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.

装配式可更换耗能铰滞回性能试验研究

提出一种可恢复功能装配式节点,由可更换耗能铰、约束节点核心区、预制梁柱等组成。可更换耗能铰为人工塑性铰,其滞回性能是装配式节点抗震性能的关键影响因素。将可更换耗能铰设置在装配式节点的预制梁与节点核心区外伸梁端之间,对其进行低周往复荷载作用下的滞回性能试验。在该试验的基础上仅更换耗能铰中破坏的金属阻尼器,进行第二次试验。考察可更换耗能铰的破坏模态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、能量耗散能力等抗震性能。通过两次试验的对比分析,揭示可更换耗能铰抗震性能的可恢复能力。结果表明:可更换耗能铰弯矩-转角滞回曲线饱满,转动能力与耗能能力强,延性良好,强度退化不明显;可更换耗能铰实现了装配式节点的损伤、破坏集中在耗能铰上,耗能铰耗散的能量占装配式节点耗散总能量的70%以上;两次试验中可更换耗能铰的各项抗震性能基本一致,说明更换破坏的金属阻尼器后,耗能铰抗震性能基本可恢复。

铅橡胶复合阻尼器的性能试验研究

介绍作者提出的铅橡胶复合阻尼器的构造与耗能原理。通过不同形状、不同大小铅心的 8个铅橡胶复合阻尼器的循环荷载试验 ,研究了频率、应变幅值、循环次数、铅芯直径、竖向压力等对铅橡胶复合阻尼器的影响规律。研究结果表明 ,铅橡胶复合阻尼器工作性能稳定 ,耗能性能和抗疲劳性能好。

黏弹性阻尼器滞回曲线及特征参数的相似准则

对不同尺寸、不同温度的黏弹性阻尼器滞回曲线的力和位移相似关系进行研究和推导,并得出黏弹性阻尼器储能刚度、耗能、等效阻尼等特征参数的相似关系。然后利用3种不同尺寸的黏弹性阻尼器,对试样VE40×40在不同温度下、试样VE100×100和VE400×400在不同应变下进行性能测试,验证上述相似准则的正确性。研究结果表明:基于此相似准则,只要通过试验获取黏弹性阻尼器中一种尺寸阻尼器的滞回曲线及其温度相关性,就可以容易地获得同种材料、其他各种尺寸阻尼器在不同温度下的滞回曲线及特征参数。提出的黏弹性阻尼器相似准则可以使此类阻尼器方便地应用于各类研究及工程设计中。

阻尼器力学性能的试验方法与分析

根据阻尼器的加载过程分析,提出了阻尼器耗散功率概念。对耗散功率谱法和传统滞回曲线法在评价阻尼器耗能能力方面进行了比较,特别在复杂加载情况下,耗散功率谱法具有显著的优点。通过对单调加载中因加载波形不同而导致耗能的变化的分析,提出了阻尼器耗能性能的综合评价方法。

双环软钢耗能器的试验研究

本文提出了“利用两个或多个耗能元件协同工作，同时耗能来设计新型耗能器”的思想，研究设计了双环软钢耗能器，并对三种不同构造的双环软钢耗能器进行了循环加载试验，考察了耗能器的工作特性和耗能性能，揭示了耗能的机理，给出了耗能器的恢复力模型。研究结果表明，双环软钢耗能器是一种初始刚度和屈服力高、变形性能好、耗能能力强、工作性能稳定、构造简单、制作与安装方便的新型耗能减震装置，具有广阔的应用前景。

两种摩擦耗能器的比较试验研究

对两种不同形式的摩擦耗能器进行了低周反复荷载试验，考察了其工作性能和耗能性能，并进行了带有不同摩擦片和不带摩擦片的对比试验，分析了影响耗能器性能的因素。试验结果表明，摩擦耗能支撑具有稳定的滞回性能和极好的耗能能力，摩擦片的类型与性能对摩擦耗能支撑的性能有较大的影响。在试验的基础上对两种摩擦耗能器提出改进方案，设计了“双摩擦耗能器”

反复荷载作用下复合剪力墙板的试验研究

为研究复合剪力墙板的抗震性能,采用荷载-变形双控制水平加载方式进行7组共15片墙板试件在低周反复荷载作用下的试验,分析各试件的滞回特性、耗能性能、延性等.试验结果表明,各试件的滞回曲线较为饱满;施加一定轴压后试件的耗能能力和延性会更好;墙板为两侧等厚混凝土层组合、有边框、现浇时,其抗震性能优于不等厚混凝土层组合、无边框、普通销键连接的装配整体式复合剪力墙板.

短肢剪力墙低周反复试验研究

通过低周反复荷载试验揭示了短肢墙从弹性应力状态到砼开裂、钢筋屈服、直至结构破坏的全过程 .试体分为两组 ,无翼墙与有翼墙各一组 ,结果表明 :当无翼墙试体墙肢较短时 ,墙肢底部纵筋首先屈服 ;墙肢较长时 ,连梁箍筋首先屈服 .有翼墙试体无论肢厚比大小 ,均在墙肢和翼墙底部纵筋处首先屈服 .从强度和耗能能力来看 ,肢厚比在 6 .5左右时 ,结构的综合性能较好 .

反复荷载作用下剪切板阻尼器的抗剪极限强度

为了使剪切板阻尼器具有稳定的滞回耗能特性,避免其腹板发生局部屈曲,提出了一种考虑翼缘抗弯承载力贡献的剪切板阻尼器抗剪极限强度计算公式,为剪切板阻尼器的设计与应用提供了参考.剪切板阻尼器作为消能减震装置应用于建筑和桥梁等工程结构,可有效减轻地震破坏作用.基于通用有限元程序ABAQUS,对反复荷载作用下单侧布置1、2或3对双向加劲肋的剪切板阻尼器进行了一系列的精细化有限元计算与分析.计算模型考虑了初始变形和残余应力两种初始缺陷,采用修正双屈服面模型描述反复荷载下的钢材料本构关系.研究结果表明,翼缘所承担的剪力约占总抗剪承载力的13%28%,设计时不能忽略.

半装配式框架-剪力墙结构抗震性能试验

为综合评价现浇剪力墙预制框架半装配式框架-剪力墙结构的抗震性能,设计制作了2榀1∶2的2层2跨混凝土框架-剪力墙结构模型试件,并对其进行了低周反复荷载试验.对比研究了这2榀试件的破坏机制、破坏过程、滞回性能、位移延性和耗能能力等抗震特性.试验结果表明,半装配试件与现浇试件具有相近的开裂位移、裂缝开展形态、破坏模式、耗能能力和侧向承载能力,但半装配试件的延性略低,在不同承载状态下的水平荷载也略低.现浇剪力墙预制框架半装配式框架-剪力墙结构的整体性较好,在地震中具有可靠的抗倒塌能力.

扇形铅橡胶阻尼器滞回性能试验研究

试验制作了几何尺寸相同但铅芯直径不同、橡胶硬度不同的3个扇形铅橡胶阻尼器,通过自行设计的L型加载架对其进行低周往复荷载作用下的滞回性能试验.针对不同加载波形、加载频率、加载位移幅值、橡胶硬度以及铅芯尺寸等参数验证扇形铅橡胶阻尼器的耗能能力.研究结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满、耗能能力较强,具有较好的大变形能力;阻尼器的加载波形、加载频率与加载幅值、橡胶硬度以及铅芯直径均会对其滞回性能产生相应影响.

新型外包加强型节点抗震性能试验研究

为了减小钢筋混凝土(RC)框架-轻钢增层混合结构的鞭梢效应,本文提出了一种用于该类结构的新型外包加强型节点,旨在加强对上部结构的约束,减小上下部结构的刚度突变。为了深入研究其抗震性能,与另一种外包锚固式节点进行了低周往复荷载作用下的对比性试验研究。结果表明:两种节点均表现为梁端塑性铰破坏,并能有效控制裂缝开展;新型外包加强型节点滞回曲线饱满,捏拢速度较慢,并能将塑性铰外移,有效保护了节点核心区,其刚度退化、等效黏滞阻尼系数、耗能能力等各项指标都较外包锚固式节点有不同程度的提升,提高了节点的承载力和刚度,具有更好的抗震性能。本文的研究可以为轻钢增层混合结构的推广应用提供科学依据和技术支持。

大跨空间网架结构铅挤压阻尼器减振控制分析

为了研究铅挤压阻尼器减振系统对大跨空间网架结构的减振控制效果,对铅挤压阻尼器的滞回耗能特性进行了试验研究与分析,结果说明铅挤压阻尼器性能稳定,是一种优秀的耗能减振装置。使用有限元软件LS-DYNA建立大跨空间网架结构的计算模型,分别对铅挤压阻尼器在网架结构中不同布置位置下的各种工况进行了减震效果对比分析,得到了铅挤压阻尼器在大跨空间网架中布置的合理位置。同时在铅挤压阻尼器合理布置位置的条件下,研究了铅挤压阻尼器减振系统对大跨空间网架倒塌极限荷载的影响。结果表明:铅挤压阻尼器减振系统能够有效降低大跨空间网架结构的地震响应;而且在合理布置阻尼器的情况下,减振系统更能够提升大跨空间网架结构的倒塌临界荷载。

复合消能支撑的抗震性能试验研究

为克服传统防屈曲支撑在结构处于小震及微振情况下不耗能的问题,提出一种基于防屈曲支撑及黏弹性阻尼器并联工作原理的复合消能支撑,并通过加载频率为0.3 Hz的高速往复加载试验,对该种新型复合消能支撑及传统防屈曲支撑进行抗震性能研究。研究结果表明:复合消能支撑加载过程均未出现失稳现象,滞回曲线稳定饱满,拉压特性对称,并且其所具有的全阶段耗能、多重耗能、安全保障体系的优点得到了验证。

中空夹层钢管混凝土K型搭接节点滞回性能

针对K型搭接节点隐藏焊缝不焊接承载力较低的问题,按主圆支圆、主方支圆2种节点形式设计了6个中空夹层钢管混凝土加强型K型搭接节点,对其进行低周往复加载试验。应用ANSYS软件对试验试件进行模拟,得到了节点的破坏模式、荷载-位移关系、应力分布规律,对节点的承载力、延性、耗能、刚度退化等抗震指标进行分析。结果表明:主管夹层灌混凝土提高了节点刚度、承载力及耗能能力,主管夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土对节点的加强效果基本相同;未加强节点的应力主要集中在节点域主管表面,破坏模式为主管表面塑性破坏,加强节点的应力主要集中在支管,以支管拉裂破坏为主,主管无明显变形。模拟结果与试验结果吻合较好。

双层钢箱—混凝土组合墩耗能与等效黏滞阻尼分析

双层钢箱—混凝土组合墩柱(DSCB墩柱)是一种具有良好的抵御"多灾害"能力的新型桥梁墩柱截面形式,鉴于耗能能力是结构或构件抵抗地震的一个重要性能,而黏滞阻尼又是表征构件耗能特性的关键参数,为了解该新型墩柱在双向地震作用下的耗能和阻尼特点,通过对11根DSCB墩柱的水平单、双向拟静力试验,研究该新型桥梁墩柱的耗能能力及等效黏滞阻尼系数。试验结果表明:DSCB墩柱具有远超同截面尺寸钢筋混凝土箱型墩的耗能能力;DSCB墩柱的双向累积滞回耗能和位移延性存在相关关系,给出的正则化耗能与位移延性的关系式可为估算墩柱的耗能能力使用;由于双向耦合作用,弱轴的滞回环出现拓宽,因此双向地震作用下弱轴的等效黏滞阻尼大于单向地震作用下弱轴的等效黏滞阻尼。

内嵌钢板钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究内嵌钢板钢筋混凝土框架结构的抗震性能,采用2层单跨1/3缩尺模型,设计1榀内嵌钢板钢筋混凝土框架试件和1榀钢筋混凝土框架对比试件。通过低周反复加载试验,研究内嵌钢板钢筋混凝土框架试件破坏机理、滞回性能、刚度退化规律、延性以及耗能能力,并与钢筋混凝土框架进行对比。试验结果表明:内嵌钢板钢筋混凝土框架的破坏机制更加合理,变形能力、抗侧刚度和承载力明显增高;在结构屈服前,梁柱无明显裂缝,钢板二层较一层变形发展充分,主应力沿对角线方向;ABAQUS有限元分析结果和试验结果吻合较好。

装配式钢质耗能铰连接中开孔削弱钢板阻尼器滞回性能研究

提出一种装配式节点钢质耗能铰连接,对其关键部件开孔削弱钢板阻尼器,进行3种开孔削弱形式的试件轴向往复加载试验,考察开孔削弱钢板阻尼器的破坏模态,研究其滞回性能、骨架曲线、承载能力与延性性能等。探讨开孔削弱长度、开孔削弱宽度、宽厚比、厚度方向间隙等参数对钢板阻尼器滞回性能的影响。建立开孔削弱钢板阻尼器的简化力学模型,提出阻尼器滞回本构模型并对本构模型准确性进行验证。结果表明,阻尼器的开孔削弱钢板在开孔削弱处开裂或断裂,避免了面外屈曲的发生,实现塑性耗能与破坏模式可控;阻尼器滞回曲线饱满,承载力均高于297.31 kN,位移延性系数Δ/Δy均大于4.5,表现出良好的耗能能力、承载能力与延性性能;相比菱形开孔,竖缝开孔削弱阻尼器综合力学性能更优,建议开孔削弱长度a/L为0.25~0.55,开孔削弱宽度b/B为0.2~0.5,宽厚比为12.50~15.63,厚度方向间隙不超过2 mm;提出的开孔削弱钢板阻尼器滞回本构模型能准确地模拟阻尼器滞回性能。

用于排架结构的铅剪切阻尼器试验及数值分析

为进一步促进铅阻尼器在工程中的应用,针对常见的排架结构,研制了一种铅剪切阻尼器,通过低周往复加载试验,逐个分析阻尼材料铅的有效剪切面积、受剪区厚度、剪切截面形式、加载位移幅值、加载频率、加载次数等因素对阻尼器耗能性能的影响。试验结果表明,设计的阻尼器的阻尼力—位移滞回曲线饱满,耗能性能良好,符合双线性力学模型,并对试验中两个典型型号的阻尼器进行了数值模拟分析,通过对比数模值和试验值,证明了数值计算模型的实用性,为阻尼器在结构体系中的减震应用奠定了基础。