自復位變阻尼耗能支撐抗震性能分析與試驗研究.pdf

1、結構在不同的振動水平下具有不同的減振和耗能需求，然而現有自復位耗能支撐起滑力通常較大，無法兼顧強振和弱振工況，出現弱振下不起滑或強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，自復位耗能支撐起滑前后的剛度變化對結構整體的總剛度有較大影響，剛度突變越劇烈，結構響應的非線性程度越高，因此支撐在起滑前后的剛度差異不宜過大。為解決現有自復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位變阻尼耗能支撐，采用組合碟

2、簧提供復位能力，通過構造設計實現磁流體變阻尼耗能，主要研究內容如下:
　　(1)研制了一種新型自復位變阻尼耗能支撐。闡釋了其變阻尼工作機制，支撐通過在外管內側設置若干凹槽，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，實現阻尼力大小調節(jié)。建立了自復位變阻尼耗能支撐的分段計算模型，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、復位卸載7個階段，支撐在往復運動中拉壓

3、對稱，復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、設計行程及組合碟簧支持力滿足要求，自身處于彈性工作階段，兼顧不同振動強度，變阻尼區(qū)間小，以充分發(fā)揮支撐的優(yōu)異性能。
　　(2)對支撐的磁場分布進行了數值模擬，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到使用需求，變阻尼設計原理可行。對支撐構件進行了數值模擬，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，能夠兼顧不同振動強度下的性能需求。分析了自復位變阻尼耗能支撐設計參數對其滯回性能的影響，為使起滑力適當減小、起滑剛度比適當增大、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、提高復位與耗能能力，支撐應使組合碟簧預壓力略大于初始阻尼力、增大組合碟簧剛度，適當提高最大阻尼力、減小變阻尼區(qū)間。與現有自復位耗能支撐相比，支撐起滑力大幅降低、

5、起滑剛度比增加，在組合碟簧預壓力與組合碟簧剛度相等的設計下，等效粘滯阻尼比與最大承載力也有較大提高，對結構在不同振動強度下的響應控制均有利。
　　(3)設計并加工了總長2.1m的自復位變阻尼耗能支撐，對其在不同頻率、不同振幅的正弦激勵下進行了動力性能試驗。研究了阻尼耗能裝置的滯回特性，其產生的阻尼力在同一頻率、同一振幅的正弦激勵下，隨內外管相對位移增加而增大，在頻率0.5Hz正弦激勵下最大可達178kN，滿足設計要求，且拉壓對稱、

6、出力穩(wěn)定。研究了自復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)于現有自復位耗能支撐;支撐耗能能力強，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，具有拉壓對稱性。自復位變阻尼耗能支撐動力性能試驗結果與有限元數值模擬結果吻合度高，支撐最大承載力的相對誤差不超過6.0％，受拉或受壓半周所消耗能量的相對誤差不超過9.0％，驗證了支撐有限元數值模擬結果的