剪切型和挤压型铅阻尼器研究及其工程应用

摘要

近几年来，消能减振技术不断在工程界得到应用，其优势逐渐显现，而研制和开发各种简便实用新型消能减震装置以满足实际工程需要已是必然趋势。铅阻尼器作为金属耗能器中的一种，其耗能性能良好、构造简单、制作方便，尤其是铅剪切阻尼器和铅挤压阻尼器。本文在总结了近年来国内外关于两种铅阻尼器研究成果的基础上，通过数值模拟和试验研究具体分析了铅剪切和铅挤压阻尼器的耗能机理及各种参数对其滞回性能的影响。探讨了铅挤压阻尼器在实际工程中的耗能效果，认为该阻尼器符合工程结构的要求，可以应用。本文的主要工作包括以下几个方面： 1.详细介绍了铅阻尼器常用的滞回模型以及铅剪切阻尼器和铅挤压阻尼器的耗能机理，同时介绍了阻尼力设计时的简化计算公式。 2.研制了大行程的铅剪切阻尼器，阐述了其与已有铅剪切阻尼器构造的不同，并对其滞回性能进行了试验研究和ANSYS有限元数值模拟分析。数值模拟结果与试验结果进行对比分析结果表明，大行程铅剪切阻尼器阻尼力中钢板与铅块的摩擦力较大，不能忽略；铅块的相对剪切长度L不宜过大，否则中间铅块不会屈服，致使阻尼器阻尼力偏小；铅块厚度对铅剪切阻尼器的第一刚度有一定的影响，当厚度h达到一定数值时，远离剪切面两侧的铅不易屈服；对于大行程铅剪切阻尼器阻尼力的试验值大于理论模拟值给出了相关解释，并对铅剪切阻尼器的构造提出了改进的建议，即采取在铅槽的两端挖储铅槽或分割铅块的剪切长度。 3.介绍了金属挤压理论及相关知识，分析了铅挤压阻尼器挤压变形的特点，给出了新型铅挤压阻尼器的构造，并对其性能和有关参数的影响进行了大量的试验研究和有限元数值模拟分析。结果表明，理论分析与试验结果比较接近，证明采用的有限元假设正确，可以用有限元模拟分析进行铅挤压阻尼器性能的研究；铅挤压阻尼器工作时，挤压铅块应力状态比较复杂，三个方向的应力水平相当，铅块的屈服由三个方向应力共同引起；塑性变形区主要集中在轴凸部分，挤压轴轴凸长度和轴凸高度是影响铅挤压阻尼器阻尼力的主要因素，但二者的影响程度有所差别，且两者对挤压阻尼器的第一刚度也有一定影响。 4.依托实际工程，利用ETABS和SAP2000有限元设计与分析软件，建立了相应的结构分析模型，对其进行小震弹性和大震弹塑性下的消能减震分析(其中大震采用非线性动力弹塑性分析方法)，并给出了该工程实际抗震性能的综合评价。 在论文的最后部分，对本文的研究工作进行了总结，并指出了需要进一步研究解决的问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.1.1被动控制

1.1.2主动控制

1.2耗能减震装置

1.2.1摩擦阻尼器

1.2.2粘弹性阻尼器

1.2.3粘滞液体阻尼器

1.2.4金属阻尼器

1.3铅阻尼器的研究应用现状

1.4本文的研究内容

第2章大行程铅剪切阻尼器的理论研究及有限元分析

2.1前言

2.2大行程铅剪切阻尼器的构造

2.3大行程铅剪切阻尼器的基本模型

2.3.1剪切力的计算

2.3.2铅剪切阻尼器的阻尼力模型

2.4大行程铅剪切阻尼器的有限元分析

2.4.1有限元模型的建立

2.4.2有限元分析结果

2.5本章小结

第3章大行程铅剪切阻尼器的试验研究

3.1试件概况

3.1.1试件制作

3.1.2试验设备与试验方案

3.2试验结果与分析

3.3铅剪切阻尼器构造特点分析与建议

3.4本章小结

第4章铅挤压阻尼器的理论研究与有限元分析

4.1前言

4.1.1铅的基本性能

4.1.2铅挤压阻尼器的基本性能

4.2铅挤压阻尼器的变形特点

4.2.1金属的挤压

4.2.2铅挤压阻尼器挤压变形的特点

4.3挤压力的计算公式

4.4铅挤压阻尼器的有限元分析

4.4.1分析假定

4.4.2铅金属的屈服准则

4.4.3有限元分析结果

4.5本章小结

第5章铅挤压阻尼器的试验研究

5.1试验概况

5.1.1试件制作

5.1.2试件设备与试验方案

5.2铅挤压阻尼器的试验结果

5.3理论模拟结果与试验结果的比较

5.4本章小结

第6章铅挤压阻尼器的工程应用研究

6.1工程概况

6.2建立有限元计算模型

6.2.1计算模型说明

6.2.2选取地震波

6.3计算结果与分析

6.3.1多遇地震反应分析

6.3.2罕遇地震反应分析

6.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢