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金属消能器可靠度分析

吴鹏  
【摘要】:消能减震技术已经发展成为结构设计的重要方法之一,金属消能器即为其中一种重要的技术手段,其具有耗能能力稳定且经济性出众的优点,已经在工程实践中得到了较为广泛的应用。目前对消能器可靠度的研究较少,而消能器在地震中对于结构性能的影响很大,因此,本文对金属消能器的可靠度进行了较为全面的研究,主要工作和成果如下:(1)以LY160钢为例,对金属材料和金属消能器进行了一系列的试验研究。首先通过增量步试验,研究其应变强化效应,在此基础上建立合理的时程分析模型:其次,对其进行了高应变低周疲劳试验,得到了LY160钢的低周疲劳寿命模型,作为消能器可靠度计算的依据;最后,对钢材进行了有间歇的低周疲劳试验和低周反复试验,研究了间歇及间歇时机对钢材高应变低周疲劳寿命的影响,同时对消能装置进行了低周反复试验,检验间歇对装置低周疲劳寿命的影响,给出了计算有余震地震动序列作用下金属消能器疲劳寿命的修正参考。(2)传统雨流法主要用于航空、机械等领域,多针对高周疲劳,因而没有考虑金属材料的应变硬化效应,本文根据增量步试验的结果对雨流法进行了修正,并编写了相应的Matlab程序。以低周疲劳破坏作为失效模式计算金属消能器的可靠度,首先采用对称拉丁超立方抽样方法对人造地震波进行抽样,将获得的样本输入有限元软件中进行弹塑性计算,得到消能器的变形时程,采用雨流法对变形时程进行统计分析,最后按Miner线性损伤累积原则计算消能器的损伤,若损伤大于1,则消能器失效,对所有抽样的地震波计算结果进行统计,即可得到消能器的失效概率。(3)为了更好地说明本文所提的可靠度计算方法,对一安装剪切型金属消能器的六层混凝土框架结构进行了算例分析,地震波采用主余震相连的人工地震波,结合试验和理论研究成果计算了金属消能器的失效概率。


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