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

【摘要】：自復(fù)位耗能支撐通常采用形狀記憶合金、預(yù)應(yīng)力筋等提供恢復(fù)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(fù)到初始位置,預(yù)應(yīng)力筋彈性變形較小,工程應(yīng)用受到限制。為此,本文提出一種用組合碟簧提供復(fù)位力、永久磁鐵產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)、充分利用磁流變(Magnetorheological,簡(jiǎn)稱MR)流體的流變性能耗散地震輸入能量的自復(fù)位阻尼耗能支撐,通過(guò)改變碟簧的組合形式滿足支撐對(duì)剛度、變形、恢復(fù)力的設(shè)計(jì)要求,從而滿足結(jié)構(gòu)對(duì)層間位移、抗側(cè)剛度的需求。本文對(duì)自復(fù)位阻尼耗能支撐的抗震性能進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究,建立了能夠準(zhǔn)確描述支撐滯回特性雙Bouc-Wen恢復(fù)力模型,主要內(nèi)容如下:(1)研制一種新型自復(fù)位阻尼耗能支撐,對(duì)其構(gòu)造和各受力階段的性能進(jìn)行了分析。根據(jù)支撐導(dǎo)向軸和內(nèi)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(jì)算模型。(2)對(duì)長(zhǎng)為1.5m、庫(kù)侖阻尼力為200kN的自復(fù)位阻尼耗能支撐進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬分析,研究了在不同頻率、振幅正弦激勵(lì)、不同碟簧初始預(yù)壓力、不同碟簧組合剛度下自復(fù)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(shù)變化規(guī)律。支撐滯回曲線呈飽滿旗形,支撐的耗能和恢復(fù)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(jì)算模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)體單元有限元模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,滯回曲線吻合較好,恢復(fù)力和耗能最大誤差在10%以內(nèi),表明分段計(jì)算模型可以精確描述支撐的滯回特性,對(duì)支撐參數(shù)設(shè)計(jì)提供重要參考。(3)加工組裝了長(zhǎng)為1.5m的自復(fù)位阻尼耗能支撐,對(duì)支撐的耗能系統(tǒng)進(jìn)行了不同頻率、振幅正弦激勵(lì)下試驗(yàn),試驗(yàn)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(duì)不同碟簧初始預(yù)壓下的自復(fù)位阻尼耗能支撐構(gòu)件進(jìn)行不同頻率、振幅正弦激勵(lì)下動(dòng)力試驗(yàn)。支撐滯回曲線呈穩(wěn)定飽滿旗形,碟簧初始預(yù)壓力大于耗能系統(tǒng)阻尼力時(shí)幾乎沒(méi)有殘余變形,碟簧預(yù)壓力與阻尼力相等時(shí),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(jié)束后,支撐仍可以恢復(fù)到平衡位置,表明支撐的復(fù)位能力不受粘滯阻尼力增大的影響;碟簧初始預(yù)壓力小于耗能系統(tǒng)庫(kù)倫阻尼力時(shí),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(jié)構(gòu)非線性分析中的動(dòng)力特性,對(duì)傳統(tǒng)Bouc-Wen模型進(jìn)行了改進(jìn),建立了適用于自復(fù)位阻尼耗能支撐的恢復(fù)力計(jì)算模型,并在Simulink環(huán)境下對(duì)改進(jìn)的雙Bouc-Wen模型進(jìn)行仿真分析,將仿真結(jié)果與支撐有限元模擬分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)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(jù)支撐雙Bouc-Wen模型得到的滯回曲線與試驗(yàn)滯回曲線進(jìn)行了對(duì)比,兩者高度吻合,最大誤差為9.8%,平均誤差均在5%以內(nèi),表明所建立的雙Bouc-Wen模型可以準(zhǔn)確描述自復(fù)位阻尼耗能支撐的滯回特性。(5)基于OpenSees平臺(tái),對(duì)改進(jìn)的雙Bouc-Wen模型進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),并對(duì)采用自復(fù)位阻尼耗能支撐和普通防屈曲支撐的9層Benchmark鋼框架結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了抗震性能對(duì)比分析。二次開(kāi)發(fā)后的雙Bouc-Wen模型可以很好的描述自復(fù)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(jié)構(gòu)相比,自復(fù)位阻尼耗能支撐結(jié)構(gòu)最大層間位移角均值減小11.54%,與原鋼框架結(jié)構(gòu)相比,最大層間位移角均值減小53.3%。此外,自復(fù)位阻尼耗能支撐結(jié)構(gòu)殘余變形相比原鋼框架結(jié)構(gòu)減小了 95%以上,相比防屈曲支撐結(jié)構(gòu)減小了 85%,自復(fù)位阻尼耗能支撐具備良好的耗能能力和自恢復(fù)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(hào)：1488475