• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      軸向拉壓型金屬阻尼器抗震性能測(cè)試及其應(yīng)用研究

      2017-08-31 11:56:44代桂霞
      振動(dòng)與沖擊 2017年16期
      關(guān)鍵詞:壓型阻尼器腹板

      魯 亮, 劉 霞, 代桂霞

      (1.同濟(jì)大學(xué) 結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所,上海 200092;2.東南大學(xué) 城市工程科學(xué)技術(shù)研究院,南京 210096)

      軸向拉壓型金屬阻尼器抗震性能測(cè)試及其應(yīng)用研究

      魯 亮1, 劉 霞2, 代桂霞1

      (1.同濟(jì)大學(xué) 結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所,上海 200092;2.東南大學(xué) 城市工程科學(xué)技術(shù)研究院,南京 210096)

      以一種軸向拉壓型金屬阻尼器為研究對(duì)象,介紹了軸向拉壓型金屬阻尼器的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及其理論計(jì)算方法;進(jìn)行了抗震性能測(cè)試,得到了軸向拉壓型金屬阻尼器的屈服位移、屈服荷載及屈服剛度,并分析了其耗能能力;研究了軸向拉壓型金屬阻尼器在體外預(yù)應(yīng)力自復(fù)位結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。研究結(jié)果表明:軸向拉壓型金屬阻尼器利用腹板軸向拉壓耗能,避免了連接構(gòu)件的局部損壞;安裝方式與黏滯阻尼器相同,安裝方便、易于更換;軸向拉壓型金屬阻尼器具有提供結(jié)構(gòu)附加剛度,控制結(jié)構(gòu)位移,耗能顯著的優(yōu)點(diǎn)。

      軸向拉壓型金屬阻尼器;抗震性能;擬靜力試驗(yàn);耗能能力

      基于經(jīng)濟(jì)與損失均衡的考慮,根據(jù)現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防目標(biāo),建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震作用下產(chǎn)生一定程度的損傷是不可避免的,因此在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中有效控制結(jié)構(gòu)的損傷部位和損傷程度是非常重要的理念。近幾十年來(lái)發(fā)展了結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制、被動(dòng)控制和混合控制的抗震方法[1-3],比較成熟的被動(dòng)控制抗震方法中又有隔震、耗能減震等技術(shù)方法,工程應(yīng)用中主要利用耗能裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)的隔震和耗能減震。耗能裝置可分為:速度相關(guān)型(如黏滯阻尼器、黏彈性阻尼器等);位移相關(guān)型(如金屬屈服阻尼器、摩擦阻尼器等)[4]。

      金屬阻尼器是一種耗能性能優(yōu)越、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制作方便、造價(jià)低廉、易于更換的耗能減震裝置。在地震作用下,金屬阻尼器在結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生塑性變形前先發(fā)生屈服,消耗了大部分地面運(yùn)動(dòng)傳遞給建筑結(jié)構(gòu)的能量。它既可以配合隔震支座和隔震系統(tǒng),作為其中的耗能單元或限位裝置,又可以單獨(dú)用于建筑結(jié)構(gòu)中作為耗能裝置,提供附加阻尼和剛度,目前使用的金屬阻尼器大多屬于剪切加載型阻尼器[5],其上下端面鋼板通過(guò)錨固螺栓或焊接連接到框架梁底及下部人字形支撐頂部,在剪力作用下使金屬腹板剪切耗能。但是框架結(jié)構(gòu)層間側(cè)移引起的豎向位移量與阻尼器的豎向變形量一般不相同,阻尼器上端面鋼板擠壓梁底,導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)局部損壞。

      為克服常規(guī)金屬阻尼器的缺點(diǎn),減少地震作用時(shí)可能產(chǎn)生的對(duì)主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞,本文提出了一種軸向拉壓型金屬阻尼器,介紹了軸向拉壓型金屬阻尼器力學(xué)參數(shù)的計(jì)算方法,進(jìn)行了軸向拉壓型金屬阻尼器的抗震性能測(cè)試,研究了軸向拉壓型金屬阻尼器在建筑結(jié)構(gòu)中的耗能特性。

      1 軸向拉壓型金屬阻尼器

      1.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

      軸向拉壓型金屬阻尼器[6]的構(gòu)造圖如圖1所示,該阻尼器包括中心鋼板、設(shè)置在中心鋼板兩側(cè)的翼緣板以及設(shè)置在中心鋼板與翼緣鋼板之間的多個(gè)耗能腹板,中心鋼板與構(gòu)件固定連接,耗能腹板將中心鋼板與翼緣板連接。中心鋼板設(shè)有一對(duì),共面對(duì)稱(chēng)布置;翼緣鋼板設(shè)有一對(duì),分別沿中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)設(shè)置在中心鋼板兩側(cè);耗能腹板選用多塊X形鋼板,平均分為數(shù)組,分別對(duì)稱(chēng)布置在中心鋼板與翼緣板之間。耗能腹板的屈服耗散了地震中輸入的能量,同時(shí)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)進(jìn)行了有效的控制。

      圖1 軸向拉壓型金屬阻尼器結(jié)構(gòu)構(gòu)造Fig.1 Constructional detail of axial compression-tension metallic damper

      軸向拉壓型金屬阻尼器在建筑結(jié)構(gòu)中的安裝如圖2所示,框架層間安裝人字撐,鉸支座通過(guò)焊接或螺栓與人字撐連接,梁底預(yù)埋鉸支座,利用鋼插銷(xiāo)將軸向拉壓型金屬阻尼器與梁底以及人字撐鉸支座連接。地震作用時(shí),框架產(chǎn)生層間變形,軸向拉壓型金屬阻尼器承受軸向拉壓荷載,耗能腹板變形耗能,消耗了地震能量,控制了層間變形;軸向拉壓型金屬阻尼器上表面與梁底面留有間隙,在結(jié)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,垂直于框架方向不會(huì)對(duì)梁底產(chǎn)生擠壓。

      圖2 軸向拉壓型金屬阻尼器安裝方式Fig.2 Installation of axial compression-tension metallic damper

      與剪切型加載金屬阻尼器相比,本文設(shè)計(jì)的軸向拉壓型金屬阻尼器優(yōu)點(diǎn)顯著:①安裝方式與黏滯阻尼器相同,在結(jié)構(gòu)采用黏滯阻尼器與金屬阻尼器進(jìn)行混合減震控制時(shí),兩種阻尼器的安裝方式一致,操作方便;②腹板利用軸向拉壓進(jìn)行屈服耗能,避免了剪切加載型金屬阻尼器與整體結(jié)構(gòu)變形不協(xié)調(diào),擠壓梁底,造成結(jié)構(gòu)局部破壞的問(wèn)題。

      1.2 力學(xué)參數(shù)計(jì)算

      在設(shè)計(jì)阻尼器前,需要通過(guò)理論計(jì)算對(duì)其力學(xué)參數(shù)進(jìn)行初步計(jì)算,得到其大致外形尺寸,再通過(guò)有限元軟件進(jìn)行數(shù)值分析,最終得到工程設(shè)計(jì)所需的阻尼器設(shè)計(jì)參數(shù)。

      軸向拉壓型阻尼器裝置的初始剛度、屈服荷載、屈服位移是試驗(yàn)和分析時(shí)所必需的參數(shù),下面分別對(duì)其進(jìn)行理論推導(dǎo)。

      為了便于分析,在理論推導(dǎo)之前,作如下假定:①不考慮軸力與剪力引起的變形(小一量級(jí)),僅考慮阻尼器腹板的彎曲變形;②在彎曲變形過(guò)程中,腹板橫截面始終保持為平面,即平截面假定。

      取阻尼器中一片X形腹板,建立坐標(biāo)如圖3所示,X形鋼板的高度為h,寬度為b,厚度為t,X形鋼板最窄處寬b0,在高度為y處,X形鋼板截面參數(shù)如圖3所示。

      圖3 軸向拉壓型金屬阻尼器X形腹板Fig. 3 X-shaped web of axial compression-tension metallic damper

      X形腹板寬度為

      (1)

      對(duì)x軸的慣性矩為

      (2)

      X形腹板受力簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖如圖4和5所示,腹板的主受力方向與厚度方向垂直,且消能鋼板的高度遠(yuǎn)大于其厚度,故腹板變形以彎曲變形為主。

      圖4 計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.4 Computing model

      圖5 內(nèi)力圖Fig.5 Internal force diagrams

      1.2.1 初始剛度

      根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)中的力法來(lái)求解腹板的初始剛度。首先求其柔度,即單位力所產(chǎn)生的位移δ

      (3)

      (4)

      (5)

      1.2.2 屈服位移

      純彎曲的應(yīng)力計(jì)算公式為

      (6)

      當(dāng)腹板高度為y處的某一截面的邊緣(z=t/2)的應(yīng)力達(dá)到屈服應(yīng)力時(shí),腹板進(jìn)入屈服狀態(tài),則由式(6)可得此截面的屈服彎矩為

      (7)

      則此截面屈服時(shí)的曲率可由式(8)計(jì)算

      (8)

      由式(8)可見(jiàn),沿y軸各個(gè)截面厚度相同處,截面屈服時(shí)的曲率都相同。則屈服位移為

      (9)

      由式(8)可以看出,軸向拉壓型金屬阻尼器腹板在相同厚度處的各點(diǎn)同時(shí)達(dá)到屈服。

      1.2.3 屈服荷載

      一片X形腹板的屈服荷載為

      (10)

      考慮到本文中軸向拉壓型金屬阻尼器是由4組腹板對(duì)稱(chēng)布置在上下翼緣板與中心鋼板之間,每組鋼板由n片X形鋼板組成,則計(jì)算軸向拉壓型金屬阻尼器整體剛度、屈服位移和屈服荷載時(shí)需對(duì)一片腹板相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行組合。

      初始剛度為

      (11)

      (12)

      屈服荷載為

      (13)

      屈服位移分別為

      (14)

      通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn),當(dāng)b0=0,即ξ=0時(shí),η=1;當(dāng)b0=b,即ξ=1時(shí),η=1.5。所以當(dāng)0≤ξ≤1時(shí),1≤η≤1.5,隨著b0的增加,腹板的初始剛度和屈服剪力也在增大。

      2 軸向拉壓型金屬阻尼器抗震性能

      利用軸向拉壓型金屬阻尼器理論計(jì)算式(12)~式(14),結(jié)合實(shí)測(cè)材性數(shù)據(jù)進(jìn)行軸向拉壓型金屬阻尼器的初步設(shè)計(jì),可以得到阻尼器初步外形尺寸,再通過(guò)有限元計(jì)算,可精確調(diào)整得到阻尼器尺寸參數(shù)。最終根據(jù)結(jié)構(gòu)所需屈服剛度、屈服位移以及屈服荷載,選擇符合參數(shù)要求的阻尼器尺寸為:耗能腹板選用4組,每組腹板采用3片X形鋼板,腹板采用Q235鋼,其他鋼材均采用Q345鋼,軸向拉壓型金屬阻尼器具體尺寸如圖6所示。

      圖6 金屬阻尼器構(gòu)造Fig.6 Constructional detail of metallic damper

      這種軸向拉壓型金屬阻尼器通過(guò)X形腹板的側(cè)向彎曲屈服而耗能。它的最大優(yōu)點(diǎn)在于相同厚度處的各點(diǎn)將同時(shí)達(dá)到屈服,充分發(fā)揮了鋼板材料的塑性性能,大大提高了耗能能力。

      《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定消能部件的性能參數(shù)應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定,通過(guò)對(duì)軸向拉壓型金屬阻尼器施加水平荷載進(jìn)行低周反復(fù)擬靜力試驗(yàn),測(cè)試阻尼器的荷載-位移滯回性能,阻尼器的加載方式采用位移控制,加載工況為圖7所示,試驗(yàn)裝置如圖8所示,加載作動(dòng)器為MAS-100型作動(dòng)器,最大出力100 kN,行程500 mm,位移采用拉線(xiàn)式位移計(jì)進(jìn)行測(cè)量。

      圖9給出了阻尼器在不同工況下變形圖。

      圖7 位移加載幅值Fig.7 Displacement amplitude of loading

      圖8 阻尼器試驗(yàn)Fig.8 Quasi-static test of the dampers

      圖10為根據(jù)擬靜力試驗(yàn)得到的軸向拉壓型金屬阻尼器的滯回曲線(xiàn)。由圖10可知,阻尼器滯回曲線(xiàn)呈飽滿(mǎn)的反S形,沒(méi)有頸縮和強(qiáng)度折減現(xiàn)象,說(shuō)明阻尼器具有顯著的能量吸收能力。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的滯回曲線(xiàn),可計(jì)算出阻尼器的初始剛度為3.22 kN/mm,屈服力為15.56 kN,屈服位移為4.87 mm。將阻尼器實(shí)際力學(xué)和幾何參數(shù)代入理論式(12)~式(14),計(jì)算得出阻尼器的初始剛度為3.36 kN/mm,屈服力為15.36 kN,屈服位移為4.57 mm。計(jì)算結(jié)果表明理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了拉壓型金屬阻尼器力學(xué)參數(shù)理論公式的正確性。

      圖9 不同位移下阻尼器變形Fig.9 Deformations of the damper under different displacement

      圖10 阻尼器滯回曲線(xiàn)Fig.10 Hysteretic loop curve of damper

      3 EPSCF結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

      此處所述EPSCF (External Prestressing Self-Centering)結(jié)構(gòu)是一種新型抗震結(jié)構(gòu)體系[7],如圖11所示,該體系是在CR-RCF結(jié)構(gòu)[8-10]基礎(chǔ)上的改進(jìn),結(jié)構(gòu)構(gòu)造更簡(jiǎn)潔、施工更方便、預(yù)應(yīng)力控制更準(zhǔn)確。EPSCF結(jié)構(gòu)具有以下技術(shù)特征:①在柱腳節(jié)點(diǎn)、梁柱節(jié)點(diǎn)處采用純鉸接的連接方式,使框架結(jié)構(gòu)具有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力,同時(shí)弱化了框架的整體剛度,減小了結(jié)構(gòu)中地震輸入的能量;②EPSCF結(jié)構(gòu)采用體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)提供地震作用下結(jié)構(gòu)的自復(fù)位能力,在上下兩層梁之間布置呈倒“八”或正“八”字形的鋼絞線(xiàn),張拉后產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力錨固于梁上、下表面;③結(jié)構(gòu)中采用軸向拉壓型金屬阻尼器耗散地震能量、控制結(jié)構(gòu)位移,結(jié)構(gòu)的抗震性能得到顯著提升。地震后,只需對(duì)搖擺節(jié)點(diǎn)部位裝置及軸向拉壓型金屬阻尼器等進(jìn)行必要的檢查更換,無(wú)需進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身的修復(fù),地震后可很快恢復(fù)正常生活和生產(chǎn),帶來(lái)極明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,符合“可恢復(fù)功能”的抗震設(shè)計(jì)理念。

      圖11 EPSCF結(jié)構(gòu)模型Fig.11 Model of EPSCF structure

      為了進(jìn)一步研究軸向拉壓型金屬阻尼器在建筑結(jié)構(gòu)中的耗能減震作用,進(jìn)行了EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)及EPSCF有控結(jié)構(gòu)的對(duì)比試驗(yàn)。EPSCF有控結(jié)構(gòu)是在EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上安裝軸向拉壓型金屬阻尼器后形成,如圖12所示。EPSCF有控結(jié)構(gòu)中的軸向拉壓型金屬阻尼器在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生屈服(見(jiàn)圖13),控制了結(jié)構(gòu)位移,耗散了輸入到結(jié)構(gòu)中的能量。

      圖12 EPSCF有控結(jié)構(gòu)試驗(yàn)圖Fig.12 Test of EPSCF structure with damper

      圖13 阻尼器變形圖Fig13. Deformation of the damper

      3.1 EPSCF結(jié)構(gòu)耗能性能

      根據(jù)EPSCF結(jié)構(gòu)的擬靜力試驗(yàn),分別得到EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)及EPSCF有控結(jié)構(gòu)的滯回曲線(xiàn),如圖14所示。

      圖14 EPSCF結(jié)構(gòu)滯回曲線(xiàn)對(duì)比Fig.14 Comparison of hysteretic loop curves of EPSCF structures

      由圖14可知:①EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)的荷載位移曲線(xiàn)比較狹長(zhǎng),幾乎呈一條直線(xiàn),而EPSCF有控結(jié)構(gòu)的荷載位移曲線(xiàn)呈飽滿(mǎn)的反S形,說(shuō)明EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)中鋼絞線(xiàn)在搖擺過(guò)程中處于彈性,不具備耗能能力,而設(shè)置阻尼器的EPSCF有控結(jié)構(gòu)具有顯著的耗能能力;②EPSCF有控結(jié)構(gòu)的層間位移達(dá)到6.94 mm時(shí),結(jié)構(gòu)中總荷載為17.57 kN。此時(shí)阻尼器屈服進(jìn)入塑性變形階段,開(kāi)始發(fā)揮耗能作用,相應(yīng)的阻尼器變形為5.04 mm、承擔(dān)荷載為16.06 kN,初始剛度為3.25 kN/mm,而由理論式(12)~式(14)得出阻尼器參數(shù)為:初始剛度為3.36 kN/mm,屈服力為15.36 kN,屈服位移為4.57 mm。對(duì)比表明理論計(jì)算結(jié)果與EPSCF結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

      在實(shí)際工程應(yīng)用中,可以通過(guò)合理參數(shù)設(shè)計(jì),當(dāng)EPSCF結(jié)構(gòu)遭遇多遇地震時(shí),阻尼器保持彈性,為結(jié)構(gòu)提供一定附加剛度,但不發(fā)揮耗能作用;當(dāng)EPSCF結(jié)構(gòu)經(jīng)歷設(shè)防烈度地震時(shí),金屬阻尼器發(fā)揮作用,X形腹板屈服耗能,耗散地震中的能量;當(dāng)EPSCF結(jié)構(gòu)進(jìn)入罕遇地震階段,應(yīng)保證阻尼器不發(fā)生材料破壞,X形腹板不發(fā)生斷裂。

      將同方向加載的荷載-位移曲線(xiàn)中超過(guò)前一次加載最大荷載的區(qū)段平移相連后得到EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)及EPSCF有控結(jié)構(gòu)的骨架曲線(xiàn),如圖15所示。

      圖15 EPSCF結(jié)構(gòu)骨架曲線(xiàn)圖Fig.15 Skeleton curves of EPSCF structures

      由圖15可知:①EPSCF有控結(jié)構(gòu)曲線(xiàn)有明顯的屈服點(diǎn),呈現(xiàn)雙折線(xiàn)的特征,而EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)幾乎呈線(xiàn)性,主要由于EPSCF有控結(jié)構(gòu)中阻尼器發(fā)生屈服,有明顯的屈服點(diǎn);②由于阻尼器結(jié)構(gòu)本身具有一定的剛度,故EPSCF有控結(jié)構(gòu)在第二階段的剛度也比EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)大,即阻尼器的設(shè)置增加了結(jié)構(gòu)剛度。

      為探討EPSCF無(wú)控與有控結(jié)構(gòu)體系之間的關(guān)系,將EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)骨架曲線(xiàn)與阻尼器滯回曲線(xiàn)進(jìn)行疊加(見(jiàn)圖16(a)),并與EPSCF有控結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)圖16(b))

      圖16 EPSCF結(jié)構(gòu)恢復(fù)力構(gòu)成Fig.16 Restoring force components of EPSCF structure

      圖16可以看出,EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)與阻尼器的疊加曲線(xiàn)與EPSCF有控結(jié)構(gòu)重合度較高,由此歸納出:EPSCF結(jié)構(gòu)體系由預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)和阻尼系統(tǒng)線(xiàn)性疊加形成,其恢復(fù)力曲線(xiàn)關(guān)系如圖17所示。圖中預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)為線(xiàn)彈性,預(yù)應(yīng)力的線(xiàn)性剛度為EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果中的剛度;阻尼系統(tǒng)的特征由結(jié)構(gòu)中的阻尼器特性決定,根據(jù)阻尼器的滯回恢復(fù)力曲線(xiàn),簡(jiǎn)化得到阻尼系統(tǒng)的骨架曲線(xiàn)。

      圖17 EPSCF結(jié)構(gòu)體系恢復(fù)力模型Fig.17 Restoring force model of EPSCF structures

      3.2 軸向拉壓型金屬阻尼器耗能特性

      將EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)、EPSCF有控結(jié)構(gòu)及軸向拉壓型金屬阻尼器的滯回曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比,如圖18所示。

      圖18 EPSCF結(jié)構(gòu)及軸向拉壓型金屬阻尼器滯回曲線(xiàn)對(duì)比Fig.18 Comparison of hysteretic loop curves between EPSCF structures and axial compression-tension metallic damper

      由圖18可知:①EPSCF有控結(jié)構(gòu)滯回曲線(xiàn)剛度大于EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu),說(shuō)明了軸向拉壓型金屬阻尼器為結(jié)構(gòu)提供了一定的剛度;②與EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)相比,EPSCF有控結(jié)構(gòu)增加的耗能能力均來(lái)自阻尼器,說(shuō)明軸向拉壓型金屬阻尼器作為建筑結(jié)構(gòu)中的耗能裝置效果顯著。

      在實(shí)際建筑中,要識(shí)別或用數(shù)學(xué)描述能量耗散(如摩擦、混凝土微裂縫的張開(kāi)與閉合等)機(jī)理中的每一項(xiàng)似乎是不可能的[11]。因此,實(shí)際結(jié)構(gòu)中的阻尼通常用高度理想化的方法描述。將實(shí)際結(jié)構(gòu)中的阻尼用等效阻尼表示,是使用起來(lái)最簡(jiǎn)單的阻尼形式。根據(jù)《建筑抗震試驗(yàn)規(guī)程》[12](JGJ/T 101—2015)中關(guān)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件耗能性能的衡量要求,滯回曲線(xiàn)一個(gè)滯回環(huán)所圍成的面積代表結(jié)構(gòu)或構(gòu)件耗能能力的大小。本文采用根據(jù)滯回曲線(xiàn)計(jì)算出的單周滯回耗能和等效阻尼系數(shù)ξe來(lái)判斷試件的耗能能力。等效阻尼系數(shù)越大,則滯回曲線(xiàn)越飽滿(mǎn),面積越大;等效阻尼系數(shù)越小,耗能系數(shù)越小,則滯回曲線(xiàn)捏縮越嚴(yán)重。

      如圖19所示,面積ABCD為滯回曲線(xiàn)一周所耗散的能量;面積OBE為假想的彈性直線(xiàn)OB在達(dá)到相同位移(OE)時(shí)所包圍的而積(即儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能)。曲線(xiàn)面積ABC與三角形面積OBE之比,表示耗散能量與等效彈性體產(chǎn)生相同位移時(shí)輸入的能量之比。等效阻尼系數(shù)的計(jì)算方法見(jiàn)式(15)。

      圖19 荷載-位移滯回曲線(xiàn)Fig.19 Load-displacement hysteretic loop curve

      (15)

      從以上耗散能量(見(jiàn)圖20)和等效阻尼系數(shù)(見(jiàn)圖21)的對(duì)比可以看出:

      圖20 EPSCF結(jié)構(gòu)耗散能量圖Fig.20 Energy dissipation diagram of EPSCF structures

      圖21 等效阻尼系數(shù)Fig.21 Coefficient of equivalent damping

      (1)對(duì)于安裝軸向拉壓型金屬阻尼器的EPSCF有控結(jié)構(gòu),滯回環(huán)飽滿(mǎn),表現(xiàn)出良好的耗能特性。滯回耗能逐級(jí)增加,并且增加幅度在提高,在發(fā)生90mm位移時(shí)結(jié)構(gòu)中耗散能量7 187J,是EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)耗能能力的20倍,這一特點(diǎn)和軸向拉壓型金屬阻尼器自身性能相關(guān),說(shuō)明了軸向拉壓型金屬阻尼器顯著的耗能能力。

      (2)安裝軸向拉壓型金屬阻尼器的EPSCF有控結(jié)構(gòu),等效阻尼比呈先上升后略有下降的趨勢(shì),結(jié)構(gòu)最初等效阻尼比為16.8%,當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生60mm位移時(shí),等效阻尼比達(dá)到最大,且最大值為27.4%,之后等效阻尼系數(shù)略有降低,試驗(yàn)結(jié)束時(shí)等效阻尼比最終為26.2%;沒(méi)有安裝軸向拉壓型金屬阻尼器的EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu),等效阻尼系數(shù)比較小,當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生屈服位移后的第一個(gè)滯回環(huán)的等效阻尼系數(shù)為10.4%,隨后等效阻尼比呈減小趨勢(shì),在結(jié)構(gòu)發(fā)生90mm位移時(shí),EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)等效阻尼比為3.2%,與EPSCF有控結(jié)構(gòu)的26.2%相比,降低了87.8%,說(shuō)明了軸向拉壓型金屬阻尼器具有穩(wěn)定的耗能能力。

      4 結(jié) 論

      本文對(duì)軸向拉壓型金屬阻尼器及其應(yīng)用在EPSCF結(jié)構(gòu)中的抗震性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得出以下結(jié)論:

      (1)軸向拉壓型金屬阻尼器利用腹板軸向拉壓耗能,安裝方式與黏滯阻尼器相同,安裝方便、易于更換;在結(jié)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)梁底不發(fā)生擠壓,避免了引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部損壞。

      (2)軸向拉壓型金屬阻尼器滯回曲線(xiàn)呈飽滿(mǎn)的反S形,沒(méi)有頸縮和強(qiáng)度折減現(xiàn)象,說(shuō)明軸向拉壓型金屬阻尼器具有顯著的能量吸收能力。

      (3)EPSCF結(jié)構(gòu)體系由鋼絞線(xiàn)系統(tǒng)和阻尼系統(tǒng)線(xiàn)性疊加形成,阻尼系統(tǒng)的特征由結(jié)構(gòu)中的軸向拉壓型金屬阻尼器性能參數(shù)決定。

      (4)大位移階段,EPSCF無(wú)控結(jié)構(gòu)的等效阻尼系數(shù)穩(wěn)定在3.2%,設(shè)置軸向拉壓型金屬阻尼器的EPSCF有控結(jié)構(gòu)等效阻尼系數(shù)為26.2%,說(shuō)明軸向拉壓型金屬阻尼器具有穩(wěn)定的耗能能力。

      [ 1 ] 謝禮立,馬玉宏. 現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理論的發(fā)展過(guò)程 [J]. 國(guó)際地震動(dòng)態(tài),2003(10):1-8. XIE Lili, MA Yuhong. The development process of the modern earthquake resistant design theory [J]. Recent Developments in World Seismology, 2013(10):1-8.

      [ 2 ] 周錫元,閻維明,楊潤(rùn)林. 建筑結(jié)構(gòu)的隔震、減振和振動(dòng)控制 [J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2002,23(2): 2-12. ZHOU Xiyuan, YAN Weiming, YANG Runlin. Seismic base isolation, energy dissipation and vibration control of building structures [J]. Journal of Building Structures, 2002,23(2):2-12.

      [ 3 ] 周福霖,張穎,譚平. 層間隔震體系的理論研究 [J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2009,42(8):1-8. ZHOU Fulin, ZHANG Ying, TAN Ping. Theoretical study on story isolation system [J]. Civil Engineering Journal, 2009, 42(8):1-8.

      [ 4 ] 趙鴻鐵,徐趙東,張興虎. 耗能減震控制的研究、應(yīng)用與發(fā)展 [J]. 西安科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2001,33(1):1-6. ZHAO Hongtie, XU Zhaodong, ZHANG Xinghu. Study, application and development of energy dissipation and damping control [J]. Journal of Xi’an University of Architecture and Technology, 2001, 33(1):1-6.

      [ 5 ] 徐培蓁, 潘鵬, 葉列平. 剪切型金屬?gòu)澢哪茏枘崞鰿N201485988U[P]. 2010-05-26.

      [ 6 ] 魯亮,羅檢文. 一種軸向拉壓型金屬屈服耗能阻尼器:ZL 201520311435.8 [P]. 2015-11-11.

      [ 7 ] LIU Xia, LU Liang, LU Xilin. Research on the seismic performance of an externally prestressed reinforced concrete frame [C]∥ Proceedings of the 6th International Conference on Advances in Experimental Structural Engineering.Urbana: Applied Mechanics and Materials,2011.

      [ 8 ] LU Liang, LU Xilin, ZHU F B, et al. Experimental study on seismic performance of a controllable rocking reinforced concrete frame [C]∥ Proceedings of the 5th International Conference on Advances in Experimental Structural Engineering, Taipei:[s.n.], 2013.

      [ 9 ] 魯亮,江樂(lè),李鴻,等. 柱端鉸型受控?fù)u擺式鋼筋混凝土框架抗震性能的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J]. 振動(dòng)與沖擊, 2016, 35(4): 193-198. LU Liang, JIANG Le, LI Hong, et al. Shaking table test study on the seismic performance of a controllable rocking reinforced concrete frame with column-end-hinge joints [J]. Journal of Vibration and Shock, 2016, 35(4): 193-198.

      [10] 魯亮,李鴻,劉霞,等. 梁端鉸型受控?fù)u擺式鋼筋混凝土框架抗震性能的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2016, 37(3): 59-66. LU Liang, LI Hong, LIU Xia, et al. Shaking table test on seismic performance of controlled rocking reinforced concrete frame [J]. Journal of Building Structures, 2016, 37(3): 59-66.

      [11] CHOPRA A K. 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論及其在地震工程中的應(yīng)用 [M].謝禮立,呂大剛,譯.北京:高等教育出版社,2007.

      [12] 建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程:JGJ 101-96 [S]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.

      An experimental study on the mechanical properties of an axial compression-tension metallic damper and its application

      LU Liang1, LIU Xia2, DAI Guixia1

      (1. Research Institute of Structural Engineering and Disaster Reduction, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. International Institute for Urban Systems Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China)

      The constructional detail and theoretical calculation of a kind of axial compression-tension metallic damper were introduced. The yield displacement, yield load and yield stiffness of the axial compression-tension metallic damper were obtained through the quasi-static test, and its energy dissipation capacity was analysed. The application of the damper used in External Prestressing Self-centering Frame (EPSCF) was researched. The results indicate that ① the axial tension-compression metallic damper dissipates energy through the deformation of its web plates, and the damages occurred on the adjacent components can be avoided; ② the installation type of this metallic damper is the same as the viscous damper, it can be conveniently installed and easily replaced; ③ the axial compression-tension metallic damper has the advantages of promoting additional stiffness, controlling drifts and dissipating seismic energy.

      axial compression-tension metallic damper; seismic performance; quasi-static test; energy dissipation capacity

      國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51678453;51261120377)

      2016-04-08 修改稿收到日期: 2016-07-08

      魯亮 男,博士,副教授,1969年11月生

      劉霞 女,碩士,1990年7月生

      TU352.1;TU317.1

      A

      10.13465/j.cnki.jvs.2017.16.022

      猜你喜歡
      壓型阻尼器腹板
      核電廠機(jī)械式阻尼器故障分析及處理
      腹板開(kāi)口對(duì)復(fù)合材料梁腹板剪切承載性能的影響
      變截面波形鋼腹板組合箱梁的剪應(yīng)力計(jì)算分析
      幾種軟鋼阻尼器對(duì)建筑安全的影響
      閉口型壓型鋼板施工常見(jiàn)問(wèn)題及改進(jìn)措施
      單相電壓型PWM整流器無(wú)源控制算法研究
      連梁阻尼器的初步設(shè)計(jì)方法
      四川建筑(2018年4期)2018-09-14 00:16:52
      鋼箱梁超高腹板設(shè)計(jì)理論與方法
      上海公路(2018年3期)2018-03-21 05:55:50
      壓型鋼板的板型對(duì)組合樓板抗彎承載力的影響
      安徽建筑(2016年4期)2016-11-10 03:59:38
      面向600MW汽輪發(fā)電機(jī)的顆粒阻尼器減振試驗(yàn)
      泾源县| 额济纳旗| 南京市| 麻江县| 漳平市| 佛冈县| 静乐县| 永善县| 平遥县| 海淀区| 贺州市| 城固县| 郎溪县| 昌都县| 佛学| 句容市| 贡觉县| 上蔡县| 淄博市| 新安县| 禹州市| 昌乐县| 瑞昌市| 长兴县| 彰武县| 衡阳县| 万宁市| 南昌市| 谷城县| 舟山市| 淮北市| 巴林右旗| 军事| 西充县| 临邑县| 台东县| 闸北区| 绿春县| 汾阳市| 淮阳县| 隆林|