新型弧面摩擦阻尼器力学性能及其岸桥减震应用研究

发布时间：2020-07-18 05:13

【摘要】：摩擦耗能减震技术是结构振动控制的重要部分,在工程应用中得到了迅速发展,它利用减震装置内接触面之间的摩擦来消耗地震输入能量,从而减小结构的地震响应。但传统意义上的摩擦阻尼器一旦阻尼器结构形式和摩擦材料确定,摩擦阻尼器所产生的摩擦力也随之确定,其初始滑动力也不会改变。由于地震载荷的不确定性,导致传统的摩擦阻尼器适应能力差,达不到理想的耗能减振效果。因此,本文研发了一种新型弧面摩擦阻尼器,该阻尼器最大的特点在于其摩擦面为弧面,可以产生变化的阻尼力,而且自适性更强,耗能能力更高。本文采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方法,围绕弧面摩擦阻尼器的力学模型、性能试验以及在岸桥上的减震应用展开了一系列研究。主要研究工作如下:(1)设计了一种具有变阻尼力和耗能能力强的新型弧面摩擦阻尼器,并介绍了该阻尼器的结构特点和工作原理,推导出弧面摩擦阻尼器的力学性能的理论计算公式。采用MATLAB编程对该阻尼器的力学性能进行了数值模拟,与传统摩擦阻尼器相比,其耗能能力更强。(2)开展了弧面摩擦阻尼器的力学性能试验。通过对弧面摩擦阻尼器进行循环加载,得到相同加载位移下重合稳定的鞍马形滞回曲线,稳定的阻尼、刚度等动力学性能和良好的耗能能力,并验证了弧面摩擦阻尼器的理论模型计算结果与试验结果的一致性和可信性,说明理论计算公式能够用于预测阻尼器的力学性能,可用于阻尼器的设计。(3)开展了弧面摩擦阻尼器在岸桥上减震应用研究。将新型弧面摩擦阻尼器采用翘翘梁式和斜撑式减震方式应用到岸桥结构,并基于阻尼器的力学性能试验结果提出了简化三线性模型用于阻尼器的力学性能的模拟,提出了基于位移和阻尼器的耗能比的起滑力优化方法,分析了弧面摩擦阻尼器对岸桥结构的减震效果。仿真分析表明,新型弧面摩擦阻尼器对岸桥结构在地震载荷下的位移响应具有明显的控制效果,尤其是翘翘梁式减震方法,其减震率可以达到61%。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH703.62
【图文】：

地震灾害,岸桥,本神,抗震能力

世界上的主要港口是世界航运中心的枢纽，多数位于地震活动频繁地带[1]。而环太平洋岸线也是世界最大的地震带分布区域之一[2]，威胁着港口码头的安全使用。岸边集装箱起重机（简称岸桥）在港口装卸作业中起着重要的作用，同时，在地震灾害中，岸桥结构是最易受到破坏的[3]，然而岸桥结构抗震性能一直被忽视[4]。早期的岸桥结构额定载荷小、尺寸小，在地震载荷作用下会发生跳脱轨，该响应能够减小结构的地震破坏[5]。然而现代港口对其装卸速度的提高，导致现有的港口装箱用的岸桥在额定载荷和外形尺寸方面都有了明显的提高，主要表现为结构重量加重、尺寸增大、轨距增加，使其自身在地震作用下更易发生破坏[6]。而岸桥一般属于半客户定制产品，其生产周期长、成本高，一旦需要对遭受严重破坏的岸桥进行维修更换，其时间成本、经济成本将非常高，对港口的灾后恢复也会产生巨大不利影响，例如图 1-1 所示的 1995 年日本神户港岸桥遭受地震破坏的情况，该港口至今仍未恢复至震前的运营状态[3]。因此，如何采取可靠、有效的耗能减震技术来提高岸桥结构的抗震性能，是国内外学者探讨和研究的热点。

金属阻尼器,圆环

Shervin Maleki提出了单环，双环和填充圆环金属耗能器，如图 1-2 所示，试验分析得到了这三种金属耗能器具备良好的耗能性能。Hiroshi Tagawa[17]提出了在翘翘梁结构上安装 U 形阻尼器和槽型阻尼器用于结构的振动控制，研究得到了翘翘梁减震系统的水平刚度和屈服强度，并进行了试验验证。Daniel R.Teruna[19]试验研究了三种不同形式的金属阻尼器的滞回特性，提出了三线型恢复力模型用于近似模拟阻尼器的滞回特性。Chang-Hwan Lee[20]通过试验研究了三种不同的过度形状的条形金属阻尼器的应力集中减小程度，结果表明阻尼器的延性提高了 1.13-1.75，耗能能力提高了 1.27-2.36。彭凌云[21]提出了一种新型剪切型铅阻尼器，采用试验和数值方法研究了这种耗能器的滞回性能。李宗京[22]提出了具有良好滞回耗能能力的开洞软钢板阻尼器，试验结果表明该耗能器能够优化耗能板上的应力分布，具有低周疲劳特性。郑杰[23]推导了竖缝式墙型软钢耗能器的力学计算公式，研究显示该阻尼器具有良好的耗能能力。沈星[24]设计了一种新型金属阻尼器来满足桥梁的抗震性能需求，研究表明该耗能器具有良好的滞回特性。项乃亮[25]用 X 形弹塑性耗能器取代挡块来提高桥梁结构的抗震性能，研究得到该方法能够有效控制结构的地震响应。

阻尼器,粘弹性阻尼,双重特性,抗老化

图 1-3 翘翘梁减震系统性阻尼器性阻尼器是工程实际应用中最为广泛的阻尼器之一又具有粘性性质，在受到交变应力作用产生变形时的双重特性，所以用这种阻尼器既能控制结构的地性。Yasser E. Ibrahim[29]设计了一种复合阻尼器，该尼）和两块钢片组成，并提出了阻尼器的简化数学了简化模型的准确性，将其应用到建筑结构上能有响应。苏毅[30]采用试验方法分析了筒式粘弹性阻尼该阻尼器具备良好的抗老化和抗疲劳性能，并能够竖向位移响应和加速度。Jae-Do Kang[31]设计了一种震系统，该装置解决了拉杆屈曲变形问题，并能够器消耗更多的能量，并且分析得到该系统能够很好[32]

【参考文献】