一种新型组合式弯曲型金属阻尼器性能研究

为解决U形阻尼器承载能力低、耗能性差的问题,文中提出了由U形金属板与X形金属板组成的一种新型组合式弯曲型金属阻尼器,基于随动强化模型对阻尼器进行静力循环模拟加载,采用ABAQUS软件进行仿真研究,发现组合式金属阻尼器滞回性能和承载能力均有提高,比U形阻尼器承载能力提高了24%,根据材料屈服强度的理论分析,当X形金属板的材料屈服应力大于307.38 MPa时,组合式金属阻尼器可实现双级屈服效果,仿真中选用Q235B钢U形板和Q345B钢X形板,组合式金属阻尼器取得了较好的双阶段屈服效果。

U形耗能钢板分级屈服型金属阻尼器抗震性能研究

传统金属阻尼器因耗能可靠和价格优势已得到广泛应用.针对目前大多金属阻尼器存在耗能单一,不能满足不同地震水准耗能要求的问题,利用U形耗能钢板构造简单、价格低廉、耗能较强等特点,通过组合不同参数的U形耗能钢板,设计了一种分级屈服型金属阻尼器.通过对两个试件进行低周反复荷载试验、抗疲劳试验,证实了此种阻尼器具有良好的耗能能力和优良的抗疲劳性能.其骨架曲线呈现明显的分级屈服特征,可在不同强度地震作用下实现分阶段耗能的目标.等效黏滞阻尼比随位移增大而逐渐增大,最后数值基本稳定在0.43左右,表明阻尼器具有稳定可靠的耗能效果.刚度退化曲线呈现初期下降速度快、之后逐渐缓慢的趋势.最后,通过有限元软件ABAQUS对阻尼器试件进行数值模拟,数值模拟结果和试验结果吻合较好.本研究可为分级屈服型金属阻尼器的研究和工程应用提供参考.

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。

采用一种预埋件的金属阻尼器中间柱型连接构件的受力性能研究

消能减震技术能显著提高建筑物的抗震性能,消能器的效果依赖其与主体结构的有效连接,目前关于阻尼器与整体结构有效连接设计方法的研究不多。针对工程中金属阻尼器的中间柱型连接形式,本文提出一种带有预埋件的悬臂墙构造,并给出设计方法及其设计要点。为进一步验证该设计方法的可靠性,探究悬臂墙的受力性能,对两个试件开展拟静力单向加载和低周往复加载试验。研究结果表明,悬臂墙裂缝从预埋件连接处开始发展,最终破坏时墙角及预埋件核心区应力较大,增设暗梁暗柱可较好地提高悬臂墙的承载能力。型钢预埋件配合暗梁暗柱能使悬臂墙在设计尺寸较小的情况下承受较大的设计阻尼力,保证阻尼器充分发挥消能效果。

基于能力谱的弯剪复合型金属阻尼器加固既有混凝土框架性能化抗震设计方法

随着近年来中国对建筑结构的抗震性能要求不断提高,既有混凝土框架难以满足多水准抗震性能标准的要求,采用金属阻尼器加固既有混凝土框架可显著提高其抗震性能,有利于满足现有抗震性能目标,然而目前对于相应的的性能化抗震设计方法研究尚不充分。该文提出了基于能力谱的金属阻尼器加固既有混凝土框架抗震性能化设计方法,为了实现不同烈度地震下的多性能水准目标,采用具有多阶屈服特征的弯剪复合型金属阻尼器。基于对既有混凝土框架的静力推覆分析,将框架的推覆曲线转化为等效的双折线能力谱,设定加固后结构在多遇、设防和罕遇地震下的层间位移角性能目标,确定结构能力谱曲线和需求谱曲线的交点。考虑金属阻尼器进入屈服阶段后的附加阻尼比,计算出结构在不同烈度地震下的等效阻尼比,根据性能点计算出金属阻尼器剪切和弯曲芯板的屈服承载力。基于上述设计方法对4层、6层和9层既有混凝土框架进行加固,通过OpenSees软件建立弹塑性分析模型,并通过试验结果验证了模型的准确性,通过时程分析结果表明了加固后的结构满足预定的性能目标,证明了提出的设计方法的可靠性和有效性。该文研究成果将为金属阻尼器加固既有混凝土框架的抗震设计提供理论依据。

黏滞与金属阻尼器协同工作于加固工程的减震性能研究

文章基于现有黏滞阻尼器和金属阻尼器的研究,以安徽某住院门诊楼实际加固项目为研究对象,提出单独布置黏滞阻尼器、单独布置金属阻尼器、混合布置黏滞与金属阻尼器的3种加固方案;开展各方案在多遇和罕遇地震下的动力时程分析,综合减震前后层间位移、最大加速度等参数,研究黏滞阻尼器和金属阻尼器协同工作减震性能的优劣;基于协同工作方案进一步分析加固后的能量耗散情况以及阻尼器滞回曲线,研究其在实际工程中的具体减震效果。结果表明:2种阻尼器同时应用于加固工程时,合理的混合布置方案对结构的减震效果有显著提升,并且可以利用2种阻尼器的耗能特性实现分阶段耗能,耗能表现优异。

可更换U型环耗能金属阻尼器研究

提出可更换U型环耗能金属阻尼器,并推导其力学理论公式。相较于传统的以平动变形模式为主的U型耗能金属阻尼器,新型阻尼器变形模式为平动加转动,从而产生了空间作用效应,进而使其承载力、弹性刚度以及耗能能力均得到较大提升。运用ABAQUS有限元软件对阻尼器进行数值分析,并引入空间调整系数考虑其空间作用效应。结果表明该新型阻尼器的力学性能优于传统阻尼器,且震后便于更换。

分级屈服型金属阻尼器在框架结构中的应用研究

分级屈服型金属阻尼器具有构造简单、力学性能稳定、耗能强等特点。采用三折线模型作为该阻尼器的力学模型,并对其滞回性能进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。该模型参数较少且容易确定,可供工程设计使用。对设置该分级屈服型金属阻尼器的框架结构进行小震、中震和大震下的时程分析,对比无控结构和有控结构的层间剪力和层间位移角。结果显示,小震下层间剪力明显减小,中大震作用下设置阻尼器楼层的层间剪力均减小。值得注意的是,中大震作用下首层未设置阻尼器且其层间剪力增大;各级强度地震作用下,有控结构最大层间位移角大幅下降,结构的抗震性能进一步提高。小震作用下分级屈服型金属阻尼器可为结构至少提供1.95%的附加阻尼比,滞回曲线比较饱满且呈双折线;中大震作用下附加阻尼比进一步增加,滞回曲线向外扩大且呈三折线;大震作用下的能量累积曲线显示阻尼器耗散大部分地震能量,有效减轻了结构损伤。

墙式金属复合阻尼器在剪力墙结构中的消能减震分析

随着人们的安全意识和对房屋的安全性能要求不断提高,越来越多的房屋建筑采用消能减震技术,降低地震带来的不良影响及建筑的损害程度,使结构变得更加安全。本文以成都市某学校学生宿舍楼为研究对象,建立有限元模型并布置金属复合阻尼器,利用SAUSAGE软件进行时程分析。在设防及罕遇地震作用下,通过观察安装阻尼器前后建筑结构的层间剪力和层间位移角数据,表明安装阻尼器能显著降低建筑的层间剪力和层间位移角、增加额外的阻尼比,可有效地提高建筑的抗震能力。这就表明在结构上设置合适的阻尼器类型及数量是可以有效降低地震效应的,同时给之后相同类型的结构减震设计提供一个参考。

多阶段屈服U形金属阻尼器抗震性能研究

针对传统金属阻尼器低位移水平下耗能能力不足,高位移水平下过早失效,难以满足结构耗能需求的问题,提出一种由2种不同尺寸作为耗能组件的U形金属拉压阻尼器,该阻尼器具有多级屈服和失效特性。基于Abaqus软件建立了该阻尼器的有限元模型,通过数值模拟探讨了阻尼器的力学性能。结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满,且具有良好的耗能能力和变形能力,能够实现多级屈服的力学性能特点,其恢复力模型与模拟结果吻合较好。

形状优化的菱形开孔剪切型金属阻尼器减震性能

目的为解决传统开长缝的剪切型金属阻尼器应力集中以及焊接产生的热效应影响,提高阻尼器耗能能力,提出一种采用等强度线优化开孔形状的菱形开孔剪切型金属阻尼器.方法根据弹塑性力学理论寻找耗能单元截面在受弯、受剪条件下屈服强度相等的曲线,将该等强度曲线所围成的四边形作为对阻尼器耗能板的开孔形状,并推导了阻尼器弹性等效刚度与屈服强度的设计公式;对阻尼器耗能单元进行材料试验,基于真实的材料本构关系数据建立了精细化有限元数值仿真模型,模拟其低周往复加载的力学性能,分析阻尼器的变形模式与耗能能力,并比较了开长缝和开优化形状菱形孔阻尼器的减震性能.结果屈服强度的仿真结果与计算结果误差小于2%,刚度误差小于1%;相比传统的开长缝钢板阻尼器,形状优化的菱形开孔阻尼器累积等效塑性应变最大值减小为24.3%~37.5%;加载位移角小于1/20工况时,耗能未明显提升;加载位移角超过1/20工况时,形状优化的菱形开孔阻尼器单位体积耗能率增加多至32.9%.所建立的有限元模型是基于真实材性试验数据给出的,能更好地反映阻尼器金属的力学行为;设计公式计算结果与数值仿真结果吻合较好,可作为该类阻尼器的设计公式.结论与开长缝的钢板阻尼器相比,形状优化的菱形开孔阻尼器的强度随着滞回行为而稳定强化,具有良好的低周疲劳性能与稳定的耗能能力,塑性变形分布更加均匀,最大累积等效塑性应变明显减小.

JY-SS-Ⅰ型金属软钢阻尼器试验研究

近年来全球范围内特大地震频发,中国抗震规范也随之进行了修正,其中加强了性能化设计要求,而消能减震控制理论即是这个问题的核心内容之一。在一些地震频发国家鉴于金属软钢阻尼器因性能优越、耗能能力强、施工方便快捷等因素将其作为了主要消能减震手段。但国外产品价格昂贵,国内一般工程难以承受。为此,中国建筑科学研究院在已有经验基础上结合中国国情开发出了JY-SS型金属剪切型金属软钢阻尼器,经过大量试验研究及理论分析表明成型产品性能稳定,性价比高,并已经应用于实际工程。

剪切型金属阻尼器在不规则建筑上的抗震性能研究

以云南某地的五层现浇钢砼框架结构为例,研究布置剪切型金属阻尼器对结构的不规则性和抗震性能的影响。研究结果表明:合理布置剪切型金属阻尼器可以改善结构不规则性带来的不利影响;同时其良好的耗能特性,又可以提高结构在地震作用下的安全性。研究为该结构设计的设计提供了理论依据,也为类似结构设计提供了参考。

基于ABAQUS/FE-SAFE的剪切型软钢阻尼器疲劳分析

为研究剪切型软钢阻尼器的疲劳性能,基于非线性分析软件ABAQUS对剪切型软钢阻尼器进行建模并对其进行拟静力循环加载分析,根据得到的应力分布云图和等效塑性应变云图确定其危险位置;分析了在实际工程应用条件下阻尼器产生薄膜效应的原因,及其对耗能性能及疲劳性能的影响。在拟静力分析结果的基础上,运用FE-SAFE软件对剪切型软钢阻尼器进行超低周疲劳寿命分析,得到阻尼器的危险部位以及对数寿命云图,分析结果可为后续相关阻尼器构造设计和优化提供参考。

双肢剪力墙连梁截断式剪切型金属阻尼器抗震设计与分析

联肢剪力墙结构中连梁因跨高比偏小且受力复杂,在地震中常遭遇不同程度的损伤,为降低其损伤程度且便于震后快速修复,本文提出一种新型的连梁截断式剪切型金属阻尼器及具体的设计要求,应用工程力学理论推导阻尼器双线性模型的参数设计方法,然后程序化设计流程以便于工程应用,最后采用壳单元和纤维模型分别建模分析多层双肢剪力墙拟静力试验,对比安装阻尼器前后结构初始刚度、失效模式及耗能性能的变化。研究结果表明,本文提出的阻尼器及其设计方法可靠合理,在安装阻尼器后结构抗震性能得到明显提高;当结构抗侧刚度与极限承载力削弱在10%以内时,其延性增强程度及破坏模式改善的效果显著;针对连梁先于墙肢屈服的结构,阻尼器耗能占结构总耗能的比例与附加阻尼比均有较大提高,达到了预期的设计目标。

布置金属阻尼器的框架剪力墙结构在罕遇地震作用下的弹塑性时程分析

利用SAP系列软件中目前最成熟的产品SAP2000建立有限元模型分析,得到罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。以北京市某框架剪力墙结构的商业楼为案例,并根据抗震规范的要求,对在钢筋混凝土框架剪力墙结构上布置金属阻尼器后的结构进行减震性能研究。对该结构增设金属阻尼器后,其结构的层间位移角明显减小,金属阻尼器在其中发挥了良好的耗能能力,可保障主体结构在罕遇地震作用下的安全性。

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。

剪切金属软钢阻尼器设计与试验研究

伴随着地区抗震等级的提高,在建建筑不得不进行加固,剪切金属软钢阻尼器的初始刚度大、耗能好和体积小的特点,可对在建建筑进行加固。分析剪切金属软阻尼器的构造形式及工作机理,加工了2组不同截面尺寸,每组3个试件的剪切金属软钢阻尼器,进行水平滞回试验,研究其水平滞回性能、疲劳性能和耗能性能。研究表明,剪切金属软钢阻尼器具有稳定的水平滞回性能、良好的疲劳性能和较好的耗能性能。

剪切型金属阻尼器在竖向收进框架结构中的应用

以设置了剪切型金属阻尼器的某竖向收进结构的消能减震设计为例,通过对结构有限元模型的建立,介绍了阻尼器的选取和布置,以及剪切型金属阻尼器在YJK结构计算软件中的等效方法。在结构竖向收进处设置剪切型金属阻尼器,通过阻尼器在多遇地震作用下不屈服的方式为结构提供较大的附加刚度,加强了结构在收进处的竖向刚度。罕遇地震下阻尼器既能为结构提供附加刚度又为结构提供附加阻尼,结构在罕遇地震作用下的最大层间位移角明显下降。剪切型金属阻尼器的设置加强了结构的竖向刚度,提升了结构的抗震性能。