝隙宽度作为试验变量,进行了2个工况的低周往复拟静力试验。结果表明:提出的DADBJ构造实现了预期的双阶段受力特性,第一阶段由RFH提供节点的力学性能,第二阶段由RFH和SBRSP共同提供节点的力学性能;DADBJ的损伤集中于芯板,通过更换SBRSP芯板对节点快速修复,节点的性能可恢复到初始状态;SBRSP的预设缝隙宽度可直接决定DADBJ第二阶段的启动位移;提出的DADBJ双阶屈服荷载理论公式和二阶启动位移理论公式精确度好。该研究可为装配式框架结构和多阶受力型结构的设计和研究提供参考。

新型自复位连梁阻尼器设计及其力学性能数值模拟研究

为改善高层建筑联肢剪力墙抗震性能,消除传统连梁阻尼器残余位移较大或等效阻尼比较小等问题,设计了一种兼具耗能和自复位功能的形状记忆合金粘弹性连梁阻尼器(Shape Memory Alloy Viscoelastic Coupling Beam Damper,SVCBD),给出了新型连梁阻尼器的构造形式和工作原理。利用拉普拉斯变换得到的粘弹性材料粘性系数以及超弹性形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)本构模型,基于ABAQUS仿真平台建立了SVCBD精细有限元模型;对SVCBD滞回特性进行了模拟分析,并与普通粘弹性阻尼器进行了对比。考虑了SMA丝束初始预应力度、横截面总面积和粘弹性材料层剪切面积等参数对SVCBD滞回特性的影响。分析结果表明:与普通粘弹性连梁阻尼器(Viscoelastic Coupling Beam Damper,VCBD)相比,SVCBD滞回曲线更加饱满,耗能能力更强,残余位移减小,初始刚度也大大提高,具有很好的耗能和复位效果;SMA丝束初始预应力大小、横截面面积(即配置数量)和粘弹性材料层剪切面积均对SVCBD的耗能和复位能力具有明显的影响。

含分数阶阻尼器结构地震响应的直接数值求解

分数阶导数模型可以全面地反映粘弹性阻尼器的力学性能和变化机制,但其中的Riemann-Liouville积分复杂,给减震结构的动力响应求解带来一定的困难。传统分析方法仅考虑结构基频的影响,通过等效刚度和等效阻尼简化结构响应计算,计算结果精度有限。针对含分数阶导数粘弹性阻尼器的减震结构,通过引入Caputo分数阶导数及相关高阶预估-校正技术,提出一种高精度的动力响应直接数值解法。通过多层结构算例,检验本文算法的有效性,对比考察了传统等效方法在不同简谐激励及El Centro地震波作用下的相关计算偏差。

齿轮传动环向铅剪切阻尼器的试验研究与数值模拟

金属屈服型阻尼器通常存在疲劳损伤后需要更换和不易满足大行程要求的问题,提出一种齿轮传动环向铅剪切阻尼器(GD-CSLD)。基于铅材常温动态回复再结晶性能,并通过齿轮齿条配合使该阻尼器具有理论上无疲劳损伤及无位移上限的优良特征。根据核心耗能部件的构造对3个不同剪切轴截面的模型试件进行了数值模拟和试验研究,选择最优剪切轴截面方案设计加工了GD-CSLD,通过性能试验对该阻尼器的滞回性能、疲劳性能进行研究。基于有限元分析和试验结果,对该阻尼器耗能机理进行分析。结果表明:该型阻尼器滞回性能稳定,可实现大行程加载,多次加载后基本无疲劳损伤效应;其耗能机理包含铅材屈服和侧向钢-铅摩擦两部分,且两者贡献基本相同。

四主缆大跨悬索桥抗震性能分析及减震措施优化

以燕矶长江大桥为工程背景,首先,采用动力非线性时程法分析了燕矶长江大桥抗震性能,并研究了设置电涡流-摩擦组合型阻尼器和黏滞阻尼器对大跨悬索桥抗震性能的影响;然后,对附加电涡流-摩擦组合型阻尼器摩擦力、阻尼系数和阻尼指数开展了参数敏感性分析;最后,从耗能角度分析地震作用下电涡流-摩擦组合型阻尼器减震特点.结果表明:在E2地震作用下,桥塔关键截面抗弯能力均大于弯矩需求;在“纵向+竖向”地震作用下梁端纵向位移较大.设置塔梁处纵桥向阻尼器后,可有效降低主桥梁端纵向位移;增大摩擦力、阻尼系数与降低阻尼指数均可提升梁端纵向地震响应的控制效果,但参数变化对桥塔控制截面的地震响应影响较小.阻尼系数较大时,电涡流阻尼主导了电涡流-摩擦组合型阻尼器耗能,相较于黏滞阻尼器,电涡流-摩擦组合型阻尼器对梁端纵向位移控制效果更好.

形状记忆合金-摩擦复合阻尼器力学性能研究

提出一种新型形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)-摩擦复合阻尼器。该阻尼器由超弹性SMA单元和高耗能摩擦单元串联而成,通过控制摩擦单元的摩擦力大于SMA单元的最大输出力,可实现自动调节耗能单元工作状态的功能,即:较小荷载作用下,仅SMA单元工作,消耗能量少,具有自复位功能;较大荷载作用下,SMA单元和摩擦单元依次工作,消耗大量能量,具有一定的变形回复能力。对阻尼器进行拉压循环力学试验,研究了位移幅值、加载频率和扭矩对其输出力-位移曲线以及摩擦力、割线刚度、单位循环耗能量、等效阻尼比、残余位移等力学参数的影响。将基于Graesser本构模型基础上的SMA单元力学模型和摩擦单元的理想刚塑性模型串联,建立了阻尼器的力学模型;数值模拟结果与试验结果吻合较好,证明了该力学模型的正确性。

山区铁路高墩大跨刚构-连续梁桥减震研究

山区高墩大跨刚构-连续梁桥结构比较特殊,其地震反应复杂,合理的减震设置对控制地震反应尤为重要。以一座(78+3×134+78)m刚构-连续梁桥为研究对象,运用非线性时程分析法进行计算。通过在活动墩和桥台分别设置减震装置,探讨减震效果,基于最佳的减震设置,进行考虑桥台损伤对结构减震的影响分析。结果表明:桥台处设置粘滞阻尼器既可保证活动墩内力不增加,亦可显著降低刚构墩的内力;无论是桥墩还是桥台,布置摩擦摆支座的减震效果不及布置粘滞阻尼器;桥台损伤对减震有一定的影响,双侧桥台损伤和近刚构墩桥台损伤对刚构墩减震效果影响显著,使得地震内力放大3倍左右,近活动墩侧桥台破坏则对其影响较小;在刚构-连续梁桥的桥台减震设计中应重视刚构侧桥台的设计,确保近刚构墩侧桥台的线刚度达到10~6kN/m,远离刚构墩侧桥台线刚度达到10~5kN/m,实现桥台减震设计的可靠性。

设置FVD框架结构的非线性地震反应控制研究

根据粘弹性阻尼器和摩擦阻尼器各自的特点 ,设计出一种新型粘弹性摩擦阻尼器 (FVD)耗能装置 .针对粘弹性材料的分数导数模型和摩擦单元的力位移滑移量的矩阵关系式 ,建立了FVD精确的有限元模型 ,推导了FVD单元刚度矩阵和控制力向量计算公式和求解方法 ;根据钢筋混凝土框架结构的非线性特性 ,建立了设置FVD非线性钢筋混凝土框架结构地震反应时程分析的控制方法 .最后 ,应用本文方法 ,对设置FVD的非线性钢筋混凝土框架结构进行了在罕遇地震和多遇地震作用下的时程分析 ,并根据计算结果对其减震效果进行了分析讨论 .