波形软钢阻尼器的滞回性能试验研究及其有限元分析

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金属阻尼器由于具有初始刚度大、滞回性能好、且结构简单等优点,常被应用于结构的特定部位,是耗能减震技术中最有效的方法之一。波形钢板作为一种由平钢板冷轧加工成型的新型板材,具有平面外刚度大、稳定性好、弹性屈曲承载力高等优点,而低屈服点钢的变形能力强、强度稳定、疲劳性能好。因此,本文将两者相结合,提出了一种新型的波形软钢阻尼器,利用试验研究与数值模拟,研究其受力性能、不同参数对其性能的影响以及其在钢框架的减震作用。主要研究内容和所取得的研究成果如下:(1)提出了两种不同构造形式的波形软钢阻尼器,概括介绍了其构造特点,其耗能板由BLY160低屈服点钢制成。为研究波形软钢阻尼器的受力性能,对其进行了循环荷载下的拟静力试验,并以耗能板由普通Q235钢制成的波形钢板阻尼器作对比;主要分析了各阻尼器的试验现象以及受力机理,并对各阻尼器的滞回性能、承载力、耗能能力、变形能力、等效刚度和承载力退化以及耗能板的应变等进行了分析和讨论。(2)将两种波形软钢阻尼器的受力性能进行对比。通过研究发现,波形软钢阻尼器的耗能能力优良,承载力稳定;相比之下,横向波形软钢阻尼器的耗能能力和延性性能更佳,而竖向波形软钢阻尼器具有较大的初始刚度和承载力,其刚度退化较快;此外,与耗能板由普通Q235钢制成的波形钢板阻尼器相比,两种构造形式的波形软钢阻尼器均具有较好的延性性能。(3)本文采用ABAQUS对各阻尼器进行建模分析,并与试验对比,对模型的准确性进行验证;为拓展分析耗能板的厚度,腹板的波角、波长、高宽比,翼缘板与腹板的厚度比以及初始缺陷率对阻尼器性能的影响建立了36个模型。分析结果表明:横向波形软钢阻尼器的耗能能力、承载力与耗能板的厚度、翼缘板和腹板厚度比成正比,与腹板的高宽比成反比;此外,随着腹板的波角的减小和波长的增大,阻尼器的耗能能力随之上升,但其承载力和初始刚度有所下降。对于竖向波形软钢阻尼器,其承载力和耗能能力与耗能板的厚度、波长、翼缘板和腹板的厚度比成正比,与腹板的波角、高宽比成反比;此外,其刚度与耗能板的厚度成正比,与高宽比成反比;而波角、波长、厚度比等因素对其刚度的影响均较小。相比之下,竖向波形软钢阻尼器对于初始缺陷更加敏感。(4)将耗能能力和延性均较好的阻尼器安装在钢框架中,并对其进行多遇和罕遇情况下的弹塑性地震反应分析。结果表明:两种波形软钢阻尼器均能够有效的减小钢框架的顶层水平位移和各层间的位移角,具有良好的减震效果;其中,横向波形软钢阻尼器基本能够满足在钢框架中的工作要求。
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