新型软钢阻尼器的减震性能研究_李钢

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U型软钢阻尼器的设计及力学性能分析

数有屈服承载力、大承载力和屈服位移、限位移【最极ｌ１。
（ｕ型阻尼器元件构造图Ｉ】Ｕ型阻尼器元件尺寸１．腹扳段；２翼缘段：．３螺栓孔；厶梭板长度；Ｈ． ■缭高度；－板厚；ｂ腹板宽度．
６一２上翼缬宽度－翼缘宽度；－Ｆ｜栓孔直径・
本文设计出一种Ｕ型软钢阻尼器。耗能元件结构如其图１所示，由腹板和两翼缘组成。其中腹板为等截面板，两翼缘为变截面板，个阻尼器元件板厚相同。尼器元件两整阻翼缘端处留有螺栓孔，以便与其它结构相连接。型软钢阻Ｕ
１Ｕ型软钢阻尼器设计１１结构组成．
但由于该阻尼器产生较大的扭转变形时需要的尺寸较大，
经济性较差，以该产品在实际中应用较少。在此之后，所国内外学者设计出了各种形式的金属阻尼器。如李钢啵计的
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图２Ｕ型软钢钢阻尼器
１２工作
式中，为屈服弯矩，为塑性弯矩，ｒ为材料的屈服强ａｖ
度，为阻尼器元件的屈服承载力，大承载力，和为阻尼器元件的最可按式（）式（）算：３，４计
地震、强风所引起的振动严重影响着工程结构服役的

软钢阻尼器在钢结构加层中的减震性能研究

摘
要：基于框剪结构采用钢结构直接加层后，结构的整体质量、刚度、周期等都会发生较大变化，对安装有软
钢阻尼器和未设软钢阻尼器的加层钢结构运用有限元软件进行动力时程分析，分析表明：软钢阻尼器可以有
效降低直接加层钢结构在罕遇地震下的反应，提高了结构的整体抗侧刚度，层间位移和层间剪力有显著的减
３．ＪｉａｎｇｘｉＢｒａｎｃｈ，ＧｕａｎｇｘｉＳｈｅｎｇｆｅｎｇＢｕｉｄｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇａｎｚｈｏｕ３４１０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｆｒａｍｅ－ｓｈｅａｒｗａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｏｖｅｒａｌ１ｑｕａｌｉｔｙ，ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｃｙｃｌｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＳＯｏｎｗｉｌｌｂｅｇｒｅａｔｌｙｃｈａｎｇｅｄａｆｔｅｒａｄｄｉｎｇｌａｙｅｒｓｄｉｒｅｃቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｔｌｙｗｉｔｈｔｈｅｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃ —
小，较好地控制了钢结构直接加层产生的鞭梢效应现象，减震效果明显．关键词：软钢阻尼器；框剪结构；钢结构直接加层；耗能减震
中图分类号：ＴＵ３９１文献标志码：Ａ文章编号：１６７３ — ４６０２（２０１４）０５ — ００２２ — ０５

软钢阻尼器在框架结构中的消能减震设计

软钢阻尼器在框架结构中的消能减震设计吕宁【摘要】以高烈度区某商住楼工程为例,介绍了该建筑采用软钢阻尼器进行减震设计的方案,并对多遇及罕遇地震作用下的结构进行了时程分析,结果表明,软钢阻尼器可大量耗散地震动能量,有效控制结构的地震响应.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2016(042)010【总页数】2页(P53-54)【关键词】阻尼器;框架结构;时程分析;消能减震【作者】吕宁【作者单位】云南城市建设工程咨询有限公司,云南昆明 650228【正文语种】中文【中图分类】TU352.1消能减震结构设计是指在结构中装设阻尼器，通过阻尼器的相对变形或相对速度提供附加阻尼，从而耗散大量的地震动能量，达到减震性能目标。

金属阻尼器主要是利用低屈服点钢进入弹塑性阶段产生滞回进行耗能，它具有造价低，施工方便，耗能稳定的优点，德宏市某商住楼的设计即采用软钢剪切型阻尼器。

本工程共8层，总高度27.9 m，首层层高4.8 m,第2层层高3.6 m,3层～7层层高均为3 m,顶层层高4.5 m,总建筑面积4 417 m2，其中商业建筑面积1 400 m2，住宅面积3 017 m2，结构模型如图1所示。

该结构采用现浇钢筋混凝土框架结构体系，设计使用年限为50年，框架抗震等级为二级，结构抗震设防烈度：8.5度；设计基本加速度：0.3g；场地类别为Ⅱ类，地震分组为第二组。

此工程在方案阶段，根据建筑物的基本情况，与不采用减震方案进行对比分析。

采用传统结构设计时，构件的截面，配筋量都比较大，工程造价提高，且与建筑使用功能产生冲突，结构刚度增加，在地震作用下结构所要承担的荷载也会增大，结构安全可靠度得不到保证，采用软钢剪切型阻尼器后，不仅能为结构提供刚度，而且提供阻尼，主要构件的截面尺寸可大大减小，结构满足减震性能目标，在罕遇地震下安全性很高，最后确定采用减震设计。

1)根据性能目标确定SATWE软件中反应谱分析的等代支撑刚度和附加阻尼比，确定阻尼器参数和数量，以及阻尼器的安装位置及形式。

装有“双功能”软钢阻尼器框架结构振动台试验与分析

消能减震技术作为一门迅速发展起来的新技术通过在建筑结构的适当部位设置消能器以增加结构阻尼 , 从而减小结构在风和地震作用下的反应。近年来的研究成果已经证明该技术是有效、实用的 , 我国现行《建筑抗震设计规范》已将隔震和消能减震设计作为重要内容专门设置一个章节 , 并提出 : “适应我国经济发展的需要 , 有条件的利用隔震和消能减震来减轻建筑结构的地震灾害是完全可能的 ”, 这预示着消能减震设计广泛应用的时代即将到来。消能减震技术的关键在于消能器的研制 , 简单、经济、消能能力强、性能稳定的消能装置是保证消能减震技术能够迅速推广使用的主要因素。消能器主要分为两大类 : 位移相关型和速度相关型。位移相关型包括摩擦消能器和金属屈服消能器等 ; 速度相关型消能器包括粘滞消能器和粘弹性消能器等。金属屈服消能器作为其中的一种 , 以其经济性、实用性得到工程界的广泛认可。如 Wh i t t a k e r 等和 T s a i 等分别研究了 X 型软钢板和三角形软钢 [ 4] 板耗能器的特性 , 欧进萍等提出了组合钢板耗能器 , 邢书涛等
图 1 钢框架模型 F i g . 1T w o s t o r e y b a r et e s t s t r u c t u r e 图 2 装有 “双功能 ” 软钢阻尼器框架 F i g .2 T w o s t o r e yt e s t s t r u c t u r e w i t hme t a l l i cd a m p e r s
第 8 期李钢等 :装有 “双功能 ”软钢阻尼器框架结构振动台试验与分析
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图 3( a ) 单圆孔型软钢阻尼器模型 F i g . 3( a )S i n g l er o u n d -h o l eme t a l l i cd a mp e r

新型软钢阻尼器滞回性能的试验与模拟分析

新型软钢阻尼器滞回性能的试验与模拟分析刘锋;王曙光;杜东升;刘伟庆【期刊名称】《工程抗震与加固改造》【年(卷),期】2012(34)6【摘要】对一种新型可分阶段屈服的软钢阻尼器进行了试验研究和有限元分析,并将模拟结果与试验数据进行对比.在FTS伺服器上对两组耗能钢片厚度不同的阻尼器施加渐增位移循环荷载和固定位移循环荷载进行试验；利用ABAQUS有限元软件对4种不同尺寸的耗能钢片分别单独建模分析,得出单片耗能钢片的力学性能；再对两组试验的阻尼器整体建模,完全按照试验的加载制度和边界条件来对试验进行模拟.基本性能试验和疲劳性能测试结果显示这种阻尼器的滞回曲线饱满,并没有明显的低周疲劳现象,表明了这种分阶段屈服型软钢阻尼器具有很强的耗能能力,性能稳定.数值模拟结果显示有限元分析与试验结果吻合良好.这种阻尼器具备可分阶段耗能的优点,必将在将来具有更加广阔的应用前景.%A new type of separable phase yielding mild steel damper is studied by experimental and finite element analysis, and the result data of the simulation and the experiments are compared. Increasing displacement cyclic loading and fixed displacement cyclic loading are applied to the damper which consists of two groups of energy dissipating steel sheet with different thickness, and a test is carried out on FTS server. Four different sizes of energy dissipating steel sheet are respectively analyzed by establishing separate model with ABAQUS finite element software, and the mechanical properties of the single energy dissipation steel sheet are derived; and themodels of the two kinds of dampers in the test are built, the simulation is carried on fully in accordance with the test load system and the boundary condition. Basic performance test and fatigue test results show that this kind of damper has full hysteretic curve, and no obvious low cycle fatigue phenomenon, so this stage yield mild steel damper has strong energy consumption capability and stable performance. Numerical simulation results show that the finite element analysis results is in good agreement with the experimental. This kind of damper with separable phase energy advantages will have more broad application prospect in future.【总页数】7页(P80-86)【作者】刘锋;王曙光;杜东升;刘伟庆【作者单位】南京工业大学土木工程学院,江苏南京210009;南京工业大学土木工程学院,江苏南京210009;南京工业大学土木工程学院,江苏南京210009;南京工业大学土木工程学院,江苏南京210009【正文语种】中文【中图分类】TU317;TU352.1【相关文献】1.新型钢框架梁柱节点滞回性能试验研究及有限元分析 [J], 何小辉;武振宇;张扬;成博2.新型弯剪型防屈曲软钢阻尼器的滞回性能研究 [J], 郑宏;全凯;丁双杰3.X形软钢阻尼器的滞回性能分析 [J], 岳锋4.新型弯剪型防屈曲软钢阻尼器的滞回性能研究 [J], 郑宏全凯丁双杰;5.新型消能减震阻尼器滞回性能试验研究及有限元分析 [J], 范家俊;吴刚;冯德成;卢旦;田炜;孙后伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

新型加劲软钢阻尼器性能与试验

第40卷第12期2008年12月哈尔滨工业大学学报J OURNAL OF HARBI N I NSTI TUTE OF TECHNOLOGYV ol 40N o 12Dec .2008新型加劲软钢阻尼器性能与试验张文元1,张敏政2,李东伟1(1.哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090,E m a i:l h itz wy @163.co m;2.中国地震局工程力学研究所,哈尔滨150080)摘要:为研究菱形开洞的新型加劲软钢阻尼器的耗能减震性能,分析其构造形式和减震机理,并对六组阻尼器单片进行了循环加荷试验,给出了其恢复力模型;分别对整体刚度相同的装有加劲软钢阻尼装置和装有普通支撑的三层钢框架进行了振动台对比试验研究.结果表明,这种新型加劲软钢阻尼器具有稳定的滞回性能和抗疲劳性能,对结构的加速度和位移都有很好的控制作用,具有较好的减震效果.关键词:软钢阻尼器;循环加载;滞回性能;振动台试验中图分类号:TU 352 1文献标识码:A 文章编号:0367-6234(2008)12-1888-07An experi m ental research on perfor mance and applicati onof a ne w type of m il d steel da mper addedda mpi ng and stiffness (ADAS)ZHANG W en yuan 1,ZHANG M in zheng 2,L I Dong w e i1(1.Schoo l of C i v il Eng i neeri ng ,H arb i n Institute of T echno l ogy ,H arb i n 150090,Chi na ,E ma i:l hitz w y @;2.Institute o f Eng i neer i ng M echan i cs ,Ch i na Eartquake A d m i n i strati on ,H arb i n 150080,Chi na)Abst ract :To explore the seis m ic d issipati o n ab litity of a ne w type o f m ild stee l da mper added da m ping and stiffness w ith a d ia m ond shape ho llo w i n -p lane ,the restor i n g force mode l o f th i s da m per w as investi g ated byconducti n g the cyclic loading tests to si x spec i m en g r oups .Two one-bay and t h ree-story steel fra m es w ith e qua l e lastic stiffress w ere desi g ned and tested respective ly on the shak i n g tab le .One of the m w as added w ith stiffness by t h e m ild stee l da m p i n g dev ice ,t h e other one w as braced by o r d i n ar y brac i n g syste m s .R esults sho w that the ne w type da mper possesses the stable hysteretic capac ity and fa ti g ue resistance capacity ,w hich can effectively contr o l and reduce the acceleration and the d isplace m ent o f a bu ilding .K ey w ords :m ild stee l da m per ;cyclic loading ;hysteretic capacity ;shak i n g tab le test 收稿日期:2007-03-29.基金项目:哈尔滨工业大学校基金资助项目(H I T2003.44);哈尔滨工业大学土木工程学院青年博士基金资助项目(090305).作者简介:张文元(1972 ),男,博士,副教授;张敏政(1946 ),男,教授,博士生导师.由于金属材料在进入弹塑性范围以后具有良好的滞回性能,因而被用来制造各种类型的耗能装置[1,2].软钢阻尼器采用屈服应力比较低的软钢作为材料,构造简单,经济耐用,震后更换方便,适于工程抗震[3].加劲阻尼装置是一种由多块低屈服点的钢板和定位件组装而成的耗能减震装置,其减振机理明确,效果显著,并且这类阻尼器只是抗侧力构件的一部分,因而它屈服耗能,不会影响结构的承重能力;其应用范围不受建筑高度和平面布置形式的限制,既可用于新建建筑的抗震控制,也可用于旧有建筑的加固维修[4];不仅可用于钢结构,也可用于钢筋混凝土结构.本文对菱形开洞的新型加劲软钢阻尼器进行了试验研究.介绍了这种阻尼器的构造和减震机理,建立了其恢复力模型,然后通过低周疲劳试验和振动台对比试验研究其耗能性能和减震效果,并分析了影响因素,为加劲软钢阻尼器在结构中的应用提供了宝贵数据.1 构造和减震机理阻尼器构造、尺寸见图1,其纵截面为中空菱形的矩形钢板,厚度为6mm,材料为Q235B .实际工程中可将其安装在人字形支撑顶部和框架梁之间.为叙述方便,将阻尼器和斜撑构成的系统称为阻尼器系统.因为加劲阻尼装置具有初始刚度,在小地震作用下阻尼器系统仅在弹性范围内工作,通过设计来调整整体结构弹性刚度,可以控制建筑的侧向位移不致过大.在中、大震作用下,楼层的相对位移超过了阻尼器的屈服位移,阻尼器系统进入塑性阶段,从而使地震的能量得以被阻尼器系统吸收而减少作用于建筑物上的能量[5,6].它的最大优点在于沿高度方向相同厚度处的各点将同时达到屈服,充分发挥了钢板材料的塑性性能,从而大大提高了耗能能力[7,8].图1 加劲软钢阻尼器构造及尺寸2 滞回性能试验和恢复力模型2 1 试验概况对进行6组共48个阻尼器单片进行了滞回性能试验和低周疲劳试验研究.阻尼装置的组装方法是用四个M 22高强螺栓将8片中空菱形开洞的加劲软钢阻尼器单片与刚度较大的加劲角钢串连在一起.为了避免软钢单片之间互相作用而产生不利影响,在软钢单片之间垫有等厚度为6mm 的钢垫板,如图2.试验中为了避免软钢单片之间产生滑移,对高强螺栓施加了预紧力,将其拧紧.对于软钢单片而言,其端部是被完全嵌固的. 试验采用平行四边形加荷框架,其带动软钢阻尼器在液压伺服作动器水平位移作用下往复运动,如图3所示,为此设计了上下两个刚度较大的H型钢梁以安装加劲阻尼装置,加劲阻尼装置与H 型钢梁及H 型钢梁与加荷框架均采用高强螺栓连接,以确保荷载能够完全的传递.用水平位移传感器和竖向位移传感器监测阻尼器的变形情况,数据采集由MTS 公司提供的数采软件完成并实时绘出F- 滞回曲线.加载方式分别为变幅值和常幅值加载,根据加载方式的不同分别进行滞回特性试验和疲劳性能试验,加载方案及制度见表1和表2.不同的加载制度是为了观测不同幅值条件下阻尼器的疲劳性能.图2 阻尼器在试验机中的安装方式图3 试验装置表1 加载方案组号数量/片厚度/mm加载制度1861286238624862586368642 2 结果分析试验中的加劲软钢阻尼器都未对表面进行处理,其表面存在不同厚度的氧化皮.从试验现象可以看出,加劲软钢阻尼器历经表面氧化皮剥落、表面横向裂纹产生、裂纹发展、断裂等4个阶段,这1889 第12期张文元,等:新型加劲软钢阻尼器性能与试验4个阶段与疲劳滞回曲线上峰值恢复力的衰减基本上是对应的.当表面氧化皮剥落后,加劲软钢阻尼器的峰值恢复力基本稳定不变.当加劲软钢阻尼器表面出现裂纹时,峰值恢复力进入速降段,经过短暂的裂纹发展,裂纹贯通整个截面,钢板发生断裂.最后的断裂多发生在钢片的中部和端部,说明这里是应力集中较严重的薄弱部位,应用时可考虑适当加强.表2 加劲软钢阻尼器的加载制度加载步骤加载制度1加载制度2加载制度3加载制度41位移2,往复加载3位移2,往复加载 3位移2,往复加载 3位移2,往复加载 32位移3,往复加载3位移3,往复加载 3位移3,往复加载 3位移3,往复加载 33位移6,往复加载3位移6,往复加载 3位移6,往复加载 3位移6,往复加载 34位移10,往复加载3位移12,往复加载50位移10,往复加载1005位移15,往复加载36位移20,往复加载507位移>30,单向加载位移>30,单向加载位移>30单向加载表中:位移/mm;往复加载/周.图4~9为有代表性的第2、5、6组试验的变幅值滞回曲线和疲劳滞回曲线(第1组试验时支座高强螺栓没有拧紧导致试验失败;第3、4组与第2组所有条件均相同,结果基本相同),从图中图4 第2组变幅值滞回曲线图5 第2组疲劳滞回曲线图6 第5组变幅值滞回曲线图7 第5组疲劳滞回曲线图8 第6组变幅值滞回曲线图9 第6组疲劳滞回曲线可以看出,阻尼器从0位移开始运动时,滞回曲线基本保持直线,这说明加劲软钢阻尼器处于弹性1890 哈尔滨工业大学学报第40卷状态,当位移达到一定值时,加劲软钢阻尼器进入弹塑性变形阶段,滞回曲线越来越丰满,滞回曲线所包围的面积越来越大,消耗的能量也就越多.当加劲软钢阻尼器达到一定循环次数、并接近极限位移时,恢复力衰减较快,疲劳滞回曲线最后一周曲线就明显显示了加劲软钢阻尼器断裂时的恢复力变化情况.由图还可见,在位移循环加载的过程中,阻尼器出现了明显的强化过程,这是因为此时阻尼器由受剪控制变成了受拉控制.例如第2组到第4组试件的滞回曲线,位移加大到20mm 时,8片阻尼单片的阻尼器最大剪力F m ax 达到80 4k N,可以定义此时的强化放大系数为 =F maxF y =80 432 88=2 45,F y 为屈服荷载.此时滞回环的面积比位移10mm 时的不止增大了一倍,说明强化对阻尼器耗能是有利的.通过低周疲劳试验曲线可以看出,在相同50周往复加载时,其劣化程度随着位移的增加而增加;而在位移相近时,其劣化程度随着循环周数的增加而增加.从第2~5组试件的疲劳滞回曲线中可以看出,在前34个位移循环荷载滞回环内,曲线并没有明显降低(降低在19 2%之内),非常稳定.第六组试件在10mm 位移幅值下(10mm >3 y ),进行了100周的循环加载,虽然循环次数较多,但滞回环的强度和刚度退化均较少,降低仅为11 2%,足以满足实际地震作用下结构减震阻尼器的稳定性要求.可见以软钢为材料制成的中空菱形加劲软钢阻尼器,可以获得稳定的非弹性变形;在破坏前均保持稳定的滞回性能,经过多次的反复循环而不产生强度和刚度的退化;随变形增加将产生一定的强度硬化,可在一定程度上提高其耗能能力,是一种可靠的耗能减震装置.由多组试验数据取平均值,可得单片阻尼器的弹性刚度K 1=17 5k N /mm,屈服后刚度K 2=2 2kN /mm,屈服位移 y =2 35mm ,屈服力F y =41 1k N.2 3 恢复力模型从加劲软钢阻尼器的滞回曲线图4~9可知,加劲软钢阻尼装置最理想的数学模型可采用Ra mber g Osgood 模型.但该模型比较复杂,不适用于非弹性计算分析,因此,加劲软钢阻尼器的恢复力模型可采用以下两种简化模型:(1)理想弹塑性模型;(2)弹性-应变硬化模型.我们采用如图10所示的考虑应变硬化的双线性滞回模型.该模型简单,同时考虑了应变硬化的影响,与实际较为接近.其中F y 为阻尼器的屈服力, y 为阻尼器的屈服变形,K 1为阻尼器的弹性刚度,K 2为阻尼器的屈服后刚度,以上参数均可由试验确定.图10 加劲软钢阻尼器的双线性模型3 加劲软钢阻尼器的振动台试验研究3 1 振动台试验概况为了研究加劲软钢阻尼器的动力特性和抗震性能,对一装有加劲软钢阻尼装置和装有普通支撑的三层大尺寸钢框架进行了振动台试验.为了验证阻尼器的减震效果,在设计时通过改变支撑截面积,使有控和无控框架刚度、频率基本一致.由于在设计时保证了在振动过程中主体框架仍在弹性范围内工作,因此可以先对有控结构进行试验,然后拆下阻尼系统,换上普通支撑,再对无控结构进行试验.框架层高为2m,总高6 05m ,平面尺寸为2 04m !2 40m.框架柱采用H 型钢HW 100!100,框架主梁采用H 型钢HM 150!100,次梁采用H 型钢HW 100!100,阻尼系统支撑为2L80!10角钢,普通框架支撑为方钢管40!1 2,其他构造用支撑为L 50!2角钢,材料均为Q235.梁柱节点为梁的上下翼缘与柱子翼缘采用坡口对焊,腹板依靠螺栓连接抗剪.沿地震波输入方向结构立面内的支撑与梁柱采用螺栓连接,以使支撑的更换方便.图11给出了有阻尼器框架结构的立面照片.有控结构各层均设阻尼器(1、2、3层阻尼器钢片分别为7、6、4片),试验时每层的两榀框架上均安装阻尼器以保证结构是对称的,共安装了6个阻尼系统.模型总重7 8t(框架自重1 8,t 配重6,t 每层2t).为了检验耗能体系在不同频谱特性的地震波作用下的减振效果,采用了三种地震波,它们分别是迁安波(Q 波、周期0 053S)、ELCE NTRO 波(E 波、周期0 55s)和宁河波(T 波、周期0 9s).地震波的加速度变化范围为0 1g ~0 6g ,时间步长为0 01s .整个试验中,振动台仅沿阻尼器或支撑提供抗侧刚度方向(2 40m 跨方向)振动.在框架模1891 第12期张文元,等:新型加劲软钢阻尼器性能与试验型的各层布置了加速度计和位移计.图11 结构立面图3 2 动力特性测试为了获得试验模型的自振特性,进行了白噪声扫描试验.通过振动台输入具有各种频谱成分的白噪声波,使结构产生受迫振动,先找到大致范围,然后对结构逐渐缩小输入的频率范围进行频谱分析得到结构的自振频率,同时,通过频带宽法求出结构的阻尼比.表3给出了加劲阻尼体系和普通支撑体系振动方向的基频和相应的阻尼比.从表3可看出,加劲阻尼体系和普通支撑体系的基频(刚度)和相应的阻尼比基本相同,这是本次试验的前提条件,可使试验更具可比性和实际意义.对于加劲阻尼框架体系,试验后的基频和阻尼比都略有减少,说明结构(特别是阻尼器钢片)有部分发展塑性,产生了一定的累积损伤.而对于普通支撑框架体系,基频和阻尼比基本不变,说明结构的塑性损伤甚小.表3 试验框架基频和阻尼比结构体系基频/H z试验前试验后加劲阻尼65 76普通支撑5 65 6结构体系阻尼比试验前试验后加劲阻尼0 0210 018普通支撑0 0210 0283 3 台面地震波输入值与实测值比较在进行振动台试验时,台面实测的加速度峰值与设计值有一定的差异.但差别不大,均在∀15%以内.假设输入加速度峰值在某一小范围内变化时,结构各层的加速度放大系数保持不变.因此,为便于比较,将实测台面加速度峰值调节至设计值,同时,结构各层加速度也做相应的调整,以保证加速度放大系数不变[9].3 4 试验结果与分析表4给出了不同工况下有、无加劲阻尼装置框架模型的顶层绝对加速度峰值的比较,表5给出了不同工况下有、无加劲阻尼装置框架模型的底层层间位移和顶层相对台面位移峰值的比较.本文衡量减振效果采用统一的定义,即:减振指标=(普通支撑体系反应-加劲阻尼体系反应)/普通支撑体系反应.表4 模型的顶层绝对加速度峰值地震波台面加速度峰值/(c m s -2)加劲软钢阻尼体系/(c m s -2)普通支撑体系/(c m s -2)减震指标%1002352506 0020039545012 22迁安波30053064017 1940065084022 62500790106025 471003003309 0920052060013 3330068082017 07EL-centro400890119025 215001********* 29600128013303 76天津宁河1002602703 702005005305 661892 哈尔滨工业大学学报第40卷表5 模型底层层间位移和顶层相对台面位移峰值地震波台面加速度峰值/(c m s -2)底层层间位移比较有控/mm 无控/mm 减震指标%顶层相对台面位移比较有控/mm 无控/mm 减震指标%1000 951 1416 671 141 258 802002 322 8719 163 053 615 28迁安波3003 44 626 094 25 422 224004 26 131 155 2725 7150067 823 087 4917 781000 70 8517 650 91 118 182001 341 6619 281 752 116 673002 042 5419 682 643 217 5EL-cen tro4002 663 3620 833 434 1517 355003 064 1926 974 195 523 826004 185 2320 085 436 5216 7210011 19 091 51 66 25天津宁河2001 31 513 331 61 915 79由于天津宁河波的卓越周期与结构基本周期相差甚远,故仅对其进行了台面加速度峰值为100m /s 2和200m /s 2的试验,而在迁安波和ELCENTRO 波作用下则进行了各种台面加速度峰值的试验.由于篇幅所限,这里仅给出了迁安波0 5g 和ELCENTRO 波0 4g 作用下有、无控体系加速度和位移的时程对比曲线,见图12~15.图中实线为有控反应,虚线为无控反应.从试验可以看出:(1)图12 迁安波0.5g作用下顶层绝对加速度图13 迁安波0.5g 作用下底层层间位移图14 E lcentro 波0.4g 作用下顶层绝对加速度图15 E l centro 波0.4g 作用下底层层间位移安装加劲阻尼装置的框架体系,加速度和位移均比普通支撑框架体系小.加速度减振效果平均值为13 28%,最高可达25 47%;对结构底层层间位移峰值的减震效果平均值为20 24%,最高可达31 15%;对顶层相对台面位移峰值的减震效果平均值为17 08%,最高可达25 71%.(2)加劲阻尼框架体系在大震时(加速度峰值为0 4g 以上)的1893 第12期张文元,等:新型加劲软钢阻尼器性能与试验减振效果比小震时(加速度峰值为0 1g和0 2g)的要好,可以看出随着加速度输入值的增大,阻尼器进入塑性而吸收的能量也越来越多,减震效果也越来越明显,这也充分证明了加劲阻尼装置的实用性:在小震和正常使用状态下作为结构的抗侧力构件的一部分抵抗水平荷载,在大震下进入塑性吸收能量以保护主体结构免于破坏.(3)试验过程中检测了主体框架梁柱受力最大点的应变最大值为572 75,小于钢材的屈服应变1175,说明主体框架一直处于弹性范围.(4)因为振动台本身位移的限制,地震波加速度峰值仅做到600ga,l阻尼器最大位移也才只有6mm,进入塑性的时间和幅度都比较小,所以吸收的能量相对较少,大部分时间都在弹性范围内工作.但即使在这样的情况下,与普通框架具有相同刚度和频率的有阻尼器框架对位移的控制都是很显著的,可见这种阻尼装置的良好减震效果.4 结论1)菱形开洞的新型耗能减震装置-加劲软钢阻尼器构造简单,减震机理明确,在低周往复荷载的作用下具有稳定的滞回性能和抗疲劳能力,滞回曲线非常饱满,即使循环周次较多时强度和刚度的退化也不明显.提出的双线性滞回模型简单合理,便于应用.2)试验验证了此软钢阻尼器具有较好的减震效果,使结构加速度响应和位移响应都能得到有效控制,而且地震动导致的层间侧移越大,减震效果越明显.3)阻尼器具有更加安全、适用、可靠、节省造价的优点,同时具有优良的减震效果,在实际工程中将具有广泛的应用前景.参考文献:[1]HOU S NER G W,BERGM AN L A,CAVGHEY T K.Structure contro:l past,present and future[J].Journal o f Eng ineer i ng M echan ics,1997,17(3):278-284. [2]M AR I ON I A,SILVESTR I A,U B A LD I N I M.D evelopm ent and applica ti on of i nnovati ve energy diss i pa ti onsyste m s i n the EC countries[C]//Interna ti ona l P ost-S m i rt Conference Se m i nar on Seis m i c Iso lati on,P assi v e Energy D issipa ti on and A ctive Contro l of Se i s m ic V i bration o f S tructures,T aor m i na,1997:25-27.[3]邢书涛,郭迅.一种新型软钢阻尼器力学性能和减震效果的研究[J].地震工程与工程振动,2003,23(6):179-186.[4]WH I TTAKER A S,BERTERO V V,THOM PSON C L,etal.Se is m i c testi ng o f stee l plate energy dissi pati on dev i ces[J].E art hquake Spectra,1991,7(4):563-604.[5]T S A I K C,C HE N H W,HONG C P,et al.D esi gn o f stee ltriangular plate energy abs o rbersf or se i s m ic-resistant constructions[J].Earthquake Spectra,1993,9(3):505-528.[6]苏晴茂,锺佩璋.台湾钢构造建筑技术之发展[C]//第三届结构与大地工程研讨会,台湾:[s.n.],2003:332-333.[7]周云,刘季.加劲阻尼装置在建筑抗震中的应用[J].工程抗震,1997,(3):34-38.[8]TSA I K C,L I J W.W e l ded steel tr i angu l ar p l a te dev icef o r se i s m i c energy d issi pation[C]//Proceed i ng s o f ATC-17-1Sem inar on Se is m ic Iso l a tion,Passi ve EnergyD i ssi pati on,and A ctive Contro,l V o.l2,San F ranc isso:A ppied T echnology Counc i,l1993:11-12.[9]周强,吕西林.组合耗能系统的振动台试验与分析[J].振动工程学报,2002,15(3):305-310.(编辑姚向红)1894哈尔滨工业大学学报第40卷。

一种新型软钢阻尼器的研制及其在结构减震控制中的应用的开题报告

一种新型软钢阻尼器的研制及其在结构减震控制中的应用的开题报告一、选题背景随着自然灾害和人类活动对人类生存环境的影响日益增加，建筑结构减震控制技术得到广泛关注和研究。

其中，阻尼器是一种常用的减震控制器，其主要作用是吸收和消散地震能量，从而减小建筑结构的震动响应。

但传统的阻尼器常常存在体积大、重量大、维护难等问题。

因此，研制一种体积小、重量轻、阻力可调的新型软钢阻尼器，对于推动结构减震控制技术的发展具有重要的意义。

二、研究目标和意义本课题的研究目标是研制一种新型软钢阻尼器并探索其在结构减震控制中的应用。

该阻尼器以软钢为主要材料，采用可调式设计，不仅具有良好的阻尼性能，而且具有体积小、重量轻的优点。

其研制对于推动结构减震控制技术的发展、促进装备制造业结构调整和产业升级、提升我国在国际上的科技影响力等方面具有重要的意义。

三、研究方法和路线1. 文献综述和理论分析，确定阻尼器的主要参数、材料和结构类型。

2. 设计软钢阻尼器的参数、结构和加工工艺流程。

3. 制备软钢材料并进行力学性能测试和材料特性分析。

4. 制造软钢阻尼器，并进行阻尼性能测试和分析。

5. 结合计算机模拟和现场实验验证软钢阻尼器在结构减震控制中的应用效果。

四、预期成果1. 研制出一种新型软钢阻尼器，并验证其在结构减震控制中的应用效果。

2. 进一步探索软钢材料的性能特点和应用前景。

3. 推动结构减震控制领域的技术创新和产业升级。

五、研究难点和创新点1. 软钢材料的制备和力学性能测试。

2. 如何设计制造出体积小、重量轻、阻力可调的软钢阻尼器。

3. 软钢阻尼器的阻尼性能测试和分析。

4. 结合计算机模拟和现场实验，验证软钢阻尼器的应用效果。

该课题的创新点主要体现在：通过采用软钢材料，研制出一种体积小、重量轻、阻力可调的新型软钢阻尼器；开展软钢材料的力学性能测试和材料特性分析，为软钢材料的应用提供参考依据；结合计算机模拟和现场实验，验证软钢阻尼器在结构减震控制中的应用效果，推动结构减震控制领域的技术创新和产业升级。

布置软钢阻尼器结构的减震设计研究

Value Engineering0引言地震是目前还不能短期准确预报的自然灾害，历次大地震都导致大量的房屋破坏，造成了大量的经济损失和人员伤亡。

随着经济的发展，人们对建筑结构的抗震性能也就提出了更高的要求。

如何进一步提高建筑结构的抗震性能，满足人民对建筑安全性日益增长的需求，值得工程界思考。

近些年来，减震技术正逐步成为工程界提高建筑结构的抗震性能的新技术。

减震即是在结构合理位置上布置一定数量的消能器，当结构遭受地震作用时，消能器耗能，先于主体结构破坏，从而有效的减轻地震对建筑结构造成的冲击和破坏，保护建筑主体结构的安全，消能器相当于布置在结构上的“保险丝”。

尽管结构的减震设计流程基本相同，但是由于不同种类消能器的消能原理不同，同时每一栋建筑的动力特性及其所处建设场地也不同，导致每一栋建筑减震设计结果存在差异，在阻尼器先于主体结构屈服耗能的要求下，减震分析得到消能器的力学参数仅仅适用于该建筑，这就是结构减震分析的难点。

本文以某中学宿舍楼工程为例，布置软钢阻尼器，依据规范要求，采用有限元软件进行时程分析，研究布置软钢阻尼器宿舍楼工程的抗震性能，阐述减震消能技术，为类似工程提供参考。

1工程概况安徽某中学学生宿舍地上五层建筑，无地下室。

结构体系为钢筋混凝土框架，建筑高度19.95m 。

建筑总面积为1832m 2。

抗震设防烈度为7度（0.1g ），地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。

设计地震分组:第三组，特征周期值0.45s ，学生宿舍属于乙类建筑，抗震设防类别为重点设防。

考虑到项目为中学学生宿舍，建筑的使用者为弱势群体—学生，需要提高地震作用下的安全性，经过与建设方协商，拟对项目采用减震技术，以进一步提高工程地震安全性。

2阻尼器的选择与布置在众多减震产品中，软钢阻尼器采用软钢制作耗能部件，充分利用软钢剪切屈服强度低、延性好等优点，通过合理的产品设计，在地震作用时，软钢阻尼器能够先于主体结构进入屈服状态，利用软钢屈服后的累积塑性变形，来达到消耗输入结构地震能量的目的。

新型U形软钢板阻尼器在网架结构中的减震控制研究

ｓｒｃｕｅ；ｉｒｔｎｏｔｌｔｔｒｓｖｂａｉｎｏｕｏｃｒ
１引言
振动控制是结构抗震防灾的一种积极有效手段，可以有效地减轻结构在风和地震等动力作用下的反应和损伤，效地提高结构的抗震能力，有目前已成功用于各种工程结构【 “ 。近年来，内外许多学者国已经研制出多种阻尼器，是，久性和耐腐蚀性是但耐目前耗能器中普遍存在的问题。如黏弹性阻尼器容易老化，黏滞阻尼器的维护问题，擦阻尼器在长期摩应用下的可靠性嘲，形状记忆合金阻尼器的代价高昂
维普资讯
Ｉ建筑与结构设计
ｒｍｃ Ⅱ Ⅱ ｎｔｕｔｒｓｃＩ，ｆｄＳｒｃｕａＤｅａｌ
【章编号】０７９６（０８０．０２０文１０．４７２０）６０２．４
新型Ｕ形软钢板阻尼器在网架结构中的减震控制研究
等问题。
ＶｉｒｔｏＣｏｔｏｌｏｐａｅＴｒｓｔｕｔｒｓｂａｉｎｎｒｆｒＳｃｕｓＳｒｃｕｅｕｉｇａＮｅｓｎｗＴｙｅｏＳａｉｄＳｅｌａｅｐｆＵｈｐｅｌｔｅｔＭＰｌ
（ｌＳｅ１Ｍｉｔｅ）在反复循环荷载作用下具有稳定的滞回特性，ｄ设
计了Ｕ形软钢板阻尼器，过试验得出该阻尼器的滞回曲线，通
建立了该阻尼器分析模型最后，将该阻尼器应用于平板网架结构，讨了该阻尼器在空间结构中的减震控制理论和方法。探通过地震反应时程分析，分析了其减震效果，对有控和无控状态下的节点位移和杆件内力进行对比分析。结果表明，该新型阻尼器可有效的减少网架结构的地震响应。

复杂高层结构利用软钢阻尼器的减震分析研究

２１钢阻尼器的研究现状．软
软钢阻尼器是结构耗能减震装置的一种，其通过软钢发生塑性屈服滞回变形而耗散输入结构中的能量，从而达到减震的目的。软钢阻尼器构造简单，技术性能可靠且易实现，自１７９２年新西兰的Ｋｌｙ等ｅｌ人首先提出金属屈服耗能器，并进行了软钢阻尼器的研究和试验以来，国内外学者不断地对软钢阻尼器进行理论和试验研究，并开发出各种构造形式的软钢阻尼器早期国外曾应用过ｕ型、锥形软钢阻尼器，目前国内外研究与应用较多的有三角形、ｘ形、菱形、单（）双圆孔型以及双ｘ形软钢阻尼器等。
于Ｒ和Ｌ轴布置两组阻尼器，Ｙ向于３Ｏ和３３轴布置２组阻尼器，每层各４组。总计Ｘ向和Ｙ向各布置１８组阻尼器，共３６组，具体布置如
图１所示。
（ａ）第十层、十～层阻尼器布置示意图
相比较，最终确定结构方案为在酒店结构１～１层安装软钢阻尼器进０７行消能减震，以期控制由于结构刚度偏心产生的过大层间位移角。
② 材料比较根据国内的消能减震设计要求，阻尼器的极限位移至少是屈服位移３Ｏ倍以上才能满足设计要求。而一般钢材如结构用钢Ｑ３、Ｑ４２５３５
建筑底层为大堂入口，三层为大宴会厅及剧院舞台，六层为层高较高的健身用房，七层以上内筒柱及３、３４５轴中间４柱不能直接落
结构采用软钢阻尼器这一消能减震措施，结构变形尤其是层间位移角具有显著控制效果，对同时可在一定程度上控制结构内力。本文研究表明软钢

阻尼器在高层钢结构中的减震性能对比分析

阻尼器在高层钢结构中的减震性能对比分析【摘要】本文通过对阻尼器在高层钢结构中的减震性能进行对比分析，探讨了阻尼器的原理和分类、应用、影响因素，以及各种阻尼器在减震性能上的差异。

通过数值模拟结果分析，比较了不同类型阻尼器在高层钢结构中的减震效果。

研究发现，不同类型的阻尼器在减震性能上存在一定差异，可以根据实际需求选择适合的阻尼器。

总结了不同类型阻尼器在高层钢结构中的减震性能对比，并展望了未来的研究方向。

本研究对于提高高层钢结构的抗震性能具有一定的参考价值。

【关键词】阻尼器、高层钢结构、减震性能、对比分析、原理、分类、应用、影响因素、比较、数值模拟、结果分析、结论、未来研究方向、展望。

1. 引言1.1 研究背景近年来，随着科技的不断发展和建筑结构设计的需求，各种类型的阻尼器不断推陈出新，包括有摩擦阻尼器、粘滞阻尼器、液体阻尼器等。

这些阻尼器通过耗散能量来减小结构的振动幅度，进而提高结构的减震性能。

不同类型的阻尼器在高层钢结构中的减震效果有所不同，需要进一步研究和分析。

对阻尼器在高层钢结构中的减震性能进行对比分析，可以帮助工程师和设计师在实际工程中选择适合的阻尼器类型，提高结构的抗震性能。

本研究旨在探讨各种阻尼器在高层钢结构中的应用情况和减震效果，为今后相关领域的研究提供参考和借鉴。

1.2 研究意义通过对各种类型阻尼器在高层钢结构中的减震性能进行比较分析，可以为工程设计人员在选择合适的阻尼器类型时提供科学依据。

在建筑结构设计和施工中，合理选择和配置阻尼器对于提高高层建筑的抗震性能、减小结构振动对建筑内部设备和人员的影响具有重要意义。

深入研究阻尼器在高层钢结构中的减震性能对比分析对于推动高层建筑结构工程领域的发展具有重要的学术和实用价值。

1.3 研究目的研究目的主要是通过对不同类型阻尼器在高层钢结构中减震性能的对比分析，寻找最适合的阻尼器类型，为高层钢结构的设计和施工提供科学依据。

通过研究阻尼器在高层钢结构中的应用和影响因素，深入探讨阻尼器在减震性能上的作用机理，为提高高层钢结构的抗震性能提供理论支持和实际指导。

耗能减震技术在结构减震中的应用研究(文献综述)

文献综述耗能减震技术在结构减震中的应用研究1. 前言传统的抗震设计是利用结构本身的抗震性能抵御地震作用，以达到抗震的目的,这是“硬碰硬”式的抗震, 是一种消极被动的抗震方法。

耗能减震技术[1]原理是通过附加的子结构或者耗能装置，以消耗地震传递给结构的能量为目的，以减小主体结构地震反应或减轻其破坏, 达到抗震的目的。

1972 年新西兰的Kelly等人[2]首先提出金属屈服耗能器，并进行了软钢耗能器的研究和试验。

为了改善地震作用下结构的工作性能，近年来国内外已开发出了各种耗能阻尼器。

目前, 已开发出多种耗能减震装置, 它们可归纳为以下三类:(1) 金属阻尼器;(2) 摩擦耗能减震装置;(3)粘弹性阻尼器。

因其减震效果好、构造简单、造价低廉、适用范围广、维护方便等特点，受到各国研究者和工程师的重视。

加拿大、意大利、日本、墨西哥、新西兰和美国等国家已将耗能减震装置应用到建筑中以减轻建筑物的地震反应, 以及在某些情况下减轻建筑物中设备振动损害的危险性。

本文总结了国内外耗能减震技术研究和工程应用的最新进展。

2. 耗能能减震的概念及原理消能减震技术属于结构减震控制中的被动控制，它是指在结构某些部位设置阻尼装置，通过阻尼装置产生摩擦，弯曲（或剪切，扭转）弹塑性滞回变形消能来消散或吸收地震能量，以减小主体结构地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震抗震的目的。

装有阻尼（消能）装置的结构称为耗能减震结构。

耗能减震的原理[8]可以从能量的角度来描述，如图1所示，结构在地震中任意时刻的能量方程为：（a ）地震输入；（b ）传统抗震结构；（c ）消能减震结构图1 结构能量转换途径对比传统抗震结构：in v c k h E E E E E =+++ (1)耗能减震结构：''''in v c k h d E E E E E E =++++ (2)式中：E in 、E in ′——地震过程中输人结构体系的能量；E v 、E v ′——结构体系的动能；E c 、E c ′——结构体系的粘滞阻尼消能；E k 、E k ′——结构体系的弹性应变能；E h 、E h ′——结构体系的滞回消能；E d ——消能(阻尼)装置或消能元件消散或吸收的能量。

软钢阻尼器耗能减震结构的研究与应用综述

・综　述・软钢阻尼器耗能减震结构的研究与应用综述3章丛俊　李爱群　赵　明(东南大学土木工程学院　南京　210096) 摘　要:对软钢阻尼器消能减震结构进行了综述,包括国内外软钢阻尼器研究与应用状况,软钢阻尼器耗能减震结构体系的分析与设计方法及标准化发展,并提出了软钢阻尼器耗能减震技术有待进一步研究的若干问题。

关键词:软钢阻尼器　滞回曲线　耗能　减震　耗能减震结构体系SU MMAR Y OF RESEARCH ON AN D APP LICATIONS OF PASSIVE ENERG YDISSIPATION SYSTEMS OF MI LD STEE L DAMPERZhang C ongjun Li Aiqun Zhao M ing(C ollege of Civil Engineering ,S outheast University Nanjing 210096)Abstract :I t is summarized that the passive energy dissipation systems of mild steel dam per ,including the studies and applications of the new techniques both at home and abroad ;the per formance ,design methods and codes of structure systems with energy dissipaters.S ome problems to be further studied are presented.K eyw ords :mild steel dam per hysteretic curve energy dissipation seismic reduction structure systems with energy dissipation3国家自然科学基金资助项目(编号:59978009)。

新型金属阻尼器减震结构的试验及理论研究的开题报告

新型金属阻尼器减震结构的试验及理论研究的开题报告一、研究背景及意义随着城市化的发展和交通工具的普及，地震对建筑结构和桥梁的破坏成为日益严重的问题。

为了提高建筑和桥梁的抗震性能，阻尼器技术逐渐被引入到建筑和桥梁工程中。

传统的钢制阻尼器结构虽然效果显著，但存在制造成本高、重量大、维护难度大等问题，因此新型金属阻尼器得到了广泛关注。

本研究旨在通过对新型金属阻尼器减震结构进行试验和理论研究，探索其减震机理和抗震性能，为提高建筑和桥梁的抗震性能提供理论和实践支持。

二、研究内容和方法1. 研究内容（1）新型金属阻尼器的减震机理和工作原理进行研究。

（2）设计并制造新型金属阻尼器，进行试验研究其性能。

（3）建立新型金属阻尼器减震结构的理论模型，验证试验结果。

（4）分析新型金属阻尼器的优缺点，探索其应用前景。

2. 研究方法（1）文献调研和资料收集，了解阻尼器技术的现状和发展趋势，研究新型金属阻尼器减震结构的先进性和可行性。

（2）基于ANSYS软件建立新型金属阻尼器减震结构的三维数字模型，进行有限元分析和仿真。

（3）设计制造新型金属阻尼器材料试样和结构试件，在振动台上进行减震效果和阻尼力的试验研究。

（4）基于试验数据，建立新型金属阻尼器减震结构的动力学模型和振动响应模型，分析其减震机理和性能特点。

三、研究进度和计划1. 研究进度目前已完成文献调研和资料收集，了解了新型金属阻尼器减震结构的基本原理和性能表现。

正在进行新型金属阻尼器的设计和制造，计划在3个月内完成试验研究和理论模型的建立，进一步分析其减震机理和抗震性能特点，最终形成研究报告。

2. 研究计划（1）第1-2个月：文献调研和资料收集、新型金属阻尼器设计和制造。

（2）第3个月：试验研究和数据分析、理论模型的建立和验证。

（3）第4个月：论文撰写和修改。

四、预期成果和意义本研究将探索新型金属阻尼器减震结构的机理和特点，为提高建筑和桥梁的抗震性能提供理论和实践基础。

科技成果——高层消能减震阻尼器

科技成果——高层消能减震阻尼器技术开发单位大连大学成果简介随着我国经济的高速发展，城市人口的日益膨胀，高层建筑在我国各大、中城市快速涌现。

在高层建筑的结构设计中，水平荷载，包括风荷载和水平地震作用，成为结构的控制荷载，从而要保证结构具有足够的抗侧移刚度。

传统的抗震设计是通过增强结构本身的抗震性能来抵御地震作用，但这种抗震方式缺乏自我调节能力，在不确定的地震作用下，往往不能满足安全性的要求；即使能满足设计要求，结构构件的尺寸可能需要很大，这既给建筑布置带来一定的困难，在经济上又要增加相当多的投资。

耗能减震技术是通过附加的子结构或者耗能装置，以消耗地震传递给结构的能量为目的。

耗能减震技术因其减震效果好、构造简单、造价低廉、适用范围广、维护方便等特点，受到各国研究者和工程师的重视。

1972年新西兰的Kelly等人首先提出金属屈服耗能器，并进行了软钢耗能器的研究和试验。

为了改善地震作用下结构的工作性能，近年来国内外已开发出了各种耗能阻尼器。

其中用极低屈服点钢材制成的软钢屈服阻尼器可避免或减小中震后的修复工作，并能显著降低大震作用下结构的损伤，越来越受到工程界的重视。

本软钢消能减震阻尼器，大幅度提高了软钢类阻尼器的初始刚度，同时也能保证钢材屈服后的耗能性能，可以实现小震作用下提供足够的初始刚度，大震作用下耗散地震能的抗震思想，具有良好经济效益。

本成果解决其技术问题所采用的技术方案是：消震减震阻尼器由压板、夹板、消能片等几个部分组成，压板、夹板、消能片均采用Q235钢材。

夹板采用14片等厚等长的钢板叠合而成，上下各7片，上下对称，消能片采用中间带有3个中空菱形孔洞的钢板组成，消能片一共6片；夹板与效能片互相叠合，与压板通过螺栓连接。

由此组成的消能减震阻尼器具有刚度大，变形能力强、耗能能力强的特点，其受力明确，构造简单，制造方便，价格低廉、易于安装和维护，耐久性好。

不仅在强震作用下发挥消能减震作用，在小震作用下同样也可发挥耗能作用。

新型开洞软钢板阻尼器的理论及试验研究

Ｖｏ１．４３Ｎｏ．２
Ｍａｒ．２０ｌ３
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ０５０５．２０１３．０２．０尼器的理论及试验研究
ｍｅｈｏｔｄｓ．Ｆｉｎｌｌａｙ，ｍｏｎｏｔｏｎｉｃｎｄａｃｙｃｌｉｃｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔｓｗｅｒｅｃａｒｄｅｄｏｕｔｔｏｅｖｌｕａａｔｅｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｐｅｒ．
ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｆｏｒｓｔｒｕｃｔｒｅｕｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏ１．ＴｈｅｄａｍｐｅｒｄｉｓｓｉｐａｔｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｔｈｒｏｕｇｈｐｌａｓｉｃｔｂｅｎｄｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣＯｅｒｐｌａｔｅｓ。Ｆｉｒｓｔ，ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｎｔｈｅｃｏｒｅｐｌａｔｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｉｎｆｉｔｅ
ｆｏｍａｒｎｃｅｏｆｈｅｔｄｍｐａｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｈａｔｔｔｈｅｄｒｕｍ— ｓｈａｐｅｄｏｐｅｎｉｎｇｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓｔｏｈｅｔｕｎｉｏｒｆｍｉｔｙ

不同形式软钢阻尼器的研究

不同形式软钢阻尼器的研究王桂萱;孙晓艳;赵杰【摘要】The paper summarizes a variety of mild steel dampers at home and abroad. The structures , principles and performances of mild steel dampers with different forms are analyzed. And the problems in current research of mild steel dampers are put forward.%总结了国内外研究的多种软钢阻尼器，对不同形式软钢阻尼器的构造、原理和性能进行分析，并提出了目前软钢阻尼器研究中遇到的问题。

【期刊名称】《防灾减灾学报》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】9页(P7-15)【关键词】地震;消能减震;软钢阻尼器【作者】王桂萱;孙晓艳;赵杰【作者单位】大连大学土木工程技术研究与开发中心，辽宁大连 116622;大连大学土木工程技术研究与开发中心，辽宁大连 116622;大连大学土木工程技术研究与开发中心，辽宁大连 116622【正文语种】中文【中图分类】P315.90 引言地震是地壳运动的一种特殊表现形式，会引起建筑结构的严重破坏。

我国地震主要分布在台湾、西南、西北、华北和东南沿海地区，分布面积较广。

1976年发生了7.8级的唐山地震，2008年发生了“5.12”汶川特大地震，2013年4月20日四川省雅安市芦山县发生的7.0级地震，这些地震造成了大量房屋的破坏与倒塌，人民生命财产蒙受了巨大的损失。

1 减震原理为了减小地震（风振）给人们带来的巨大损失，近年来消能减震技术得到了迅速发展。

传统结构是利用梁柱本身“硬碰硬”的抗震形式消耗能量，而消能减震技术是在结构的节点、支撑、剪力墙、联结缝、楼层空间、相邻建筑间、主附结构间等部位设置阻尼装置，通过阻尼装置的弯曲、剪切、扭转变形来耗散地震能量，减小结构的地震反应，进而减轻结构的损伤程度，达到减震控制的目的［1］。

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振动与冲击第25卷第3期J OURNAL OF V IBRAT I ON AND SHOCK Vo.l25No.32006新型软钢阻尼器的减震性能研究基金项目:大连市建委科技项目收稿日期:2005-02-18修改稿收到日期:2005-04-15第一作者李钢男,博士生,1979年生李钢李宏男(大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室,大连116023)摘要提出了设计软钢阻尼器的新思路:利用钢板平面内受力提高初始刚度,并通过改变钢板平面几何形状增加变形耗能能力。

通过对具有不同几何形状的软钢阻尼器模型进行拟静力往复加载试验研究,验证了此种软钢阻尼器具有良好的塑性耗能性能。

数值计算表明,在地震动作用下装有新型软钢阻尼器框架体系具有良好的减震效果。

关键词:软钢阻尼器,结构控制,减震性能,参数研究中图分类号:P315文献标识码:A0引言近年来,国内外的研究者在工程结构的隔震、减振与振动控制方面进行了大量的研究工作,取得了丰硕的成果[1-6]。

传统的抗震设计是通过增强结构本身的抗震性能来抵御地震作用,即利用结构本身储存和消耗地震能量以满足结构抗震设防标准:小震不坏,中震可修,大震不倒。

而这种抗震方式缺乏自我调节能力,在不确定的地震作用下,很可能不满足安全性的要求。

而结构振动控制技术为结构抗震提供了一条合理有效的途径。

其中,耗能减震作为一种被动控制措施是将输入结构的地震能量引向特别设置的机构和元件加以吸收和耗散,从而能够保护主体结构的安全。

软钢阻尼器是目前国内外广泛研究的各种耗能器中,构造简单、造价低廉、力学模型明确的一种被动耗能装置,屈服后在反复循环荷载作用下仍具有稳定的滞回特性。

1972年,Ke lly等[3]在提出耗能减概念时就采用了软钢屈服耗能器,其中包括扭转梁、弯曲梁、U 型钢等形式。

W h ittaker等[4]和Tsa i等[5]分别研究了X 型钢板和三角形钢板耗能器平面外的特性。

日本Ka j-i m a公司提出了一种蜂窝状的软钢屈服耗能器,可安装在墙中或梁内。

国内学者对此也做了相应的研究工作,欧进萍等[6]对组合钢板耗能器进行了研究,这种耗能器消除了软钢阻尼器中薄膜效应的影响。

邢书涛等[7]提出了一种纵截面为中空菱形的矩形钢板阻尼器。

目前,软钢阻尼器已应用于建筑结构中,如新西兰的六层政府办公大楼,其预制墙板的斜撑中采用了钢管耗能器[8];美国旧金山的非延性钢筋混凝土结构的抗震加固和墨西哥的一些建筑中[9]。

上述软钢阻尼器均是利用阻尼钢板平面外等厚度处同时屈服的特性来实现耗能作用,其优越性在于塑性变形较大,滞回性能稳定;不足之处在于这类软钢阻尼器初始刚度较小,承载能力低。

若增大初始刚度,则需要增加阻尼器钢板的数量,这使得实际工程应用中存在着经济性与可行性问题。

而采用钢板平面内受力方式,则可以在很大程度上提高其初始刚度及屈服力。

1997年M ito等[10]通过试验研究了一种矩形剪切板阻尼器,但这种阻尼器由于平面内受力,钢板的四个角点处应力集中,在水平位移很小时就出现断裂现象,使得变形耗能能力相对较差。

2003年T irca等[11]提出了一种平面内受力形式的钢阻尼器,并对装有此种阻尼器的中高层结构进行了性能分析,证明此阻尼器具有很好的耗能减震能力。

软钢阻尼器一般安装于梁与支撑的节点处,在正常使用状态下整个耗能体系不发挥作用,只有在地震作用下,阻尼器才通过塑性变形来消耗地震能量。

然而,在小震作用下,目前设计的建筑物能够满足抗震设防要求,一般不需要阻尼器工作;在大震或偶然发生超过设防烈度的地震(因地震难以预测)作用下,需要阻尼器耗能以减小结构地震反应。

这样,目前利用钢板平面外变形耗能的软钢阻尼器难以满足这种要求。

为了最大程度发挥耗能体系的作用,阻尼器应该同时具备初始刚度大和屈服后具有良好变形耗能能力两个特点。

针对上述阻尼器中存在的不足,本文提出了一类新型软钢阻尼器,试验和理论计算均表明,所提出的阻尼器满足这种要求。

1新型软钢阻尼器及模型试验阻尼器钢板平面外受力时具有较强的变形能力,但初始刚度较低。

为避免这一现象本文采用钢板平面内受力形式,此种受力方式同时存在一定的缺陷,通常是局部屈服更容易引发应力集中现象,变形能力较差。

如何提高变形能力,避免应力集中现象则成为关键问题。

通过改变钢板平面几何形状使其出现多点屈服,在屈服后形成若干塑性屈服点的方法来实现更好的耗能效果。

根据上述思路,这里给出五种自行设计的软钢阻尼器。

软钢阻尼器材料均采用Q235板型钢材,钢板厚度为4mm,由于平面形状较为复杂,为防止应力集中现象,阻尼器在加工制作过程中尖角处均以圆弧代替。

为考察五种不同形状软钢阻尼器力学性能,进行了拟静力往复加载试验,试验在大连理工大学工程力学实验室MTS 设备上进行,由于金属阻尼器属于位移相关型耗能装置[12],加载速度对其影响可以忽略,故采用频率一致的缓慢加载方式。

试验装置如图1所示,由于钢板平面内受力,初始刚度较大,为保证其平动运动状态,试验中对两个形状相同的阻尼器同时进行。

在中部滑动钢板两侧固定四个带有轴承的横杆,以保证中部滑动钢板在同一平面内上下滑动。

试验过程中,采用力和位移两种加载控制方式,即在弹性阶段采用控制力的方法,当阻尼器屈服进入塑性变形后,采用控制位移的方法。

位移步长为1.5mm,当观察到裂缝或承载力下降超过20%时,停止试验,认为阻尼器已破坏。

下面分别介绍五种软钢阻尼器的模型及试验结果。

图1 钢阻尼器试验装置图111 工字型软钢阻尼器工字型软钢阻尼器如图2所示,对其进行拟静力往复加载试验,并测得其滞回曲线如图3所示。

图2 工字型软钢阻尼器模型图图3 工字型软钢阻尼器滞回曲线试验结果表明:滞回曲线中塑性变形较小,屈服力较大,表现出较大的初始刚度。

滞回曲线出现了明显的"捏缩"现象,分析其原因主要有如下几个方面:第一,钢板平面出现了应力集中的现象;第二,剪切变形较弯曲变形更为显著,当剪切变形与弯曲变形同时存在时,剪切变形类似于水平滑移现象。

由此看出工字型软钢阻尼器初始刚度较大,但变形性能较差,不具备良好的耗能性能。

112 双圆孔型软钢阻尼器双圆孔软钢阻尼器如图4所示,对其进行静力往复加载试验,并测得其滞回曲线如图5所示。

图4 双圆孔型软钢阻尼器模型图图5 双圆孔型软钢阻尼器滞回曲线67第3期李钢等:新型软钢阻尼器的减震性能研究试验结果表明:滞回曲线中塑性变形较小,屈服力较大,表现出较大的初始刚度。

试验过程中到加载后期,双圆孔型软钢阻尼器同时在圆孔附近出现了水平的裂纹,表现为明显的剪切破坏,其主要原因还在于平面几何形状不合理,双圆孔周围引发应力集中现象,因此不具有良好的变形耗能特性。

113 单圆孔型软钢阻尼器单圆孔软钢阻尼器如图6所示,对其进行拟静力往复加载试验,并测得其滞回曲线如图7所示。

图6单圆孔型软钢阻尼器模型图图7 单圆孔型软钢阻尼器滞回曲线试验结果表明:单圆孔型软钢阻尼器在平面内受力时表现出良好的塑性变形性能。

试验过程中,阻尼器中部的圆孔随着相对位移的产生在椭圆与圆之间变化,滞回曲线饱满,塑性变形较大,同时具有一定的初始刚度和耗能能力,滞回曲线接近理想弹塑性模型,是一种理想的耗能装置。

114 条型软钢阻尼器条型软钢阻尼器如图8所示,在钢板平面开设条型孔槽,孔槽的两端采用圆弧过渡。

对其进行拟静力往复加载试验,并测得其滞回曲线如图9所示。

试验结果表明:条型软钢阻尼器在平面内受力时表现出良好的塑性性能,滞回曲线饱满,塑性变形较大,同时具有较高的初始刚度。

但在试验过程中发现,条型阻尼器出现了明显的平面外屈曲现象,由图9可以看出,滞回曲线承载力逐渐下降,同时刚度也不断降低,这将影响阻尼器正常使用中的性能,且稳定性稍差。

图8 条型软钢阻尼器模型图图9 条型软钢阻尼器滞回曲线115 双X 型软钢阻尼器双X 型软钢阻尼器如图10所示,在钢板平面开设菱形孔槽,这也是区别于条型软钢阻尼器的地方,对其进行拟静力往复加载试验,并测得其滞回曲线如图11所示。

试验结果表明:双X 型软钢阻尼器滞回性能稳定,曲线饱满,塑性变形较大,同时具有一定的初始刚度,表现出良好的耗能性能。

试验过程中观察到,这种做法解决了条型阻尼器出现的平面外屈曲现象。

通过对五种软钢阻尼器的力学性能试验表明,平面几何形状的设计对此类软钢阻尼器的塑性变形能力影响很大。

本文提出的五种软钢阻尼器中,以单圆孔型软钢阻尼器及双X 型软钢阻尼器力学性能最佳,下面主要针对上两种软钢阻尼器进行论述。

图10 双X 型软钢阻尼器模型图68振动与冲击 2006年第25卷图11 双X 型软钢阻尼器滞回曲线2 新型软钢阻尼器的计算模型211 阻尼器的计算模型由软钢阻尼器拟静力试验测得滞回曲线可以看出,单圆孔型软钢阻尼器的滞回曲线较接近于理想弹塑性模型,而双X 型软钢阻尼器的滞回曲线呈现双线性强化模型。

图12和13给出了两种阻尼器的恢复力简化模型,其中,K 为初始刚度,x 为屈服位移,F 为屈服力。

根据试验结果,双X 型软钢阻尼器第二刚度系数A 建议取0.05。

图12 单圆孔软钢阻尼器恢复力模型图13 双X 型软钢阻尼器恢复力模型212 阻尼器的数值计算方法新型软钢阻尼器采用的是钢板平面内受力方式,阻尼器平面形状较为复杂,因此很难给出一种简化的计算阻尼器屈服位移、屈服荷载、极限荷载计算公式。

对于复杂平面的应力应变分析,有限元是常用的分析方法。

在用有限元方法计算单圆孔及双X 型软钢阻尼器时,根据试验测得滞回曲线而简化的恢复力模型,材料本构关系分别取为理想弹塑性和双线性强化模型。

本文采用了工程界广泛应用的ANSYS 有限元软件,并对软钢阻尼器拟静力试验进行数值分析。

分析过程中,阻尼器有限元模型利用PLANE82平面单元建立,采用约束位移的方法进行非线性往复加载数值模拟,图14和15分别为ANSYS 有限元程序计算的两种阻尼器数值滞回曲线。

可以看出,ANSYS 软件可以很好地再现此类软钢阻尼器拟静力试验的过程,理论计算与试验结果较为接近,可以满足工程设计要求。

图14单圆孔型软钢阻尼器数值滞回曲线图15 双X 型软钢阻尼器数值滞回曲线3 带有新型软钢阻尼器的耗能减震体系性能分析311 耗能体系计算模型将本文提到的单圆孔型软钢阻尼器应用于结构中(其它形状的阻尼器分析过程完全相同),以考察此类阻尼器对结构的减震效果。

采用W ilsi o n-H 法编制了装有软钢阻尼器耗能体系的时程分析程序,并对结构69第3期李钢等:新型软钢阻尼器的减震性能研究进行在地震作用下的数值分析。

这里,主要考察安装耗能装置的结构体系在中震及大震作用下的减震性能,此时主体结构和阻尼器均可能进入塑性阶段,在程序编制过程过程中同时考虑了主体结构的非线性和阻尼器的非线性特性。