含可更换U形钢板阻尼器抗震性能研究

发布时间：2020-08-18 18:23

【摘要】：本文提出了一种含可更换U形钢板阻尼器,由耗能单元、传力单元以及约束单元三部分组成。该阻尼器借鉴和改进了现有屈曲约束支撑的构造原理,并充分利用了 U形阻尼器稳定、优异的耗能性能。相比于现有的阻尼器,该阻尼器能够在低成本下的前提下实现震后快速的检测、修复与更换。为了研究该阻尼器的抗震性能,本文针对阻尼器开展了拟静力低周往复加载试验、理论分析,并采用OpenSees有限元分析软件进行了相应的数值模拟。通过七组足尺含可更换的单层U形钢板阻尼器低周往复加载试验,研究了阻尼器的滞回行为、耗能性能、破坏形态等,探究了单层U形钢板厚度、平台段长度、加载制度等参数对阻尼器性能的影响。试验结果表明:(1)阻尼器均能够得到饱满的滞回曲线,具有优异、稳定的耗能性能,耗能系数均达到3.0左右;(2)阻尼器在低周往复加载过程中表现出较为明显的循环硬化效应;(3)阻尼器塑性损伤集中在U形钢板上,能够实现震后的快速修复与更换;(4)增加U形钢板厚度可以显著提高阻尼器强度;(5)U形钢板平台段长度过短会造成屈服区域集中。通过理论分析,推导了含可更换的单层U形钢板阻尼器的强度计算公式,主要包括屈服强度以及极限强度理论公式。计算公式结果与试验数据的对比分析表明,理论公式计算结果与试验具有具有较高的吻合度,验证了推导的强度计算公式具有一定的可靠性。从U形钢板冷弯成型后残余的塑性应变出发,通过理论分析发现将U形钢板分层可以有效减小加工导致的初始残余应变,提高阻尼器的延性,从而提出了含可更换的多层U形钢板阻尼器,并对3组足尺试件进行了拟静力低周往复加载试验,探讨多层U形钢板对阻尼器抗震性能的影响。试验结果表明:(1)所有试件均能得到饱满的滞回曲线,耗能系数能够达到3.0左右,表明U形钢板层数、内层U形钢板翼缘部分有无约束不会影响阻尼器的滞回耗能性能;(2)在低周往复荷载作用下,内层U形钢板最易出现裂纹;(3)U形钢板厚度相同的前提下,U形钢板层数对阻尼器强度、刚度影响较大,U形钢板分层越多,其强度、刚度越小;(4)含可更换的多层U形钢板阻尼器依然适用含单层U形钢板阻尼器的屈服强度、极限强度理论公式。利用OpenSees有限元分析软件对含可更换U形钢板阻尼器进行了数值模拟。模拟结果与试验数据的对比表明模型可以很好的拟合阻尼器的滞回行为,验证了将阻尼器等效为一个杆件,其本构模型中的参数均采用等效参数这一思路的正确性,该模型可以用于对该阻尼器进一步的研究和开发。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU391;TU352.11
【图文】：

形钢,腹板,屈服行为,翼缘

逦山东大学硕士学位论文逦逡逑第２章含可更换的单层Ｕ形钢板阻尼器拟静力试验逡逑２．１邋Ｕ形钢板的理想屈服机理逡逑如图２．１邋（ａ）所示，Ｕ形钢板包括３部分：上、下翼缘（直钢板）以及上、逡逑下翼缘之间的腹板（半圆钢板）。Ｕ形钢板作为典型的依靠面外钢板等厚度处逡逑发生屈服，产生弯曲变形进行耗能的阻尼器，具有较为稳定的耗能性能以及良逡逑好的疲劳性能［５９，６Ｗ１］，本部分将通过其发生滚动变形过程中截面曲率的变化来逡逑解释这一特性。逡逑－匕＿区域

框架单元,横隔板,槽钢,阻尼器

逡逑承受纵向压力时，如图２．１邋（ｃ），其运动机理与受拉时一样。根据动滑轮的运逡逑动规律，可以得到上、下翼缘板之间产生的相对位移等于屈服区域的长度总和。逡逑根据对Ｕ形钢板理想耗能机理的论述，可以得到如下结论：逡逑１．逦Ｕ形钢板在低周往复运动过程中，屈服区域的曲率是均匀分布的，有效逡逑避免了某一截面的应力集中；逡逑２．

单向拉伸试验,钢材

逦（ｂ）厚度为８ｍｍ逦（ｃ）厚度为１２ｍｍ逡逑图２．３材性试件尺寸图逡逑材性试验在山东大学力学试验室的万能拉伸机上进行，如图２．４所示，加逡逑载速率均为２ｍｍ／ｍｉｎ，最终试件破坏如图２．５所示。测量的力学性能指标主要逡逑包括钢材的屈服强度（／ｙ）、极限强度（／ｕ）以及伸长率⑶，其中，屈服强度根逡逑据钢材应力－应变曲线的下屈服点确定。每组钢材的力学性能指标取３个试件的逡逑平均值，结果如表２．１所示。表２．１中的钢材厚度为各组试件实测钢板厚度的平逡逑均值，用于下文中强度公式的理论推导。逡逑ｍｉ逡逑图２．４单向拉伸试验逦图２．５试件破坏图逡逑表２．１钢材的力学性能逡逑钢材类型逦钢板厚度逦ｆｙ逦ｆｕ逦＾逡逑（ｍｍ）逦（ＭＰａ）逦（ＭＰａ）逦（％）逡逑Ｑ２３５Ｂ逦３Ｊ２逦３１３．６３逦４６３．２７逦３８．４２￣逡逑Ｑ２３５Ｂ逦７Ｊ７逦３１６．６８逦４６０．８５逦３３．５８￣逡逑Ｑ２３５Ｂ逦Ｖ２２＼逦３２６．７３逦４６３．６３逦２７．９７逡逑ＬＹ２２５逦８？７５逦２３４．０９逦３０２．７４逦３９．７１＾逡逑２．３．３试件设计逡逑此次试验共设计７组足尺模型试件，如表２．２所示。通过改变Ｕ形钢板自逡逑身的几何参数、试验加载制度、钢材型号以及Ｕ形钢板上螺栓孔的形式来探究逡逑各个参数对阻尼器滞回耗性能、低周疲劳性能的影响。逡逑１２逡逑

【参考文献】