端部加强型钢管阻尼器性能试验研究

传统钢管阻尼器因端部容易发生过早破坏,导致阻尼器耗能性能得不到充分发挥。本文对传统钢管阻尼器进行改进,提出一种新型端部加强型钢管阻尼器,介绍其构造形式及工作机理。设计钢管阻尼器和端部加强型钢管阻尼器各一个,对其进行低周往复加载试验,研究端部加强构造的合理性及端部加强型钢管阻尼器的力学性能。研究结果表明:1)设置加强钢管能够有效延缓钢管端部开裂,避免阻尼器因过早开裂而失去承载能力,充分发挥阻尼器耗能能力;2)端部加强型钢管阻尼器耗能性能好,其滞回曲线对称且饱满,等效阻尼比稳定在0.40左右,且能在小位移下进入屈服耗能状态;3)端部加强型钢管阻尼器较钢管阻尼器力学性能更优,屈服荷载和极限荷载相较钢管阻尼器分别提升18.78%和24.42%,二者初始刚度相近,屈服后刚度降低15.27%。

十字芯板钢管阻尼器力学性能研究

提出了一种由钢管与十字芯板组成的新型金属阻尼器,介绍了其构造形式、特点及工作机理,建立了有限元模型,研究了阻尼器的耗能机理与破坏形态,以及高宽比、厚径比、削弱比、厚度比对屈服剪力、极限剪力、延性和耗能能力的影响。结果表明,该阻尼器具有较好的受剪承载力、优秀的延性和耗能性能,且有3种耗能模式和2种破坏形态,并给出了阻尼器设计参数的取值范围。

十字芯板钢管阻尼器K型偏心支撑框架的参数分析

为研究带十字芯板钢管阻尼器的K型偏心支撑框架结构的抗震性能,采用ABAQUS软件分析了阻尼器的削弱比、厚度比、轴压比等因素对该结构抗震性能的影响,研究了结构的变形性能、破坏形态及耗能能力.结果表明:采用十字芯板钢管阻尼器的K型偏心支撑钢框架结构具有优良的变形能力和耗能性能,结构塑性变形与损伤主要集中于阻尼器,能够有效的保护结构的安全.

带十字芯板的方钢管阻尼器力学性能研究

提出一种由中部削弱的方钢管与十字芯板组成的金属阻尼器,对阻尼器的构造、制作方法及工作原理进行阐述,建立了有限元模型,研究了高度、宽度、厚度、削弱程度对阻尼器力学性能的影响。结果表明:合理设计的方钢管阻尼器既具有较大的刚度和承载力,又具有优秀的延性和耗能性能。最后给出阻尼器各参数的取值范围。

不同构造参数对加劲环铅芯钢管阻尼器的性能影响

文中对铅芯钢管阻尼器的钢管结构采用了加劲环的处理方法,研究不同的构造参数对阻尼器的耗能能力的影响情况,并通过建立ABAQUS有限元模型的方法,采用位移控制的低周往复加载制度,模拟得到不同构造参数下加劲环铅芯钢管阻尼器的滞回曲线、等效阻尼比的数据。研究结果表明,采用加劲环铅芯钢管阻尼器结构形式,能够有效避免阻尼器发生较大的弯曲破坏;加劲环铅芯钢管阻尼器的高径比,厚径比以及加劲环宽厚比的参数选取,对阻尼器的初始刚度和承载能力影响是非常明显的。因此,合理选取构造参数对优化结构设计具有重要意义。

填充式钢管阻尼器性能及在桥梁横向减震中的应用

中小跨径桥梁采用板式橡胶支座时,在横桥向地震作用下起到一定的隔震作用,但是墩梁相对位移偏大,主梁容易与挡块发生碰撞,甚至发生横桥向落梁等严重震害.为提高桥梁横向耗能能力,减小地震作用下主梁的侧向位移,研发了一种填充式钢管阻尼器,阻尼器与板式橡胶支座共同组成了桥梁横向减震系统.地震作用下,板式橡胶支座传递竖向荷载并提供一定的横向位移能力,填充式钢管阻尼器通过塑性变形耗散部分输入的地震能量,可以有效减小墩梁相对位移.首先阐明填充式钢管阻尼器的工作机理,试验研究其滞回性能和失效模式,并提出实用简化分析模型.在此基础上,以一座简支小箱梁桥为例,给出填充式钢管阻尼器主要参数的选取过程,分析了主梁和墩顶位移、桥墩与土-结构相互作用力以及填充式钢管阻尼器和桥梁挡块的滞回性能.结果表明:在地震作用下,填充式钢管阻尼器耗能和变形能力远大于钢筋混凝土挡块,附加填充式钢管阻尼器后,墩梁相对位移明显减小,而墩顶位移和墩底内力等变化不大,附加填充式钢管阻尼器后不会对桥墩、桩基等构件产生不利影响.

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。

钢管铅芯阻尼器性能分析研究

钢管铅芯阻尼器具有耗能性能优良、工作性能稳定、工作机理明确、构造简单合理,且布置安装方便和造价便宜的特点。本文介绍该阻尼器的构造形式、工作机理、布置形式及特点,建立有限元模型分析不同的构造参数对该阻尼器性能的影响,提出钢管铅芯阻尼器的设计建议。研究结果表明:随高宽比增大,屈服力、屈服刚度和屈服后刚度减小,屈服位移和延性增大;随厚径比增大,屈服力、屈服刚度和屈服后刚度增大,延性减小,屈服位移变化不明显;随加强厚度比增大,屈服后刚度增大,延性减小,其它性能参数变化不明显;加强长度比和挤压率的变化对钢管铅芯阻尼器各性能参数影响一般。根据各参数对钢管铅阻尼器力学性能的影响规律,给出该阻尼器各设计参数的优化取值范围。

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。

可更换钢管铅芯阻尼器偏心支撑框架分析

为解决传统偏心支撑结构震后修复困难、经济性差的问题,提出了以钢管铅芯阻尼器作为耗能梁段的可更换耗能梁段偏心支撑结构方案。共设置18组试件,采用有限元软件ABAQUS对不同钢管高径比、径厚比、钢材屈服强度情况下的可更换钢管铅芯阻尼器K型、D型偏心支撑钢框架进行结构分析,考察了耗能梁段、整体框架结构的变形机制、滞回耗能能力以及局部屈曲、局部破坏形态。分析结果表明:可更换钢管铅芯阻尼器偏心支撑框架耗能性能优良、工作性能稳定,钢管铅芯阻尼器首先发生屈服,钢管与铅芯协同工作,并起到主要的耗能作用。在可更换偏心支撑结构实际工程应用中的钢管铅芯阻尼器,建议其钢管高径比宜小于3、钢管径厚比宜大于0.13、钢管钢材宜采用软钢及低屈服点钢。

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.

双曲型不锈钢管铅阻尼器性能研究

提出一种双曲型不锈钢管铅阻尼器,阐述了其构造与特点。采用ABAQUS有限元分析软件,对双曲型不锈钢管铅阻尼器和普通钢管铅阻尼器及设过渡段(A类构造)、不设过渡段(B类构造)的双曲型不锈钢管铅阻尼器进行对比分析。结果表明:双曲型不锈钢管铅阻尼器滞回曲线对称、饱满,在小位移下即进入屈服耗能,具有优异且稳定的耗能能力;当阻尼器初始屈服承载力相等时,双曲型不锈钢管铅阻尼器在更小的位移下进入较稳定的耗能状态,提供更大的稳定屈服承载力;A、B类构造的双曲型不锈钢管铅阻尼器均具有优异的力学性能,B类构造可降低不锈钢和铅芯的用量,简化加工工艺,提高其经济性。

装设钢管铅芯阻尼器的可更换耗能连梁设计方法研究

本文提出一种由钢管铅芯阻尼器和端部开缝的连接钢板构成的新型可更换耗能连梁,并基于其在结构中的应用提出一套实用设计方法。设计思路是通过钢管铅芯阻尼器和连接钢板设计来调节可更换耗能连梁的等效刚度,并使其与原普通连梁刚度等效,同时保证可更换耗能连梁良好的耗能能力。为验证该设计方法的可行性和有效性,对某实际工程算例有无可更换耗能连梁的结构进行地震反应对比分析,分析结果表明:该设计方法简单易行,可通过调节耗能连梁的等效刚度来达到对应的设计期望和要求。该种新型可更换耗能连梁具有良好的性能和稳定的滞回耗能特性,用于工程结构中可有效减缓剪力墙的破坏、提高结构的耗能能力、改善结构的抗震性能。

波纹钢管铅阻尼器构造与耗能机理分析研究

为研究波纹钢管铅阻尼器不同构造形式对其力学性能的影响,采用ABAQUS软件,建立了两种构造形式的波纹钢管铅阻尼器有限元模型,对其应力分布、塑性分布状态、滞回性能和耗能机理进行模拟分析。结果表明,波纹钢管铅阻尼器外波纹钢管采用波峰连接构造形式,能够增加端部连接段的承载能力和刚度,有效控制阻尼器塑性分布,使得阻尼器的变形和耗能集中在中部波纹段,充分发挥波纹段的耗能性能。波纹钢管铅阻尼器耗能时,铅芯先屈服耗能而波纹钢管为弹性,耗能全部由铅芯承担;随后波纹钢管发生弹塑性或塑性变形,与铅芯协同工作,共同耗能。波纹钢管进入塑性后波纹钢管和铅芯耗能比很快就趋于稳定,波纹钢管耗能占总耗能70%以上,铅芯耗能占总耗能20%~30%之间,耗能减震机理明确,工作性能稳定。

新型钢管铅芯阻尼器数值模拟及耗能能力分析

以传统钢管铅芯阻尼器为基础,通过改进得到一种新型钢管双铅芯阻尼器,并在此基础上运用ABAQUS有限元模拟软件对其抗震性能进行模拟分析。模拟结果表明,在用铅量较少的情况下,新型钢管双铅芯阻尼器相对于单铅芯阻尼器的极限荷载增大183 kN,极限位移增大近一倍,滞回曲线面积明显增大并且等效阻尼系数增大15%。通过模拟结果表明,其耗能能力较优。

钢管叠层黏弹性阻尼器设计方法

钢管叠层黏弹性阻尼器是由钢管和叠层黏弹性体等组成。为建立钢管叠层黏弹性阻尼器设计方法,将钢管叠层黏弹性阻尼器力学模型等效为叠层黏弹性体的线性模型和钢管的双线性模型叠加,通过虚功原理推导出钢管叠层黏弹性阻尼器初始刚度计算公式;由von Mises屈服准则推导出钢管叠层黏弹性阻尼器屈服承载力计算公式,在此基础上推导出屈服位移和极限承载力计算公式,给出钢管叠层黏弹性阻尼器的设计流程。采用有限元分析软件对4个钢管叠层黏弹性阻尼器进行模拟分析,并与理论计算结果对比,验证了理论计算公式与设计流程的合理性。研究结果表明:钢管叠层黏弹性阻尼器等效计算模型合理可靠;初始刚度、屈服力、屈服位移和极限承载力的理论公式计算结果与有限元模拟结果吻合较好,且理论公式计算结果偏于安全;给出的设计流程简单可行,可用于钢管叠层黏弹性阻尼器的设计与加工制造。

钢管铅阻尼器构造优化及模拟分析

钢管铅阻尼器端部构造形式直接影响其破坏形式及力学性能。该文首先对钢管铅阻尼器钢管过渡段构造形式进行改进,提出一种新的构造形式;其次,建立钢管铅阻尼器的有限元模型,提出适合钢管铅阻尼器的金属材料随动强化混合模型参数的计算公式,开发了便于准确、快速建立钢管铅阻尼器有限元模型的参数化建模平台;再次,对比有限元分析与钢管铅阻尼器试验的结果,验证有限元模型的可靠性;最后,采用该有限元模型对改进的构造形式进行分析。研究结果表明:1)钢管铅阻尼器外钢管过渡段采用新的构造形式,能够增加过渡段强度,有效控制阻尼器塑性分布,使得阻尼器的变形和耗能集中在中部,防止阻尼器由于端部连接破坏而使阻尼器过早退出工作;2)采用该文提出的金属材料随动强化混合模型参数计算公式所建立的钢管铅阻尼器有限元模型,计算结果与试验结果吻合良好;3)钢管铅阻尼器参数化建模平台可以准确、快速建立不同构造参数的钢管铅阻尼器有限元模型,为大批量参数分析提供高效、可靠的工具。

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(1 mm)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。

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。

双曲型钢管铅阻尼器设计参数分析研究

提出一种双曲型钢管铅阻尼器,设计了39组阻尼器模型,采用ABAQUS有限元软件对其进行模拟分析,研究不同削弱比、高径比、钢管内径、过渡段高度、连接段高度和端板嵌入深度等对双曲型钢管铅阻尼器力学性能的影响。研究结果表明:双曲型钢管铅阻尼器的滞回曲线饱满且对称,等效阻尼比稳定在0.4～0.5,具有稳定的耗能性能和良好的延性;随着削弱比的增大,初始刚度、屈服后刚度、屈服荷载、屈服位移和最大荷载均不断减小;随着高径比的增大,初始刚度、屈服荷载和最大荷载均逐渐减小,屈服位移逐渐增大;随着钢管内径的增大,初始刚度、屈服后刚度、屈服荷载和最大荷载增大,屈服位移减小;随着嵌入深度的增加,端板应力变小;随着过渡段、连接段高度的增加,双曲型钢管铅阻尼器耗能段中部和端部应力逐渐增大,耗能段中部塑性变形均逐渐增大。建议削弱比取0.30～0.50,高径比取1.7～2.2;钢管内径优先取较大值且不宜小于130 mm;过渡段高度取20～40 mm;连接段高度取10～20 mm,嵌入深度12～15 mm。