【摘要】：自復(fù)位耗能器是一種新型的減震裝置,該裝置在結(jié)構(gòu)中不但能起到普通支撐和耗能器的作用,而且在震后能使結(jié)構(gòu)復(fù)位到初始位置或者彈性變形范圍內(nèi),可有效減小或者避免結(jié)構(gòu)的殘余變形。然而,由于其構(gòu)造繁瑣、受力性能復(fù)雜、安裝精度要求高、有時存在預(yù)應(yīng)力損失等不足,導(dǎo)致實際工程中難以推廣應(yīng)用。因此,本文提出了一種新型碟形彈簧自復(fù)位耗能器,對其進(jìn)行理論分析,采用ABAQUS建立了有限元模型,并對該自復(fù)位耗能器進(jìn)行變參分析,研究了該耗能器的耗能性能和復(fù)位性能,最后對設(shè)置該耗能器的多層鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行反應(yīng)譜分析和時程分析。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)提出了一種新型碟形彈簧自復(fù)位耗能器,主要由耗能裝置、復(fù)位裝置和傳位裝置3部分組成,介紹了該耗能器的構(gòu)造組成、組裝方式、工作過程和設(shè)計流程,建立了耗能裝置、復(fù)位裝置和該耗能器的理論力學(xué)模型。(2)利用ABAQUS軟件建立該碟形彈簧自復(fù)位耗能器的有限元模型,將數(shù)值模擬結(jié)果與理論分析的計算結(jié)果進(jìn)行對比分析,結(jié)果表明:兩種曲線吻合較好,驗證了有限元模型建立的合理性。(3)研究對拉螺栓預(yù)緊力、對拉螺栓垂直間距、H型滑動主板端板的厚度、外摩擦板與H型滑動主板的接觸面積、圓形內(nèi)套筒壁厚五個參數(shù)對碟形彈簧自復(fù)位耗能器的復(fù)位性能和耗能性能的影響。分析結(jié)果表明:H型滑動主板端板厚度、圓形內(nèi)套筒壁厚和外摩擦板與H型滑動主板的接觸面積對該耗能器耗能性能影響不明顯,但是對復(fù)位性能影響較大,且隨著端板厚度、套筒壁厚和接觸面積的增加,復(fù)位性能逐漸增加,最后趨于穩(wěn)定;隨著對拉螺栓預(yù)緊力的增加,耗能性能增加,但復(fù)位性能逐漸減小;隨著對拉螺栓間距的減小,耗能性能先增加后減小。(4)運(yùn)用SAP2000軟件分別對原鋼框架結(jié)構(gòu)、設(shè)置普通支撐的鋼框架結(jié)構(gòu)以及設(shè)置該碟形彈簧自復(fù)位耗能器的鋼框架結(jié)構(gòu)分別建立模型,進(jìn)行反應(yīng)譜分析,比較三種結(jié)構(gòu)的抗震性能。結(jié)果表明:設(shè)置了本文提出的碟形彈簧自復(fù)位耗能器框架結(jié)構(gòu)的耗能效果最優(yōu)。(5)選用Ⅱ類場地條件下兩條實際記錄地震波和一條人工波,分別對原鋼框架結(jié)構(gòu)、設(shè)置普通支撐的鋼框架結(jié)構(gòu)以及設(shè)置該碟形彈簧自復(fù)位耗能器的鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的時程分析,研究了三種結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)最大頂點位移、結(jié)構(gòu)最大頂點加速度兩個參數(shù)。結(jié)果表明:設(shè)置碟形彈簧自復(fù)位耗能器的鋼框架結(jié)構(gòu)和設(shè)置普通支撐的鋼框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)最大頂點位移比原鋼框架的分別平均減小71.18%和46.90%;設(shè)置碟形彈簧自復(fù)位耗能器的鋼框架結(jié)構(gòu)的頂點位移和結(jié)構(gòu)頂點加速度比設(shè)置普通支撐的鋼框架結(jié)構(gòu)的分別平均減小45.72%和13.93%;碟形彈簧自復(fù)位耗能器可以有效減小鋼框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)頂點位移。(6)分別對設(shè)置碟形彈簧自復(fù)位耗能器的鋼框架結(jié)構(gòu)、設(shè)置普通支撐的鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震作用下的時程分析,研究了兩種結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)最大頂點位移、結(jié)構(gòu)最大頂點加速度兩個參數(shù)。結(jié)果表明:設(shè)置碟形彈簧自復(fù)位耗能器的鋼框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)頂點位移和結(jié)構(gòu)頂點加速度比設(shè)置普通支撐的鋼框架結(jié)構(gòu)的平均減小46.16%和23.32%;設(shè)置碟形彈簧自復(fù)位耗能器的鋼框架結(jié)構(gòu)比設(shè)置普通支撐的鋼框架更能有效減小鋼框架結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。
【圖文】：

(d)圖 1.1 自復(fù)位耗能器工作過程簡圖復(fù)位耗能器的研究現(xiàn)狀05 年，Tremblay[10]等研究施加預(yù)應(yīng)力的混凝土梁的性能，發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力能夠殘余變形。該次研究發(fā)現(xiàn)啟發(fā)了他將預(yù)應(yīng)力應(yīng)用到傳統(tǒng)耗能器上的想法，傳統(tǒng)耗能器的特性，設(shè)計了一種新型預(yù)應(yīng)力自復(fù)位耗能器，這是最初的自計原理。由于自復(fù)位耗能器不但擁有傳統(tǒng)耗能器優(yōu)良的耗能性能，還兼具點，能夠減小或者避免結(jié)構(gòu)的殘余變形，因此自復(fù)位耗能器的研究受到國睞。復(fù)位耗能器分類依據(jù)有很多種，其中，按照耗能形式不同可以分為，自復(fù)器、自復(fù)位防屈曲耗能器和自復(fù)位粘滯阻尼耗能器這三種類型。由于目前滯阻尼耗能器的文獻(xiàn)不足，下面只介紹自復(fù)位摩擦型耗能器和自復(fù)位防屈

一旦耗能裝置受力超過預(yù)應(yīng)力筋的極限彈性應(yīng)力，則自復(fù)位支撐就會存在殘余變形。針對以上自復(fù)位材料的缺點，周中哲[16~17]于 2012 年提出一種新型的全鋼雙核心自復(fù)位支撐，采用雙重復(fù)位裝置設(shè)置，相當(dāng)于并聯(lián)兩束預(yù)應(yīng)力筋，，可以在保持預(yù)應(yīng)力不變的情況下預(yù)應(yīng)力筋的變形減小一倍。制作了 3 個足尺的 SCB 試件進(jìn)行了往復(fù)加載試驗，在層間位移角加載到 2%時，預(yù)應(yīng)力筋拉應(yīng)變保持在 1.07%以內(nèi)，且此時支撐軸力已達(dá)1000kN。結(jié)果表明雙重復(fù)位裝置不但能夠在保證一定軸向壓力下減小預(yù)應(yīng)力筋變形，而且能夠有效的減小自復(fù)位耗能器的殘余變形。當(dāng)對試件進(jìn)行破壞實驗時，該種支撐的破壞形式主要有預(yù)應(yīng)力筋拉出和斷裂，因此對于預(yù)應(yīng)力筋的錨固與選取應(yīng)綜合考慮。2012 年 Osman E Ozbulut 和 Stefan Hurlebaus 提出一種新型的半主動控制的摩擦型自復(fù)位耗能器[18](圖 1.2)。該支撐在螺栓與摩擦板之間設(shè)置應(yīng)變片，通過改變摩擦板阻力的大小實現(xiàn)半主動控制，并研究了設(shè)置該支撐的 20 層框架結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。結(jié)果表明：該支撐能根據(jù)地震的大小敏捷的控制滑動摩擦力的大小，從而有效消的除結(jié)構(gòu)的殘余變形。
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU391;TU352.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2641644