装配式复合型金属阻尼器设计、理论分析与减震性能试验

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减隔震是一种经济有效的工程结构振动控制技术,通过隔离或耗散地震输入结构的能量来保证工程结构及人员、财产的安全。为能在耗散地震能量的同时便于工程安装和震后受损部件的更换,本文结合软钢屈服耗能与板件间摩擦耗能的优点,设计了3种建筑、桥梁用装配式复合型金属减震装置,同时为验证设计的合理性,进行了理论分析、数值模拟和试验研究。论文主要研究内容和成果如下:首先,针对桥梁结构的减震问题,设计制作了一种装配式摩擦-软钢耗能支座,结合软钢双线性恢复力模型与摩擦板件弹塑性恢复力模型,提出了支座的理论恢复力模型并进行滞回性能试验,得到支座实测滞回曲线、骨架曲线、等效阻尼比及刚度退化曲线,验证了支座具有良好的滞回耗能功能。此外,基于等效阻尼比提出了承载力占比系数,以更准确评估支座的耗能性能,同时通过有限元模拟分析支座的滞回特性,与试验数据、理论计算进行交叉验证。其次,针对建筑结构的减震问题,设计制作了一种装配式旋转摩擦-软钢复合位移型阻尼器。建立了复合阻尼器的简化计算模型,结合软钢与摩擦板件恢复力模型提出了复合位移型阻尼器的完整恢复力模型,以及无软钢棒或高强螺栓预紧力情况下的分部恢复力模型。按有无圆形摩擦板及软钢棒建立4个阻尼器模型,通过压剪试验机进行水平剪切试验,以测定阻尼器的摩擦系数及水平滞回性能,分析对比实测滞回曲线、骨架曲线、延性系数及刚度退化曲线等,进而验证理论模型的正确性。随后开展有限元模拟,与试验数据、理论计算进行交叉验证。接着,为验证旋转摩擦-软钢复合位移型阻尼器的应用效果,将其安装于1榀钢框架上并进行水平拟静力往复加载试验,得到试验恢复力曲线、框架柱应变变化及破坏形态,并与1榀无阻尼器钢框架的耗能性能进行对比。与此同时,通过有限元模拟分析无阻尼器及含阻尼器钢框架的滞回性能。研究结果表明,装配式旋转摩擦-软钢复合位移型阻尼器可有效提升框架结构的抗震性能。最后,设计制作了一种简易的装配式软钢阻尼器,基于软钢棒刚度一致假定及软钢棒部分刚度无穷大假定,结合双线性模型建立2种理论计算模型,并提出阻尼器核心性能参数的理论计算公式。同时通过有限元模拟对11种不同变形段及软钢棒直径的阻尼器进行参数分析,验证理论计算的正确性。结合装配式软钢阻尼器的初步试验结果,发现这种阻尼器在小位移作用下具有较好的耗能性能。
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