金属阻尼器凸轮式响应放大装置及消能震体系的抗震性能研究

发布时间：2020-05-30 06:31

【摘要】：传统抗震结构是通过加强结构主体结构的构件、提高结构的刚度、允许结构在大震下进入非线性来消耗地震能量,因此传统的抗震设计仅依靠结构自身抵御地震作用,在考虑经济性的同时,难以在遭遇超大烈度地震时确保结构的安全性。消能减震技术通过在结构中布置消能装置(阻尼器),当地震来临时,依靠消能装置的变形运动等形式来耗散地震能量,增大了结构的阻尼比,进而减少了传递到结构主体构件上的地震能量,提高了结构的安全性和耐久性。虽然阻尼器类型众多、性能各异,但是传统的各类阻尼器一方面在小震时难以充分发挥耗能能力,另一方面遭遇极罕遇地震时易超出其设计指标而失效,从而导致结构倒塌破坏。因此,如何在确保阻尼器在各级地震作用下均能充分发挥耗能能力且性能不失效,是当前消能减震技术领域面临的重要科学问题。近年来,国内外研究学者先后基于机械领域的杠杆机构、齿轮齿条机构和旋转机构等设计开发了多种阻尼器响应放大装置,使结构处于小变形小速度时,阻尼器就可以充分发挥滞回耗能能力。但是,在罕遇甚至极罕遇地震作用下,阻尼器面临着经过各类放大装置放大了的位移或速度超过其极限能力而过早失效的问题,使得阻尼器不仅不能发挥阻尼耗能的作用,更对结构的安全性产生较大的安全隐患。综上所述,本文设计了一种新型金属阻尼器凸轮式响应放大装置(CRAD-MD,Cam Response Amplification Device of Metallic Dampers),在提高阻尼器的利用效率、放大阻尼效应的基础上,避免了其因位移超限导致阻尼器失效的问题。本文对提出的CRAD-MD进行了理论计算公式推导、伪静力试验研究及数值仿真分析,并给出了相应减震体系的抗震设计方法。主要研究内容如下:1、CRAD-MD装置开发及理论公式推导:系统总结了国内外金属阻尼器和响应放大装置的研究现状,针对消能减震体系在极罕遇地震作用下的抗震设防需求,改进了现有放大装置和耗能装置存在的问题,设计研发了CRAD-MD,阐述了该装置的工作机理,推导了该装置的恢复力计算公式,给出了该装置位移、速度和丝杠水平力的最大放大倍数计算公式。2、CRAD-MD伪静力试验研究:根据实验室试验条件,设计加工了该装置的主体构件及金属阻尼器。采用两种试验方案,对CRAD-MD进行了多工况的伪静力试验,采取不同的加载方式,通过改变加载幅值、加载频率和加载速度等得到了CRAD-MD的滞回曲线,通过分析试验结果揭示了该装置的力学性能变化规律。3、CRAD-MD单自由度体系地震反应分析:对单自由度无控体系(简称SDOF)、单自由度结构安装CRAD-MD体系(简称CRAD-MD单自由度体系)和单自由度结构安装传统金属阻尼器体系(简称MD单自由度体系)进行了多条远场和近场地震作用下的地震反应对比分析,主要包括控制效果分析、滞回曲线对比、耗散能量对比、反应谱分析和基于相同位移的控制效果分析,验证了CRAD-MD的有效性,并为该装置的工程设计和抗震设计方法奠定了基础。4、CRAD-MD消能减震体系抗震设计方法:理论推导了CRAD-MD滞回耗能的理论计算公式,利用能量守恒的定理,给出了CRAD-MD设计参数的确定方法,分析了其减震效果,提出了相应减震体系的抗震设计方法,为CRAD-MD的工程应用和相应规范的编制提供了科学依据。
【图文】：

被动控制,阻尼器,金属阻尼器,消能减震

金属阻尼器凸轮式响应放大装置及消能减震体系的抗震性能研究提供的外加能源主要起到调节效能减震装置的参数的作用，以保证装置达到更好的控制效果。这三种控制中，主动控制的效果最好，但由于需要提供较大的、稳定的外加能源，并且控置装置精密复杂，计算机的算法限制等因素，因此其应用程度较低。被动控制因其成熟的理论基础和丰富的工程经验，是目前应用范围最广的消能减震技术，，其常见的消能减震装置为粘滞阻尼器、金属阻尼器、铅黏弹阻尼器、防屈曲支撑以及质量调谐阻尼器等。图 1-1 所示的是应用于实际工程的被动控制阻尼器。

扭转型,阻尼器,梁式,锥形

图 1-2 扭转型梁式阻尼器图 1-3 双向扭转型金属阻尼器2、剪切型阻尼器图 1-4 锥形钢棒阻尼器图 1-5 附加钢棒阻尼器的隔震支座早在 1975 年，锥形钢悬臂阻尼器就由 Tyler[11]设计开发出来, 钢底板分别与锥形棒或锥形钢板相连，构造形式如图 1-4 所示，该耗能器耗能能力主要取决于其高度和料特性。锥形钢棒阻尼器可以在任何方向屈服提供阻尼和刚度来消耗地震能量，但是
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU352.11

【参考文献】