本文關鍵詞： 自復位阻尼耗能支撐 性能試驗 Bouc-Wen模型 滯回特性 抗震性能 殘余變形　出處：《北京交通大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：自復位耗能支撐通常采用形狀記憶合金、預應力筋等提供恢復力,而形狀記憶合金的熱彈性馬氏體受溫度影響明顯,變形后需要加熱才能恢復到初始位置,預應力筋彈性變形較小,工程應用受到限制。為此,本文提出一種用組合碟簧提供復位力、永久磁鐵產生恒定磁場、充分利用磁流變(Magnetorheological,簡稱MR)流體的流變性能耗散地震輸入能量的自復位阻尼耗能支撐,通過改變碟簧的組合形式滿足支撐對剛度、變形、恢復力的設計要求,從而滿足結構對層間位移、抗側剛度的需求。本文對自復位阻尼耗能支撐的抗震性能進行了理論分析和試驗研究,建立了能夠準確描述支撐滯回特性雙Bouc-Wen恢復力模型,主要內容如下:(1)研制一種新型自復位阻尼耗能支撐,對其構造和各受力階段的性能進行了分析。根據支撐導向軸和內管變形、碟簧雙折線模型及MR流體的Bingham模型建立了描述支撐受力性能的分段計算模型。(2)對長為1.5m、庫侖阻尼力為200kN的自復位阻尼耗能支撐進行了有限元數值模擬分析,研究了在不同頻率、振幅正弦激勵、不同碟簧初始預壓力、不同碟簧組合剛度下自復位阻尼耗能支撐的滯回特性及耗能能力、等效粘滯阻尼比等抗震參數變化規(guī)律。支撐滯回曲線呈飽滿旗形,支撐的耗能和恢復力增量與加載振幅增量成正比;隨著加載頻率增加,同位移下的滯回圈更加飽滿,等效粘滯阻尼比隨著加載位移的增大穩(wěn)定減小,表明支撐具備良好的滯回特性和穩(wěn)定耗能能力。將分段計算模型計算結果與實體單元有限元模擬結果進行了對比,滯回曲線吻合較好,恢復力和耗能最大誤差在10%以內,表明分段計算模型可以精確描述支撐的滯回特性,對支撐參數設計提供重要參考。(3)加工組裝了長為1.5m的自復位阻尼耗能支撐,對支撐的耗能系統(tǒng)進行了不同頻率、振幅正弦激勵下試驗,試驗表明耗能系統(tǒng)的滯回曲線飽滿,耗能穩(wěn)定,阻尼力隨著加載頻率、振幅的增加而變大,最大粘滯阻尼力占最大阻尼力的40%左右。對不同碟簧初始預壓下的自復位阻尼耗能支撐構件進行不同頻率、振幅正弦激勵下動力試驗。支撐滯回曲線呈穩(wěn)定飽滿旗形,碟簧初始預壓力大于耗能系統(tǒng)阻尼力時幾乎沒有殘余變形,碟簧預壓力與阻尼力相等時,隨著加載頻率和振幅的增大支撐殘余變形逐漸變大,加載結束后,支撐仍可以恢復到平衡位置,表明支撐的復位能力不受粘滯阻尼力增大的影響;碟簧初始預壓力小于耗能系統(tǒng)庫倫阻尼力時,支撐存在較大的殘余變形,最大殘余變形占最大變形的45%。支撐的耗能能力隨著位移和加載頻率的增大呈非線性增加,粘滯耗能占總耗能的40%左右,具有良好的耗能特性和穩(wěn)定性。(4)為精確模擬支撐在結構非線性分析中的動力特性,對傳統(tǒng)Bouc-Wen模型進行了改進,建立了適用于自復位阻尼耗能支撐的恢復力計算模型,并在Simulink環(huán)境下對改進的雙Bouc-Wen模型進行仿真分析,將仿真結果與支撐有限元模擬分析結果進行了對比,仿真得到的滯回曲線和有限元模擬得到的滯回曲線吻合較好,承載力和耗能誤差控制在10%。根據支撐雙Bouc-Wen模型得到的滯回曲線與試驗滯回曲線進行了對比,兩者高度吻合,最大誤差為9.8%,平均誤差均在5%以內,表明所建立的雙Bouc-Wen模型可以準確描述自復位阻尼耗能支撐的滯回特性。(5)基于OpenSees平臺,對改進的雙Bouc-Wen模型進行二次開發(fā),并對采用自復位阻尼耗能支撐和普通防屈曲支撐的9層Benchmark鋼框架結構模型進行了抗震性能對比分析。二次開發(fā)后的雙Bouc-Wen模型可以很好的描述自復位阻尼耗能支撐旗形滯回特性,在PGA為0.6g的5種地震作用下,與防屈曲支撐結構相比,自復位阻尼耗能支撐結構最大層間位移角均值減小11.54%,與原鋼框架結構相比,最大層間位移角均值減小53.3%。此外,自復位阻尼耗能支撐結構殘余變形相比原鋼框架結構減小了 95%以上,相比防屈曲支撐結構減小了 85%,自復位阻尼耗能支撐具備良好的耗能能力和自恢復性。
[Abstract]:Since the reduction of energy dissipation usually uses shape memory alloy, prestressed tendons provide restoring force, and the thermal elastic martensitic shape memory alloy is significantly influenced by temperature, heating to return to the initial position after deformation, the elastic deformation of prestressed reinforcement is smaller, engineering application is limited. Therefore, this paper presents a combination disk spring provide reset force of permanent magnet produces a constant magnetic field, make full use of the magneto rheological (Magnetorheological, referred to as MR) support self reset damping energy dissipation of seismic energy rheological properties of fluid, meet support deformation on the stiffness, through a combination of formal change of the disc spring, the design requirements of the restoring force, so as to meet the structure of the interlayer displacement, lateral the stiffness of the demand. This paper carries out theoretical analysis and experimental study on seismic performance of supporting self reset damping energy, was established to accurately describe the hysteretic characteristics of double Bouc- Wen鎭㈠鍔涙ā鍨，

本文編號：1488475