开孔式加劲阻尼器的消能减震性能研究

论文摘要

开孔式加劲阻尼器(HADAS)是一种新型的位移型加劲阻尼器,主要由多片软钢消能片组成,通过消能片的面外弹塑性滞回变形来大量消耗结构引入的地震能量。它在未屈服前主要为结构提供刚度,屈服后则可进一步增加结构阻尼,提高建筑物的抗震性能,适用于新建建筑和已有建筑的抗震加固工程。因此,本文对HADAS阻尼器的消能减震性能进行了以下研究工作:1、作为本文研究的主要工作,本文设计实施了应用HADAS阻尼器消能减震的框架结构模型振动台试验,获得了该框架模型在不同地震水准作用、不同地震波输入、不同地震作用方向以及安装阻尼器与未装阻尼器等试验工况下的层间位移、楼层加速度、基底剪力等结构反应。从试验现象分析和数据对比可以看出,HADAS阻尼器明显减小了结构的变形和框架柱剪力,有效增加结构的耗能能力,减小甚至避免主体结构在设防地震作用下引起的破坏和损伤。并且通过试验得到的HADAS阻尼器滞回曲线和力学性能参数评价了HADAS阻尼器的滞回耗能性能和对结构抗震性能的影响。2、通过理论推导和有限元分析方法,本文还研究分析了HADAS阻尼器的初始刚度、屈服位移(或屈服力)、抗侧刚度、整体抗扭刚度等力学性能与阻尼器所采用钢材的材性及外观尺寸之间的关系。并且对振动台试验设计采用的阻尼器模型实施了低周反复荷载试验,结果显示阻尼器的滞回曲线饱满、稳定,其极限位移达到35mm,能够满足结构对它的变形能力要求。3、借助SAP2000程序,考虑几何非线性、材料非线性和连接单元非线性,对振动台试验模型进行了动力非线性时程分析,分析和探讨了HADAS阻尼器在框架结构处于弹塑性阶段的消能减震效果。最后,在总结本文内容的基础上,提出了HADAS阻尼器应用于工程实际的若干建议,并简单讨论了需要进一步研究的内容。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 消能减震被动控制技术
• 1.2.1 阻尼器的减震原理
• 1.2.2 阻尼器的分类
• 1.3 国内外加劲阻尼器研究和工程应用的现状
• 1.4 本文研究工作
• 1.5 课题来源
• 1.6 本章小结
• 第2章 HADAS阻尼器的力学性能
• 2.1 引言
• 2.2 HADAS阻尼器主方向的初始刚度、屈服力与屈服位移
• 2.3 HADAS阻尼器次方向的抗侧刚度
• 2.4 HADAS阻尼器的整体抗扭刚度
• 2.5 HADAS阻尼器在变形过程中的应力分析
• 2.6 振动台试验采用HADAS阻尼器的力学性能测试
• 2.6.1 阻尼器性能测试装置和数据采集仪器
• 2.6.2 加载制度与试验现象
• 2.6.3 测试结果和分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 应用 HADAS阻尼器框架结构模型的振动台试验设计
• 3.1 试验采用的钢框架与附加质量
• 3.2 地震输入与工况安排
• 3.2.1 试验输入地震波
• 3.2.2 试验工况安排
• 3.3 测试设备与仪器
• 3.3.1 模拟地震振动台
• 3.3.2 测试设备、仪器及装设位置
• 3.4 阻尼器与框架结构的连接方法和安装步骤
• 3.4.1 连接方法
• 3.4.2 安装步骤简介
• 3.5 无控/有控结构的动力特性
• 3.6 本章小结
• 第4章 应用 HADAS消能框架结构的振动台试验结果与分析
• 4.1 结构试验现象简述
• 4.2 试验数据的分析方法
• 4.2.1 试验数据对比方法
• 4.2.2 罕遇地震作用下有控结构试验数据的分析
• 4.2.3 内力计算方法
• 4.3 试验结构在多遇地震、基本烈度地震作用下的结构反应比较
• 4.3.1 位移反应比较
• 4.3.2 绝对加速度反应比较
• 4.3.3 剪力反应比较
• 4.4 有控结构中HADAS阻尼器的滞回与耗能
• 4.4.1 HADAS阻尼器的滞回
• 4.4.2 HADAS阻尼器的初始刚度、屈服力和屈服位移
• 4.4.3 HADAS阻尼器滞回耗能对结构阻尼的影响
• 4.5 有控结构在罕遇地震作用下的抗震性能评价
• 4.6 本章小结
• 第5章 应用 HADAS消能框架结构模型的非线性动力分析
• 5.1 SAP2000非线性动力时程分析方法简介
• 5.1.1 SAP2000中的非线性类型
• 5.1.2 SAP2000中的非线性动力时程分析方法
• 5.1.3 SAP2000中HADAS阻尼器的力学模拟
• 5.2 应用HADAS阻尼器的框架结构弹塑性时程与减震效果分析
• 5.2.1 无控框架结构的参数识别
• 5.2.2 有控框架和无控框架结构的弹塑性时程分析
• 5.2.3 应用HADAS阻尼器的框架结构在罕遇地震作用下的减震效果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 对设计应用的建议
• 6.3 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录 阻尼器安装图纸
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果