新型黏弹性阻尼墙的试验研究

发布时间：2018-03-18 18:21

本文选题：黏弹性阻尼材料　切入点：四参数M|K力学模型　出处：《东南大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：黏弹性阻尼器是一种有效的被动控制方法,由于该装置具有构造简单、性能可靠、造价低以及耐久性好等一系列优点,因此是一种具有广泛应用前景的耗能装置。从目前的研究成果来看,应用于土木工程领域的黏弹性阻尼材料最初到现在一直都来自于航空航天领域,对建筑结构用材料的专门研究鲜于报道,存在材料的损耗因子偏小、应用频率偏高及与材料使用环境的符合程度不高等问题；并且黏弹性阻尼装置的传统对角撑类(如斜撑式、人字撑式等)安置方式由于不能充分发挥结构物层间相对位移而使得阻尼器的消能效果受到不同程度的制约,放大式支撑形式(如肘节式、剪刀式、缆索-阻尼器式等)的安置形式较为复杂,增大了施工难度,亦不便推广应用。因此,开展黏弹性阻尼材料阻尼性能改性研究、设计一种既考虑建筑功能又能提供大阻尼大刚度的墙式黏弹性阻尼装置势在必行。本文所完成的主要工作和取得的主要成果包括：1、进行了黏弹性阻尼材料改性试验：(1)围绕着制备建筑用阻尼材料,采用无机小分子杂化、橡胶与塑料共混方法,利用损耗因子/阻尼温域的阻尼性能评价体系,成功制备出高损耗因子、大阻尼温域的丁腈橡胶/石墨粉聚合物；(2)采用长链聚合物共混方法,利用LA/TA的阻尼性能评价体系,制备了丁腈橡胶/聚降冰片烯聚合物等高LA值的黏弹性阻尼材料：(3)对共混物进行了拉伸强度、伸长率、邵氏硬度等基本物理性能试验,试验参数可满足材料在黏弹性耗能装置构件中的应用标准。2、研究了黏弹性阻尼材料四参数M|K力学模型：(1)由经典Maxwell模型和Kevin模型进行并联,推导出了四参数M|K力学模型；(2)通过动态频率扫描试验和动态温度扫描试验得到的材料在指定温度域(0℃～40℃)和频率域(1.6 Hz-100 Hz)的储能模量和损耗模量特性,评估了提出的四参数M|K本构模型。评估结果表明,该模型在较少的模型参数条件下,较为准确的模拟了储存模量和损耗模量的变化趋势,并可得到参与模型功能的各个元件的力学参数值,在描述该材料的动态力学特性方面是比较成功的,可用于该新型材料的黏弹力学性能的模拟和分析。3、研究了短轴向剪切加载模式下的超大型“5+4”式黏弹性阻尼墙力学性能：(1)进行了黏弹性阻尼墙用阻尼材料的频率扫描试验,较为精确的表述了黏弹性阻尼墙的温度相关性；(2)由黏弹性阻尼墙力学试验得出的滞回曲线分析了最大阻尼力、储存刚度、损耗刚度、损耗因子、剪切损耗模量、剪切储存模量、等效阻尼系数的频率相关性和位移幅值相关性。结果表明,黏弹性阻尼材料在频率扫描试验下得出的基本力学性能曲线可更直观地反应黏弹性阻尼墙随温度的变化规律；得出的损耗因子与黏弹性阻尼墙在短轴向剪切加载模式下的损耗因子仅有微小差异,说明本文设计的“5+4”式黏弹性阻尼墙构件在短轴向剪切加载模式下可以较好的发挥黏弹性阻尼材料的阻尼性能。4、研究了黏弹性阻尼墙对四层缩尺钢框架的减震特性：(1)进行了黏弹性阻尼墙钢框架减震结构的振动台试验,研究了黏弹性阻尼墙对四层钢框架结构振动模态影响,得到了黏弹性阻尼墙对结构位移响应、加速度响应的减震效果；(2)研究了黏弹性阻尼墙五种组合模式在EL centro波下对钢框架各层的最大层间位移、最大加速度的影响效果；(3)建立了减震结构的仿真模型,对比分析了仿真计算结果与试验结果的一致性。结果表明：在700 gal地震作用下,黏弹性阻尼墙减震结构的每层最大加速度都得到了大幅衰减,并使无控条件下超过规范值的层间位移得到了有效的控制,除EL波的2-4层外,黏弹性阻尼墙对于控制首层中点位移反应的效果比控制加速度反应的效果要好。1234式黏弹性阻尼墙对钢框架的位移、加速度控制效果最好；SAP2000仿真结果和试验结果整体保持较为良好的一致性,在二者的相符度方面,有控结构要高于无控结构。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU352.1

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