隔板式铅阻尼器的试验仿真研究

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耗能减震技术由于减震机理明确、减震效果显著、构造简单、具有较宽的适用范围而越来越受到重视,相关研究和工程应用不断增多[1,2]。其中,铅阻尼器主要利用金属铅塑性耗能,是一种构造简单、耗能性能优良而又经济的耗能减震元件。本文提出一种隔板式铅阻尼器,能够很好地解决了铅联接问题。根据其构造和耗能原理,设计了四种不同约束形式的耗能元件,并通过EHF-EM电液伺服疲劳试验机进行了低周循环试验,分析了这四种约束形式对隔板式铅阻尼器的力学性能与耗能性能的影响,揭示了其耗能机制。研究结果表明:隔板式铅阻尼器主要具有屈服位移小、造价低廉、构造简单、工作性能稳定、耗能性能优良的特点,在建筑结构和大型机械减振控制方面具有广泛的应用前景;通过对比分析表明:B型阻尼器力学性能尤为优越,耗能性能好且随位移增大刚度增强,同时对结构振动还具有限位功能。其次,基于隔板式铅阻尼器的构造特点及耗能原理,应用ANSYS软件对普通型隔板式铅阻尼器—A型阻尼器建立有限元模型,进行数值仿真,分析了阻尼器的滞回性能和耗能能力,并对比试验结果得出结论:该有限元模型较真实地模拟了实际工况,具有良好的适用性。再者,在A型阻尼器有限元仿真的基础上,以铅体长、高、宽(厚)作为自变量,对阻尼器的主要性能参数:多线性屈服荷载、双线性屈服荷载、屈前刚度和屈后刚度进行线性回归分析,又对双线性恢复力模型进行了说明,并对比验证了它具有良好的可适用性。最后,对A型阻尼器优化设置的高层结构做减震效果分析。结构模型采用Benchmark模型的第3阶段20层非线性钢框架抗震结构,地震波选取2条天然波:San Fernando波、El Centro波和一条人工波AW918,分别设计了无控、双线性有控、多线性有控三组仿真,在多遇、罕遇地震作用下对结构最大层间位移角、顶层位移和阻尼器性能进行了对比分析。结果表明:安装A型阻尼器的结构比原结构层间位移角和顶层位移均有明显减小,减震效果比较好。
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