摩擦阻尼器的研制与应用

论文摘要

摩擦阻尼器由于具有结构简单、耗能能力强、不受荷载频率影响等特点,在建筑工程中得到了广泛的应用。传统的摩擦阻尼器往往只具有单一起滑力,很难兼顾中震与大震对阻尼器性能的要求。本文主要介绍了一种新型变摩擦阻尼器,其通过独特的“弹簧-坡面”机构实现了变摩擦半主动控制。现有摩擦阻尼器存在着诸如出力小,耐久性差等不足。本文结合实际需要提出了新型摩擦阻尼器的研制目标,包括耐久性好,变摩擦,出力大等。原创性地提出了一种“弹簧-坡面”原型机构,可以通过调整坡面角度与弹簧刚度使摩擦力与变形成正比,即实现了变摩擦的半主动控制效果。利用“弹簧-坡面”原型机构,根据工程具体需要不同,设计出了“平板”式、“摩擦铰”式、“套筒支撑”式、和“剪切型”变摩擦阻尼器,并推导出以“弹簧-坡面”机构为原型的变摩擦阻尼器理论出力公式。通过调整坡面段与平面段的比例可以实现三角形滞回曲线和“狗骨形”滞回曲线,改变了传统阻尼器起滑力单一的弱点,碟形弹簧的使用降低了螺栓松弛蠕变对预紧力损失的影响,坡面段的设置可以保证在减震效果相同的情况下,降低起滑力,从而降低预紧力,减少螺栓松弛,保证了阻尼器的耐久性。本文对板式变摩擦阻尼器试件进行实验研究,包括等位移增量滞回循环实验、最大变形滞回循环实验,不同起滑力下阻尼器滞回性能实验等。将实验结果与理论分析作对比,实验结果与理论解基本吻合,本文探讨了理论解与真实解之间误差产生的可能原因,坡面上钢板变形消耗了碟形弹簧的变形量,从平面滑动向坡面滑动转换过程中,坡面间有一个逐步夹紧的过程,进而导致了实验解略小于理论解。本文着重对变摩擦阻尼器所产生的三角形滞回曲线和“狗骨形”滞回曲线的减震性能进行数值模拟分析,首先研究了三角形滞回曲线自由振动下的解析解、等效周期、等效阻尼比等性能参数的确定方法。增加三角形滞回曲线单元,结构的等效阻尼比将增大,最大位移将减小,结构刚度随变形变化而变化,具有半主动控制的特征。其次对一单自由度结构,分别设置三角形滞回曲线单元和“狗骨形”滞回曲线单元,进行非线性时程分析。探讨了几种滞回曲线在时程分析时可能遇到的几种拐点,及其处理方法,编写了非线性动力时程分析程序。改变滞回单元参数,考察各参数对阻尼器减震效果的影响。通过分析,在小震、中震作用下,矩形滞回曲线单元与“狗骨形”滞回曲线单元具有相同的减震效果；在大震作用下,“狗骨形”滞回曲线单元具有更好的减震效果。适当调整“狗骨形”滞回曲线参数,可较好地照顾小震、中震、大震下结构减震的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 位移型阻尼器发展历程
• 1.1.1 软钢阻尼器
• 1.1.2 防屈曲支撑阻尼器
• 1.1.3 摩擦阻尼器
• 1.2 新型阻尼器研究的方向
• 1.3 摩擦阻尼器研究现状
• 1.3.1、摩擦理论基础
• 1.3.2、PALL系列摩擦阻尼器
• 1.3.3、EDR系列摩擦阻尼器
• 1.3.4、摩擦阻尼器的新发展
• 1.3.5、半主动摩擦阻尼器的研究
• 1.4 结论
• 第二章 新型变摩擦阻尼器的研制
• 2.1 半主动控制可变摩擦阻尼器VFD
• 2.2 VFD构成
• 2.3 VFD区别于其他阻尼器的主要特征
• 2.4 各种VFD设计图
• 2.4.1 平板式变摩擦阻尼器
• 2.4.2 摩擦铰式变摩擦阻尼器
• 2.4.3 套筒式变摩擦阻尼器
• 2.4.4 剪切型变摩擦阻尼器
• 第三章 变摩擦阻尼器（VFD）工作原理及滞回性能研究
• 3.1 弹簧-坡面机构工作原理
• 3.2 复合弹簧-坡面机构
• 3.3 复合弹簧-坡面机构工作过程
• 3.4 变摩擦阻尼器刚度公式
• 3.5 滞回曲线形成示意
• 第四章 变摩擦阻尼器实验
• 4.1 平板式变摩擦阻尼器试件参数及实验装置
• 4.2 变摩擦阻尼器实验数据
• 4.3 实验现象及可能的原因
• 4.4 实验结论
• 第五章 三角形滞回系统自由振动研究
• 5.1 理想的三角形滞回曲线
• 5.2 自由振动解析解
• 5.3 自由振动微分方程
• 5.4 系统的等效周期
• 5.5 自然对数衰减率
• 5.6 等效阻尼比
• 第六章 几种滞回曲线单元的非线性动力分析
• 6.1 虚拟荷载法
• 6.2 滞回曲线中可能存在的几种拐点
• 1. 零速度拐点
• 2. 确定位置拐点
• 3. 过渡-卸载拐点
• 6.3 矩形滞回曲线描述
• 6.4 三角形滞回曲线描述
• 6.5 狗骨形滞回曲线描述
• 第七章 参数研究
• 7.1 三角形滞回单元
• 7.2 狗骨形滞回单元
• 7.2.1 矩形部分各参数对结构动力反应的影响
• 7.2.2 坡面比对结构动力反应的影响
• 7.3 矩形滞回单元与狗骨形滞回单元的减震性能对比
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 双线性滞回单元非线性动力分析源代码
• 三角形滞回单元非线性动力分析源代码
• 狗骨形滞回单元非线性动力分析源代码
• 专利中请受理函