编织式金属阻尼器的减震性能研究及应用

摘要

消能减震技术是通过在建筑结构的适当位置设置消能器（阻尼器）来增加结构的等效阻尼，从而减小结构在地震作用和风荷载作用下的响应。目前常用的阻尼器主要有金属阻尼器、摩擦阻尼器和粘滞阻尼器等。其中，金属阻尼器因具有制作方便、造价低廉和易于更换等优点被广泛使用。然而，目前开发的金属阻尼器普遍存在疲劳性能差、易屈曲和屈服点集中等缺点。为改善金属阻尼器这些缺点，本文提出了一种新型编织式金属阻尼器，即将低强度钢条和高强度钢杆交叉编织成一个整体。采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法对该阻尼器的减震性能开展了系统的研究。主要研究内容和结论如下：
　　①利用 ANSYS软件对低强度钢条的弯曲成型及其相对于高强度钢杆的往复运动过程进行了数值模拟，优化了其设计参数，得到了荷载-位移滞回曲线，并对钢条和高强度圆钢杆之间的非线性接触问题进行了初步探讨。
　　②对新型编织式金属阻尼器构件进行了拟静力试验，得到了其荷载-位移滞回曲线，论证了本阻尼器具有良好的疲劳性能。
　　③对采用一层低强度钢条和一层高强度弹簧钢条叠合形式的阻尼器进行了拟静力试验。对比发现，采用叠层钢条有效提高了阻尼器的出力和耗能性能。
　　④通过参数优化，对采用梭形截面钢杆的阻尼器进行了数值模拟。对比发现，采用梭形钢杆得到的滞回曲线更为饱满，最大出力也显著提高。
　　⑤利用消除冗余参数法对Bouc-Wen模型进行了参数识别，并对试验和数值模拟数据分别进行拟合，得到了本阻尼器的恢复力模型。
　　⑥运用有限元分析软件SAP2000对10层平面规则框架进行了整体弹塑性时程分析。结果表明，安装阻尼器后，结构的层间位移等参数大幅减小。
　　本文的分析方法对于研究同类问题如大变形和接触问题等有一定的参考意义，研究成果具有一定的工程实用价值。

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1 绪 论

1.1 选题背景及工程意义

1.2 相关金属阻尼器的研究综述

1.3 本文的主要工作及体系流程

2 新型编织式金属阻尼器的提出

2.1 振动控制理论

2.2 减震耗能体系分类

2.3 新型编织式金属阻尼器

2.4 钢材本构模型

2.5 材料拉伸试验

2.6 小结

3 阻尼器构件有限元模拟

3.1 非线性分析理论

3.2 接触分析

3.3 钢条弯曲成型数值模拟

3.4 钢条往复运动数值模拟

3.5 小结

4 新型编织式金属阻尼器的试验研究

4.1 试验装置及方案

4.2 试验阶段

4.3 试验结果

4.4 等效刚度及等效阻尼比

4.5 小结

5 阻尼器参数优化及其恢复力模型

5.1 阻尼器模型参数优化

5.2 有限元模拟

5.3 阻尼器恢复力计算模型

5.4 小结

6 框架结构整体分析

6.1 概述

6.2 SAP2000整体分析

6.3 有控与无控结构反应对比

6.4 小结

7 结论和未来展望

7.1 论文的结论

7.2 未来展望

致谢

参考文献

附录

A. Bouc-Wen模型的Matlab程序

B. 申报专利

C. 作者在攻读硕士学位期间书写的论文目录