旋转式阻尼器及其增强钢筋混凝土剪力墙的性能研究

摘要

磁流变液是一种智能材料，在外加磁场的作用下会发生磁流变效应，可以在毫秒级的时间内由流动性良好、低剪切强度的牛顿流体转变为具有较高剪切强度的半固体，基于磁流变液特性制作的磁流变阻尼器是一种优秀的半主动控制器件，具有出力大、可调性好、反应迅速、性能稳定以及能耗小等优点。 本文对磁流变液的制备及性能、旋转式磁流变阻尼器的磁路及结构设计、磁流变阻尼器的性能和阻尼器对剪力墙抗震性能的影响等进行了研究。主要研究内容如下： （1）提出了一种旋转式磁流变阻尼器与剪力墙结合的新型结构形式，在剪力墙内部安装旋转式磁流变阻尼器，当剪力墙变形时能够带动阻尼器协同工作，增加剪力墙耗能能力，减小地震能量对剪力墙损伤。 （2）根据磁流变液的组成和流变机理，制备了一种具有较高剪切屈服应力的磁流变液，对磁流变液在不同磁场强度和剪切速率条件下的流变性能进行了试验，研究了磁场强度和剪切速率对磁流变液剪切屈服应力和表观粘度的影响。 （3）基于Bingham模型提出了磁流变阻尼器的输出阻尼力矩计算模型，通过磁流变阻尼器的尺寸和磁路设计，得到了较为合理的阻尼器结构参数，制作了具有较大阻尼力矩的旋转式磁流变阻尼器。 （4）对制作的旋转式磁流变阻尼器进行拟静力加载试验，在三角波位移输入下，研究阻尼器在低转速情况下阻尼力矩与电流和角度幅值的关系。试验结果表明，阻尼力矩随电流的增大而增大，且扭矩-角度曲线饱满，近似为矩形，而角度幅值对阻尼力矩影响较小。 （5）对制作的旋转式磁流变阻尼器进行动力加载试验，在正弦波位移输入下，研究电流、频率和角度幅值对磁流变阻尼器阻尼力矩的影响规律。试验结果表明，阻尼器工作稳定，可调范围较大，阻尼力矩随电流增大，而频率和角度幅值对阻尼力矩影响较小。 （6）采用ABAQUS对附加阻尼器的剪力墙试件进行单调加载作用下三维非线性有限元分析，得到了外加阻尼力对剪力墙的承载力、刚度、延性等的影响规律。结果表明，随着外加阻尼力的增大，剪力墙的承载力和初始刚度有所增加，延性几乎不变。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 结构振动控制概况

1.3 磁流变阻尼器研究与应用现状

1.3.1 磁流变液研究现状

1.3.2 磁流变阻尼器研究现状

1.4 本文的主要研究内容

2 磁流变液性能和本构模型

2.1 磁流变液的组成

2.2 磁流变液工作模式及磁流变效应

2.2.1 磁流变液工作模式

2.2.2 磁流变效应

2.3 磁流变液的流变本构模型

2.4 磁流变液制备及性能

2.4.1 磁流变液的制备

2.4.2 磁流变液的性能

2.5 小结

3 磁流变阻尼器的设计与制作

3.1 阻尼器设计目标

3.2 磁流变阻尼器的结构选型

3.2.1 阻尼器结构选择

3.2.2 旋转式磁流变阻尼器工作原理及力矩模型

3.3 磁流变阻尼器制作材料的选用

3.3.1 磁流变液的选用

3.3.2 结构主体材料的选用

3.3.3 导线的选择

3.4 旋转式磁流变阻尼器的尺寸设计

3.4.1 设计目标

3.4.2 主要尺寸参数的确定

3.4.3 机械强度校核

3.5 旋转式磁流变阻尼器的磁路设计

3.5.1 磁路设计原则

3.5.2 阻尼器磁路建模

3.6 旋转式磁流变阻尼器磁路的电磁场有限元分析

3.7 旋转式磁流变阻尼器的制作

3.7.1 阻尼器的主要参数

3.7.2 阻尼器的组装

3.8 小结

4 磁流变阻尼器的力学性能试验

4.1 磁流变阻尼器的拟静力试验

4.1.1 试验条件

4.1.2 试验方法

4.1.3 试验现象

4.1.4 试验结果

4.2 磁流变阻尼器的动载试验

4.2.1 试验方法

4.2.2 试验结果

4.3 小结

5 附加阻尼力剪力墙力学性能数值分析

5.1 材料本构

5.1.1 混凝土本构

5.1.2 钢筋本构

5.2 数值建模

5.3 加载制度

5.4 计算结果与分析

5.4.1 骨架曲线

5.4.2 刚度退化

5.4.3 延性分析

5.4.3 耗能分析

5.5 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢