【摘要】：摩擦耗能減震技術(shù)是結(jié)構(gòu)振動控制的重要部分,在工程應(yīng)用中得到了迅速發(fā)展,它利用減震裝置內(nèi)接觸面之間的摩擦來消耗地震輸入能量,從而減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。但傳統(tǒng)意義上的摩擦阻尼器一旦阻尼器結(jié)構(gòu)形式和摩擦材料確定,摩擦阻尼器所產(chǎn)生的摩擦力也隨之確定,其初始滑動力也不會改變。由于地震載荷的不確定性,導(dǎo)致傳統(tǒng)的摩擦阻尼器適應(yīng)能力差,達不到理想的耗能減振效果。因此,本文研發(fā)了一種新型弧面摩擦阻尼器,該阻尼器最大的特點在于其摩擦面為弧面,可以產(chǎn)生變化的阻尼力,而且自適性更強,耗能能力更高。本文采用理論分析、試驗研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,圍繞弧面摩擦阻尼器的力學(xué)模型、性能試驗以及在岸橋上的減震應(yīng)用展開了一系列研究。主要研究工作如下:(1)設(shè)計了一種具有變阻尼力和耗能能力強的新型弧面摩擦阻尼器,并介紹了該阻尼器的結(jié)構(gòu)特點和工作原理,推導(dǎo)出弧面摩擦阻尼器的力學(xué)性能的理論計算公式。采用MATLAB編程對該阻尼器的力學(xué)性能進行了數(shù)值模擬,與傳統(tǒng)摩擦阻尼器相比,其耗能能力更強。(2)開展了弧面摩擦阻尼器的力學(xué)性能試驗。通過對弧面摩擦阻尼器進行循環(huán)加載,得到相同加載位移下重合穩(wěn)定的鞍馬形滯回曲線,穩(wěn)定的阻尼、剛度等動力學(xué)性能和良好的耗能能力,并驗證了弧面摩擦阻尼器的理論模型計算結(jié)果與試驗結(jié)果的一致性和可信性,說明理論計算公式能夠用于預(yù)測阻尼器的力學(xué)性能,可用于阻尼器的設(shè)計。(3)開展了弧面摩擦阻尼器在岸橋上減震應(yīng)用研究。將新型弧面摩擦阻尼器采用翹翹梁式和斜撐式減震方式應(yīng)用到岸橋結(jié)構(gòu),并基于阻尼器的力學(xué)性能試驗結(jié)果提出了簡化三線性模型用于阻尼器的力學(xué)性能的模擬,提出了基于位移和阻尼器的耗能比的起滑力優(yōu)化方法,分析了弧面摩擦阻尼器對岸橋結(jié)構(gòu)的減震效果。仿真分析表明,新型弧面摩擦阻尼器對岸橋結(jié)構(gòu)在地震載荷下的位移響應(yīng)具有明顯的控制效果,尤其是翹翹梁式減震方法,其減震率可以達到61%。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH703.62
【圖文】：

世界上的主要港口是世界航運中心的樞紐，多數(shù)位于地震活動頻繁地帶[1]。而環(huán)太平洋岸線也是世界最大的地震帶分布區(qū)域之一[2]，威脅著港口碼頭的安全使用。岸邊集裝箱起重機（簡稱岸橋）在港口裝卸作業(yè)中起著重要的作用，同時，在地震災(zāi)害中，岸橋結(jié)構(gòu)是最易受到破壞的[3]，然而岸橋結(jié)構(gòu)抗震性能一直被忽視[4]。早期的岸橋結(jié)構(gòu)額定載荷小、尺寸小，在地震載荷作用下會發(fā)生跳脫軌，該響應(yīng)能夠減小結(jié)構(gòu)的地震破壞[5]。然而現(xiàn)代港口對其裝卸速度的提高，導(dǎo)致現(xiàn)有的港口裝箱用的岸橋在額定載荷和外形尺寸方面都有了明顯的提高，主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)重量加重、尺寸增大、軌距增加，使其自身在地震作用下更易發(fā)生破壞[6]。而岸橋一般屬于半客戶定制產(chǎn)品，其生產(chǎn)周期長、成本高，一旦需要對遭受嚴重破壞的岸橋進行維修更換，其時間成本、經(jīng)濟成本將非常高，對港口的災(zāi)后恢復(fù)也會產(chǎn)生巨大不利影響，例如圖 1-1 所示的 1995 年日本神戶港岸橋遭受地震破壞的情況，該港口至今仍未恢復(fù)至震前的運營狀態(tài)[3]。因此，如何采取可靠、有效的耗能減震技術(shù)來提高岸橋結(jié)構(gòu)的抗震性能，是國內(nèi)外學(xué)者探討和研究的熱點。

Shervin Maleki提出了單環(huán)，雙環(huán)和填充圓環(huán)金屬耗能器，如圖 1-2 所示，試驗分析得到了這三種金屬耗能器具備良好的耗能性能。Hiroshi Tagawa[17]提出了在翹翹梁結(jié)構(gòu)上安裝 U 形阻尼器和槽型阻尼器用于結(jié)構(gòu)的振動控制，研究得到了翹翹梁減震系統(tǒng)的水平剛度和屈服強度，并進行了試驗驗證。Daniel R.Teruna[19]試驗研究了三種不同形式的金屬阻尼器的滯回特性，提出了三線型恢復(fù)力模型用于近似模擬阻尼器的滯回特性。Chang-Hwan Lee[20]通過試驗研究了三種不同的過度形狀的條形金屬阻尼器的應(yīng)力集中減小程度，結(jié)果表明阻尼器的延性提高了 1.13-1.75，耗能能力提高了 1.27-2.36。彭凌云[21]提出了一種新型剪切型鉛阻尼器，采用試驗和數(shù)值方法研究了這種耗能器的滯回性能。李宗京[22]提出了具有良好滯回耗能能力的開洞軟鋼板阻尼器，試驗結(jié)果表明該耗能器能夠優(yōu)化耗能板上的應(yīng)力分布，具有低周疲勞特性。鄭杰[23]推導(dǎo)了豎縫式墻型軟鋼耗能器的力學(xué)計算公式，研究顯示該阻尼器具有良好的耗能能力。沈星[24]設(shè)計了一種新型金屬阻尼器來滿足橋梁的抗震性能需求，研究表明該耗能器具有良好的滯回特性。項乃亮[25]用 X 形彈塑性耗能器取代擋塊來提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，研究得到該方法能夠有效控制結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。

圖 1-3 翹翹梁減震系統(tǒng)性阻尼器性阻尼器是工程實際應(yīng)用中最為廣泛的阻尼器之一又具有粘性性質(zhì)，在受到交變應(yīng)力作用產(chǎn)生變形時的雙重特性，所以用這種阻尼器既能控制結(jié)構(gòu)的地性。Yasser E. Ibrahim[29]設(shè)計了一種復(fù)合阻尼器，該尼）和兩塊鋼片組成，并提出了阻尼器的簡化數(shù)學(xué)了簡化模型的準確性，將其應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)上能有響應(yīng)。蘇毅[30]采用試驗方法分析了筒式粘彈性阻尼該阻尼器具備良好的抗老化和抗疲勞性能，并能夠豎向位移響應(yīng)和加速度。Jae-Do Kang[31]設(shè)計了一種震系統(tǒng)，該裝置解決了拉桿屈曲變形問題，并能夠器消耗更多的能量，并且分析得到該系統(tǒng)能夠很好[32]

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 項乃亮;李建中;;非規(guī)則梁橋橫向X形彈塑性阻尼器合理參數(shù)分析[J];同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年07期

2 吳從曉;徐昕;周云;張超;;扇形鉛粘彈性阻尼器恢復(fù)力模型及設(shè)計方法研究[J];振動與沖擊;2015年12期

3 李哲;王貢獻;胡勇;胡吉全;;改進的瑞利阻尼系數(shù)計算方法在岸橋結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析中的應(yīng)用[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年06期

4 李哲;王貢獻;胡吉全;;集裝箱起重機模態(tài)實驗中的新型測點優(yōu)化布置法[J];起重運輸機械;2015年01期

5 沈星;倪曉博;葉愛君;;橋梁新型橫向金屬阻尼器研究[J];振動與沖擊;2014年21期

6 李哲;胡吉全;王東;;地震載荷作用下岸橋結(jié)構(gòu)單參數(shù)畸變相似模型研究[J];振動與沖擊;2014年20期

7 李哲;王貢獻;胡勇;胡吉全;;基于不同相似律下岸橋縮比模型動力學(xué)相似研究[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報;2014年05期

8 鄭杰;李愛群;;豎縫式墻型阻尼器力學(xué)性能及減震效果研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年01期

9 李宗京;黃鎮(zhèn);李愛群;;新型開洞軟鋼板阻尼器的理論及試驗研究[J];東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年02期

10 楊安;金玉龍;;大型岸邊起重機的地震振動臺試驗研究[J];中國機械工程;2013年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 路世青;岸邊集裝箱起重機地震動態(tài)行為與抗震設(shè)計分析方法研究[D];武漢理工大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 紀巖;岸邊集裝箱起重機地震動力響應(yīng)分析[D];武漢理工大學(xué);2012年

2 成旭金;大型集裝箱起重機地震激勵方法研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

本文編號：2760466