自復(fù)位變阻尼耗能支撐抗震性能分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)在不同的振動(dòng)水平下具有不同的減振和耗能需求，然而現(xiàn)有自復(fù)位耗能支撐起滑力通常較大，無法兼顧強(qiáng)振和弱振工況，出現(xiàn)弱振下不起滑或強(qiáng)振下耗能不足的問題，不利于自身抗震性能的充分發(fā)揮。同時(shí)，自復(fù)位耗能支撐起滑前后的剛度變化對(duì)結(jié)構(gòu)整體的總剛度有較大影響，剛度突變?cè)絼×?，結(jié)構(gòu)響應(yīng)的非線性程度越高，因此支撐在起滑前后的剛度差異不宜過大。為解決現(xiàn)有自復(fù)位耗能支撐起滑力大、起滑前后剛度突變劇烈的問題，本文提出了一種新型自復(fù)位變阻尼耗能支撐，采用組合碟

2、簧提供復(fù)位能力，通過構(gòu)造設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)磁流體變阻尼耗能，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)研制了一種新型自復(fù)位變阻尼耗能支撐。闡釋了其變阻尼工作機(jī)制，支撐通過在外管內(nèi)側(cè)設(shè)置若干凹槽，改變活塞與缸體間間隙，使其在不同的工作階段具有不同的寬度，實(shí)現(xiàn)阻尼力大小調(diào)節(jié)。建立了自復(fù)位變阻尼耗能支撐的分段計(jì)算模型，完整的受拉或受壓工作過程均可分為剛性加載、變阻尼加載、最大阻尼加載、剛性卸載、最大阻尼卸載、變阻尼卸載、復(fù)位卸載7個(gè)階段，支撐在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中拉壓

3、對(duì)稱，復(fù)位能力與耗能能力疊加形成飽滿的類旗形滯回曲線。提出了支撐基于性能需求的6條邊界條件，包括最大承載力、設(shè)計(jì)行程及組合碟簧支持力滿足要求，自身處于彈性工作階段，兼顧不同振動(dòng)強(qiáng)度，變阻尼區(qū)間小，以充分發(fā)揮支撐的優(yōu)異性能。
　　(2)對(duì)支撐的磁場分布進(jìn)行了數(shù)值模擬，在永久磁鐵作用下，阻尼力隨活塞與缸體間間隙增大而減小，磁流體在不同間隙下均能夠達(dá)到使用需求，變阻尼設(shè)計(jì)原理可行。對(duì)支撐構(gòu)件進(jìn)行了數(shù)值模擬，支撐形成飽滿的類旗形滯回曲線，

4、起滑力小、僅為151kN，無殘余變形、拉壓對(duì)稱，耗能能力隨振幅增大而提高，出力穩(wěn)定可靠，能夠兼顧不同振動(dòng)強(qiáng)度下的性能需求。分析了自復(fù)位變阻尼耗能支撐設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其滯回性能的影響，為使起滑力適當(dāng)減小、起滑剛度比適當(dāng)增大、等效粘滯阻尼比提高、最大承載力滿足需求、殘余變形耗能比降低至0、提高復(fù)位與耗能能力，支撐應(yīng)使組合碟簧預(yù)壓力略大于初始阻尼力、增大組合碟簧剛度，適當(dāng)提高最大阻尼力、減小變阻尼區(qū)間。與現(xiàn)有自復(fù)位耗能支撐相比，支撐起滑力大幅降低、

5、起滑剛度比增加，在組合碟簧預(yù)壓力與組合碟簧剛度相等的設(shè)計(jì)下，等效粘滯阻尼比與最大承載力也有較大提高，對(duì)結(jié)構(gòu)在不同振動(dòng)強(qiáng)度下的響應(yīng)控制均有利。
　　(3)設(shè)計(jì)并加工了總長2.1m的自復(fù)位變阻尼耗能支撐，對(duì)其在不同頻率、不同振幅的正弦激勵(lì)下進(jìn)行了動(dòng)力性能試驗(yàn)。研究了阻尼耗能裝置的滯回特性，其產(chǎn)生的阻尼力在同一頻率、同一振幅的正弦激勵(lì)下，隨內(nèi)外管相對(duì)位移增加而增大，在頻率0.5Hz正弦激勵(lì)下最大可達(dá)178kN，滿足設(shè)計(jì)要求，且拉壓對(duì)稱、

6、出力穩(wěn)定。研究了自復(fù)位變阻尼耗能支撐的滯回特性，其具有飽滿的類旗形滯回曲線，支撐起滑力小于200kN，優(yōu)于現(xiàn)有自復(fù)位耗能支撐;支撐耗能能力強(qiáng)，其隨頻率與振幅提高而增大;支撐最大承載力隨振幅增加而增大，殘余變形耗能比隨頻率與振幅提高而降低，具有拉壓對(duì)稱性。自復(fù)位變阻尼耗能支撐動(dòng)力性能試驗(yàn)結(jié)果與有限元數(shù)值模擬結(jié)果吻合度高，支撐最大承載力的相對(duì)誤差不超過6.0％，受拉或受壓半周所消耗能量的相對(duì)誤差不超過9.0％，驗(yàn)證了支撐有限元數(shù)值模擬結(jié)果的