本文選題：金屬阻尼器　切入點(diǎn)：力學(xué)性能　出處：《東南大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：結(jié)構(gòu)的消能減震技術(shù)作為一種被動(dòng)控制技術(shù),以其有效、安全、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于新建結(jié)構(gòu)、抗震加固及震后修復(fù)結(jié)構(gòu)中。在經(jīng)歷較大地震作用時(shí),安裝在結(jié)構(gòu)中的消能元件率先進(jìn)入非彈性狀態(tài),產(chǎn)生較大阻尼,大量消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量,從而減小主體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的損傷破壞。本文在已有研究的基礎(chǔ)上,提出了一種新型的曲面鋼板阻尼器,該阻尼器具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、受力性能明確、穩(wěn)定性良好的特點(diǎn)。圍繞曲面鋼板阻尼器的力學(xué)性能、安裝該阻尼器的混凝土剪力墻和鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能及消能減震結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究,主要研究?jī)?nèi)容和所取得的主要成果如下：(1)研發(fā)了一種新型的曲面鋼板阻尼器。根據(jù)理論知識(shí),推導(dǎo)了該阻尼器的彈性剛度、屈服強(qiáng)度和屈服位移的計(jì)算公式。利用數(shù)值模擬建立曲面鋼板阻尼器模型,對(duì)阻尼器各參數(shù)對(duì)其性能的影響規(guī)律進(jìn)行了分析,鋼板厚度和圓弧半徑對(duì)阻尼器的彈性剛度、屈服荷載和屈服位移均有影響,而鋼板寬度對(duì)阻尼器的彈性剛度和屈服荷載有影響,對(duì)屈服位移無(wú)影響。對(duì)曲面鋼板阻尼器進(jìn)行應(yīng)力分析,得到了曲面鋼板阻尼器的應(yīng)力分布情況,其中圓弧末端區(qū)域應(yīng)力較大,圓弧頂端區(qū)域應(yīng)力較小。(2)開展了曲面鋼板阻尼器試件的力學(xué)性能試驗(yàn)研究。經(jīng)過(guò)對(duì)四組曲面鋼板阻尼器試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)加載和疲勞加載后,得到的滯回曲線飽滿,無(wú)捏縮現(xiàn)象,阻尼器鋼板無(wú)明顯裂縫。在試驗(yàn)過(guò)程中,阻尼器的性能指標(biāo)未出現(xiàn)明顯下降,經(jīng)計(jì)算阻尼器的延性系數(shù)和耗能系數(shù)均較大,說(shuō)明曲面鋼板阻尼器具有穩(wěn)定的滯回性能、良好的耗能能力和很好的塑性變形能力。數(shù)值分析的滯回曲線與試驗(yàn)結(jié)果能夠較好的吻合,且與理論分析得到的力學(xué)性能參數(shù)相一致,根據(jù)試驗(yàn)值、數(shù)值模擬值和理論計(jì)算值,確定曲面鋼板阻尼器計(jì)算公式中的系數(shù),最終得到阻尼器力學(xué)性能的完整計(jì)算公式。(3)開展了帶有曲面鋼板阻尼器的混凝土剪力墻的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究。提出將混凝土墻體開設(shè)縫槽、在縫槽中設(shè)置曲面鋼板阻尼器的新型剪力墻形式,以增加剪力墻的延性及耗能能力。制作了新型減震剪力墻試件DSW和普通混凝土剪力墻試件SW,施加相同的豎向壓力,進(jìn)行水平力和位移加載。試件DSW的裂縫主要集中在墻肢的上、下端部,試件SW的裂縫由墻體底部向上發(fā)展,屬于剪切斜向裂縫。試件DSW的滯回曲線更飽滿,延性系數(shù)和耗能系數(shù)更大。通過(guò)應(yīng)力分析可知,試件DSW的阻尼器逐步進(jìn)入屈服,說(shuō)明阻尼器參與耗散部分能量。利用數(shù)值分析與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,骨架曲線和受力特點(diǎn)均與試驗(yàn)情況一致。因此,帶有曲面鋼板阻尼器的混凝土剪力墻具有更好的變形能力、更穩(wěn)定的耗能性能。(4)開展了安裝曲面鋼板阻尼器的鋼框架模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究。確定了鋼框架模型主要參數(shù)的相似比例關(guān)系,設(shè)計(jì)了1：3的縮尺模型,分別輸入El-Centro波、Taft波和Washington波,進(jìn)行了8度(0.3g)多遇地震、設(shè)防地震、罕遇地震及9度罕遇地震的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。帶有阻尼器的鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)為工況1,鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)為工況2,工況1的結(jié)構(gòu)頻率明顯大于工況2,隨著地震波輸入加速度峰值的增大,結(jié)構(gòu)頻率有減小的趨勢(shì),說(shuō)明阻尼器在此過(guò)程中屈服后剛度發(fā)生變化。阻尼器對(duì)加速度、位移均有明顯的控制作用。隨地震加速度峰值增大,阻尼器的滯回面積逐步變大,參與耗散更多的地震能量,且底層的阻尼器比上層阻尼器先進(jìn)入屈服。利用SAP2000軟件對(duì)工況1和工況2進(jìn)行模擬,與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合度較好。(5)提出了一種用于減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的自適應(yīng)加速遺傳算法。通過(guò)經(jīng)典數(shù)學(xué)模型的測(cè)試,表明所提出的自適應(yīng)加速遺傳算法具有收斂效果好、誤差小和收斂速度快的特點(diǎn)。利用此方法對(duì)金屬阻尼器的位置進(jìn)行優(yōu)化,采用位移、加速度雙指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù),能夠較好的得出阻尼器相應(yīng)的最優(yōu)布置,從而達(dá)到充分發(fā)揮阻尼器的減震效用的目的。對(duì)消能減震結(jié)構(gòu)中的屈服位移比和剛度比進(jìn)行參數(shù)分析,確定了其最優(yōu)取值范圍。(6)研究了消能減震結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法。分析并確定了“使用良好”、“生命安全”和“防止倒塌”三個(gè)性能水準(zhǔn),推導(dǎo)了采用金屬阻尼器的消能減震結(jié)構(gòu)等效阻尼比公式。以八層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為例,進(jìn)行了基于位移的全過(guò)程設(shè)計(jì),并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力時(shí)程分析的驗(yàn)證,結(jié)果證明基于位移設(shè)計(jì)的消能減震結(jié)構(gòu)是安全的,所提出的方法可行,能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的性態(tài)設(shè)計(jì)要求。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU352.1

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