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铅挤压阻尼器的研制及结构消能减震相关问题的研究

杨军  
【摘要】:消能减振技术的实施方法是把结构物的某些非承重构件设计成消能元件,或在结构物的某些部位装设阻尼器。在强风或强震作用下,这些消能元件或阻尼器首先进入非弹性状态,产生较大的阻尼,大量耗散能量,使主体结构的动力反应减小,有效地减轻结构的变形和损伤。性能优良的阻尼器及理论方法是消能减震技术得以顺利实施的关键。本文总结了近年来国内外学者在消能减震方面的研究成果,研究了铅挤压阻尼器及相关减震理论,具体研究了以下几个方面的内容: 研制了铅挤压阻尼器,阐述了铅挤压阻尼器的构造、组成。分别用解析法和有限元法研究了铅挤压阻尼器的计算方法。介绍了铅挤压阻尼器的试验加载系统,设计了试验加载方案,采用不同控制振幅和控制频率相组合的方式对铅挤压阻尼器进行了详细地试验研究。根据试验测得的数据,计算了不同频率、振幅条件下阻尼器的阻尼比和刚度,分析了频率、振幅对阻尼器参数的影响,得到了铅挤压阻尼器的滞回模型,对比分析了试验研究与理论研究的结果。 阐述了铅挤压阻尼器在结构中的安装方式,提出了铅挤压阻尼器与支撑串联时的滞回模型,研究了该滞回模型参数的计算公式; 研究了将铅挤压阻尼装置等效成阻尼比和刚度系数的方法,建立了消能装置的通用等效计算公式; 采用Bouc-Wen 模型将存在折点的滞变模型转化成连续模型; 对比分析了等效模型与精确模型的计算结果。 介绍了剪力墙结构的构造特点,分析了剪力墙的力学性能及其在抗震设计中的作用,研究了剪力墙在强震中的振动反应及可能出现的破坏形态。总结了剪力墙结构减震的研究现状,分析了各种减震方法的优势和缺陷。提出了沿竖向开缝、设刚性牛腿,并沿竖向布置阻尼器的新方法。阐述了剪力墙结构的计算理论,分析了竖向阻尼减震剪力墙的受力、变形特征,建立了计算模型,提出了计算方法,推导了竖向阻尼减震体系的运动方程,该方程考虑了楼层水平运动和转动的藕合作用。为对竖向阻尼减震体系的消能效果进行分析,采用离散方法,建立了体系的相对能量平衡方程,推导了各能量项的计算公式。运用算例对竖向阻尼体系在地震激励下的反应进行了计算分析,列举了各楼层的水平位移反应、楼层转角反应、最大水平位移、最大转角位移等,并与未设阻尼器的原结构进行对比分析,沿竖向设置阻尼器可大幅减少结构的各项地震反应; 运用文中建立的公式对结构的地震输入能量和阻尼器消耗的能量进行了分析,结果显示,在竖向减震体系中,阻尼器消耗了绝大部分的地震能量。


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