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新型钢板消能器的性能研究与分析

王涛  
【摘要】:钢消能器具有减震机理明确,消能性能优越,效果显著,环境对其性能影响较小,制作材料易得,且震损后易于更换等特点,已在新建建筑和既有建筑中得到广泛应用。 本文在圆环钢板消能器的基础上提出了局部削弱型圆环钢板消能器和椭圆型钢板消能器,并对其在结构中减震控制中的减震机理和减震效果进行了相关研究。通过研究主要取得如下成果: (1)设计了一种长条形局部削弱的局部削弱型圆环消能器,制作了5组试验试件,采用四连杆机构对长条形局部削弱型圆环消能器进行低周反复加载试验,并采用有限元软件ABAQUS对长条形局部削弱圆环消能器试验试件进行模拟分析。结果表明:对圆环消能器进行局部削弱是可行的;长条形局部削弱圆环消能器滞回性能稳定,耗能能力良好;在耗能圆环直径一定时,增加钢板厚度,以及在圆环钢板厚度一定时,减小圆环外直径,消能器的初始刚度、屈服力和屈服后刚度增加,屈服位移减小,等效阻尼比增加,其破坏亦较早出现;数值模拟结果与试验结果吻合良好。 (2)设计了一种圆弧形局部削弱圆环消能器,采用有限元软件ABAQUS建立56组有限元分析模型,研究圆环钢板厚度、圆环外直径、支撑角度、削弱形式以及削弱程度等对圆环消能器性能的影响。结果表明:与不削弱圆环消能器相比,局部削弱圆环消能器具有更好的耗能效果;局部削弱形式宜采用圆弧式削弱,局部削弱程度宜控制在板宽的20%到30%之间。 (3)设计了一种新型椭圆型消能器,采用有限元软件ABAQUS建立9有限元分析模型,研究椭圆型消能器的高度、板厚、弧深、板宽及局部削弱对其性能的影响。结果表明:椭圆型消能器滞回曲线稳定、饱满,塑性耗能能力强;随着椭圆型消能器高度减小、弧深减小或钢板厚度增加,椭圆型消能器初始刚度、屈服后刚度和屈服力增大,屈服位移降低;钢板宽度增加,椭圆型消能器初始刚度、屈服后刚度和屈服力增大,对屈服位移没有影响;局部削弱椭圆型消能器比不削弱椭圆型消能器具有更好的耗能效果。 (4)采用有限元分析软件ETABS对设置椭圆型钢板消能器的一八度区超高层框架-核心筒结构进行消能减震分析,研究装有耗能装置的超高层框架-核心筒结构在多遇地震下地震反应和在罕遇地震下结构的安全性。


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