新型黏滞阻尼墙性能与试验研究

摘要

黏滞阻尼墙是一种应用于建筑结构消能减震的阻尼装置。本文基于课题组已有的科研成果，提出了一种新型的黏滞阻尼墙，主要在剪切构造形式以及阻尼介质方面进行了探索与创新。 本文对新型黏滞阻尼墙所采用的阻尼介质开展了系统的流变学试验研究，根据振荡测试结果分析了阻尼介质的力学性能与温度、频率、振幅等影响因素的相关性，通过旋转测试得到了材料的黏温关系曲线与流变关系曲线，经蠕变回复试验以及松弛试验掌握了材料的物理状态、蠕变柔量等物理量随时间的变化趋势。相关流变试验结果表明，本文提出的黏滞阻尼墙采用的阻尼介质兼具黏性材料和黏弹性材料的性能，该阻尼介质的力学性能随温度、频率以及振幅的改变而改变，材料的应力-应变关系符合幂律流体的流动曲线，通过蠕变回复试验以及松弛试验可以确定，材料具有较为明显的残余变形，在常温下蠕变柔量符合黏弹性液体的变化规律。 基于以上针对阻尼介质材料性能的试验研究，认为阻尼介质材料符合Burgers流变学模型，通过对Burgers模型储能模量与损耗模量在频域下的关系验证了该模型与材料性能匹配的合理性。根据流变试验结果，对本课题中所研究的黏滞阻尼墙箱体内的平板剪切运动模型进行理论分析，提出了黏滞阻尼墙阻尼力理论计算公式。 本文设计并制作了新型黏滞阻尼墙模型，并对其开展了力学性能试验，研究黏滞阻尼墙的力学性能跟加载位移幅值、加载速度以及工作温度的关系，并对地震作用和风致振动作用下阻尼墙的耐久性进行了分析。试验结果表明，本文所提出的新型黏滞阻尼墙力学性能与位移幅值、加载速度有一定的相关性，最大输出阻尼力随温度的变化在10%以内且耐久性良好。通过试验数据分析，结合黏滞阻尼墙与阻尼介质力学模型的理论研究，确立了本文所提出的黏滞阻尼墙最大输出阻尼力的理论计算公式及其相关参数，并验证了该公式的合理性。 本文还利用Fluent6.3有限元分析软件对黏滞阻尼墙在工作过程中箱体内部的流场形态进行了CFD分析，结合流体力学基本理论，综合分析了多个参数对箱体内部流场形态的影响。分析结果表明，黏滞阻尼墙内剪切钢板的数量、间距及其连续性都会影响阻尼墙的最大输出阻尼力。黏滞阻尼墙不同的构造形式对箱体内阻尼介质流场的速度梯度分布产生了不同的影响，引起压差阻力和摩擦阻力之间的相互作用，使阻尼墙内部的流场形态发生较大的变化。 综上所述，基于阻尼介质流变试验、阻尼介质力学模型分析、新型黏滞阻尼墙力学性能试验以及阻尼介质的流场形态CFD分析，可以认为本文所提出的新型黏滞阻尼墙以及阻尼介质力学性能稳定、耗能能力良好，具有较好的工程应用前景。

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