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反复荷载作用下剪切板阻尼器的抗剪极限强度

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软钢阻尼器的研究综述

软钢阻尼器的研究综述

地震作为众多自然灾害中的一种，由于其具有突然性和严重 破坏性的特点，给人类带来巨大的灾难。中国的地震活动主要分 布在台湾省、西 南 地 区、西 部 地 区、华 北 地 区 及 东 南 沿 海 地 区。 １９７６年中国唐山发生 ７．８级地震，２００８年四川汶川发生“５·１２” ８级地震，２０１３年四川雅安发生 ７．０级地震。地震造成的直接灾 害就是房屋和构 筑 物 的 破 坏，从 而 间 接 造 成 人 畜 的 伤 亡，在 唐 山 地震中，７０％ ～８０％的建筑物破坏倒塌，造成严重的人员伤亡，因
! "#$%"#&'()*+ Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ等［３］于 １９８９年设计并研制出 Ｘ形加劲阻尼器，并 进行相关试验研究。试验结果表明 Ｘ形加劲阻尼器具有较强的 耗能能力和稳定的滞回性能，但存在不能消除竖向轴力影响的问 题。１９９３年 Ｔｓａｉ等［４］在 Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ等人的基础上进行了改进，设 计并制作出三角形加劲阻尼器，进行低周反复荷载试验。结果表 明三角形加劲阻尼器消除了 Ｘ形加劲阻尼器存在的竖向轴力对 阻尼器影响的问 题，是 一 种 理 想 的 阻 尼 器 形 式。 近 年 来，陈 清 祥 对 Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ等人提出的加劲阻尼器的基础上，设计并制作开孔式 制震板阻尼器（ＨＡＤＡＳ）［５］，在矩形钢板上开菱形孔，试验结果表 明在地震作用下钢板的每个截面同时屈服，达到材料用量和耗能 能力的良好优化设计。 １９９５年欧进萍等［６］对摩擦型和软钢屈服型（Ｘ钢板和三角钢 板）阻尼器进行了大量试验研究，包括静力反复加载和低周疲劳 试验，详细的对比 了 这 些 阻 尼 器 的 减 震 效 果，建 立 了 此 类 阻 尼 的 恢复力模型和参数计算方法。随后吴斌等［７］在此实验的基础上 分析其耗能机理，并 且 进 行 了 大 量 的 疲 劳 验 算，得 出 相 应 的 疲 劳 参 数，建 立 了 软 钢 阻 尼 器 的 弹 塑 性 应 力 分 析 方 法 及 疲 劳 设 计 准 则。１９９７年吴斌等［８］发现薄膜效应是钢板屈服阻尼中一个不可 忽略的因素，结合之前的研究成果，提出薄膜应力的计算方法，建 立疲劳验算准则。２００４年李冀龙、欧进萍［９，１０］基于软钢的 ＲＯ本 构关系和双线性本构关系，分别推导并建立了三角形和 Ｘ形钢板 阻尼器的阻尼力 模 型，将 得 到 的 阻 尼 力 模 型 与 试 验 数 据 对 比，验 证 了 阻 尼 力 模 型 的 正 确 性，在 误 差 允 许 范 围 内 可 应 用 于 实 际 工 程。２０１５王桂萱等 分 ［１１］ 别采用理想弹塑性模型、双线性随动强

钢结构设计原理考试简答题大全_1_

钢结构设计原理考试简答题大全_1_

简答题大全三、简答题（每小题10分）1、何谓应力集中？应力集中对钢材的机械性能有何影响？2、通过哪些设计措施可以减小焊接残余应力和焊接残余变形？3、焊接残余应力对结构性能有哪些影响？4、抗剪的普通螺栓连接有哪几种破坏形式？用什么方法可以防止？5、可以采用钢材的极限强度作为设计强度标准值吗?如果不可以，采用什么作为设计强度标准值?为什么?无明显屈服点的钢材，其设计强度值如何确定?6、焊脚尺寸是越大越好还是越小越好?为什么?1、答：实际上钢结构构件中存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷，此时构件中的应力分布将不再保持均匀，而是在某些区域产生局部高峰应力，在另外一些区域则应力降低，形成所谓的应力集中。

2、答：1、焊接位置的合理安排；2、焊缝尺寸要适当；3、焊缝数量宜少；4、应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉；5、尽量避免在母材厚度方向的收缩应力3、答：1、降低结构刚度；2、降低或消除焊缝中的残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施；3、对构件的疲劳强度有明显不利的影响。

4、答：1、当栓杆直径较小，板件较厚时，栓杆可能先被剪断；2、当栓杆直径较大，板件较薄时，板件可能先被挤坏，由于栓杆和板件的挤压是相对的，故也可把这种破坏较作螺栓的承压破坏；3、板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉断；4、端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏。

第1、2种破坏形式可进行抗剪螺栓连接的计算，第3种破坏形式要进行构件的强度计算；第4种破坏形式有螺栓端距≥2d0来保证。

5、答：不可以。

屈服强度作为设计强度标准值。

因为钢材过了屈服强度后，会有一定的延伸率，这段时期钢材的强度会低的。

对无明显屈服点的钢材，其设计强度应以极限强度的75%来定。

6、答：除钢管结构外，焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍，是为了避免焊缝区的基本金属过烧，减小焊件的焊接残余应力和残余变形。

焊脚尺寸也不能过小，否则焊缝因输入能量过小，而焊件厚度较大，以致施焊时冷却速度过快，产生淬硬组织，导致母材开裂，规范规定焊脚尺寸不得小于1.5 ，t 为较厚焊件的厚度。

高性能剪切钢板阻尼器的性能模拟分析与试验研究

高性能剪切钢板阻尼器的性能模拟分析与试验研究

本论文属于
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学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
指导教师签名： 日期： 年 月 日
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪论
1.1 课题背景
地震是危及人类的生产活动以及生命财产安全的突发性的自然灾害[1]。20 世纪 以来，中国共发生 6 级以上地震近 800 次，遍布除贵州、浙江两省和香港特别行政 区以外所有的省、自治区、直辖市，死于地震的人数达 55 万之多，占同期全球地震 死亡人数的 53%。中国这 7%的国土上也承受了全球 33%的大陆强震，是世界上大陆 强震最多的国家[2] 。2008 年四川汶川地震，震级达 8.0 级，死亡达 7 万余人，直接经 济损失 8451 亿人民币。据统计，世界上平均每年发生破坏性地震约 18 次。2004 年 印度洋发生 8.9 级地震，并引发海啸，造成 23 万人遇难失踪。2010 年 1 月海地发生 7.3 级地震，死亡人数至少达 30 万。同年 2 月智利发生 8.8 级地震，损失达 300 亿美 元。 国内外大量震例表明，地震造成的损失绝大多数是由于建筑物的倒塌引起的。 提高各类工程结构的抗震能力，保证地震时结构物和工程设施不破坏，是目前人类 减轻地震灾害对策中最积极、有效的措施。传统的抗震通过结构及承重构件的损坏 消耗能量，导致结构构件出现不同程度的损伤甚至倒塌，修复费用也是相当昂贵的， 是不够合理也是不经济的。合理有效的抗震途径是给结构安装减震装置（系统） ，一 部分地震能量将分配到减震装置，使主体结构避免进入明显的非弹性状态，从而保 护主体结构在强震中免遭破坏[3]。
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书

带你了解各种阻尼器知识

带你了解各种阻尼器知识

带你了解各种阻尼器知识一、什么是消能减震结构消能减震就是通过在建筑结构的某些部位如柱间、剪力墙、节点、联接缝、楼层空间、相邻建筑间、主附建筑间等设置阻尼器以增加结构阻尼，消耗地震下结构的振动能量，达到减小结构的振动反应，实现结构抗震和抗风的目的。

采用了消能减震技术的结构称为消能减震结构。

二、消能减震技术的适用范围消能减震技术在特定的条件下，才能发挥它最大的效用，达到经济安全的目的，消能减震技术主要用于以场合：▪高烈度（>7度）地区▪强风地区▪超高层建筑▪大型公共建筑-大跨空间结构▪大型综合体-框架支撑（少墙）结构▪震动舒适度要求：风作用和大面积楼盖三、阻尼器有哪些类型下图为史上最全阻尼器类型表：1、TMD调频质量阻尼器(tuned mass damper，TMD）：由质块，弹簧与阻尼系统组成。

一般将其振动频率调整至主结构频率附近，改变结构共振特性，以达到减振作用。

调频质量阻尼器（TMD）属于结构被动调谐减振控制的装置中的一种。

被动调谐减振控制系统是由结构和附加在主结构上的子结构组成。

附加的子结构具有质量、刚度和阻尼，因而可以调节子结构的自振频率，使其尽量接近主结构的基本频率或激振频率，这样当主结构受激振而振动时，子结构就会产生一个与主结构振动方向相反的惯性力作用在主结构上，使主结构的反应衰减并受到控制。

子结构的质量可以是固体质量也可以是液体质量。

台北101大厦的那个大球就是TMD的一种2、TLD调频液体阻尼器(Tuned Liquid Damper，简称TLD)是一种被动耗能减振装置，近年来进行了大量的研究和应用。

调谐液体阻尼器利用固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧力来提供减振作用。

其具有构造简单，安装容易，自动激活性能好，不需要启动装置等优点，可兼作供水水箱使用。

3、TLCD调谐液柱式阻尼系统(Tuned liquid column dampe,简称TLCD)利用辅助振动系统来消除主体结构的振动。

剪切型金属阻尼器在某高层项目中的应用

剪切型金属阻尼器在某高层项目中的应用

2022年第8期（总第416期）工程设计金属阻尼器因具有屈服强度低、改善结构侧向刚度分布等优点，在高层建筑工程设计中得到了广泛应用。

剪切型金属阻尼器作为常用的应用结构，通过整理剪切型金属阻尼器应用时需注意的内容，对于提升结构抗震性与稳固性有着积极作用。

1剪切型金属阻尼器技术分析从实际应用情况来看，剪切型金属阻尼器技术在应用中具有以下优势：①剪切型金属阻尼器的初始刚度相对较高，能够在出现小震情况时进入屈服状态，从而具有了良好的耗能效果，在使用中能够为上部结构提供一定的应用刚度，而且也可以为整个结构提供相应的阻尼比；②此类结构的单体厚度较小，将其放置在隔墙当中并不会干扰到建筑结构的整体功能；③剪切型金属阻尼器在施工时可以采用后安装的方法进行作业，并不会对工程整体的施工进度产生过多影响。

同时，剪切型金属阻尼器在使用中也具有以下不足：剪切型金属阻尼器在使用中会对隔墙结构产生相应影响，在使用中会由于墙体与阻尼器间隔过近导致一些裂缝问题，影响到整个施工结构的稳定性。

2工程项目概述某高层项目总建筑面积约39万m 2，由两栋塔楼及裙房组成。

其中塔楼A 结构高度为179m(41层），塔楼B 结构高度为89m(20层）。

两栋塔楼及东部裙房均属超限高层，尤其是东部裙房，为平面和竖向均特别不规则的超限高层。

本工程建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度（0.1g)，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅳ类。

塔楼B 为钢筋混凝土框架－核心筒结构体系，核心筒底部加强区最大墙厚为550mm ，并随楼层高度的增加而逐步减小为350mm 。

该结构存在楼层最大位移比大于1.2和两层楼板有限宽度小于该层典型宽度50%等超限情况，为提升建筑结构整体的抗震性能，选用剪切型金属阻尼器进行施工，以提高整体结构的稳固性。

3剪切型金属阻尼器的应用要点3.1技术参数优化参考该项目工程的应用特点，在应用时引入剪切型金属阻尼器进行施工，用来制作金属阻尼器的钢板力学参数如下：①钢板屈服强度为235MPa ，满足≥225MPa 的设计要求；②钢板极限强度为328MPa ，满足≥300MPa 的设计要求；③钢板延伸率为44%，满足≥40%的设计要求。

低屈服点钢在结构抗震方面的应用

低屈服点钢在结构抗震方面的应用

低屈服点钢在建筑结构抗震中的应用摘要：随着钢结构建筑抗震设计水平的进步,耗能抗震设计已成为建筑抗震的一个发展方向。

低屈服点钢具有良好的塑韧性和低达100 MPa的屈服强度,并具有较狭窄的强度波动范围,而且成本低、易维护更换,在抗震构件的制造应用中具有显著的优势,从而成为建筑抗震材料中越来越受到重视的新钢种。

本文介绍了抗震用低屈服点钢的性能、国内外的研究现状、国内研究中存在的问题以及结论与展望。

关键词：低屈服点钢；抗震；钢板剪力墙；阻尼器0引言全世界每年均有上百万次的地震发生，我国也是地震多发国家，二十世纪以来，六级以上的地震接近800余次[1]，造成巨大的人员伤亡和财产的损失。

地震的灾害引起了人们对于建筑抗震问题的关注，建筑结构的抗震设计日益重视。

传统的建筑结构设计是依靠柱和梁的塑性变形来吸收地震能的,日本神户大地震后人们发现了这种设计的缺陷,因为地震结束后,严重损坏的柱梁主体结构很难修复。

随着建筑物抗震技术的发展及对抗震机理的深入分析，同时也为了解决这个问题，耗能抗震[2]成为抗震技术的一个发展趋势。

耗能减震技术通过消能阻尼器吸收地震能量[3]。

地震时，这些抗震装置先于其他结构承受地震荷载作用，并首先发生屈服，靠反复载荷滞后吸收地震能量，保护主体结构及建筑的安全。

自从日本新日铁于1995年开发成功一种新型低屈服点钢用于制造这种抗震消能阻尼装置，同时开发成功了一种抗震阻尼装置并取得了专利权。

低屈服点钢由于其具有比其他结构件更低的屈服强度和抗拉强度,并且屈服点波动范围很窄,具有良好的低周疲劳抗力已经在抗震领域得到了越来越广泛的应用。

1低屈服点钢一般地, 我们把材料屈服强度Fy=100～165MPa的钢材定义为低屈服点钢[4]。

采用这种材料的钢板墙、阻尼器等隔震消震结构能够较早地屈服并极大地消耗吸收能量。

此外,低屈服点钢可焊性好并且屈服点波动范围很窄, 具有良好的低周疲劳抗力[5]。

试验表明低屈服点钢具有优越的伸长率和后屈服阶段显著的应变硬化性能。

剪切金属软钢阻尼器设计与试验研究


阻尼器，进行水平滞回试验，研究其水平滞回性能、疲劳性能和耗能性能。研究表明，剪切金属软钢阻尼器具有稳定的水平滞回性
能、良好的疲劳性能和较好的耗能性能。
关键词：剪切金属阻尼器，滞回曲线，等效阻尼比
中图分类号：ＴＵ３５２．１
文献标识码：Ａ
０ 引言
地震发生给人类社会带来了巨大的灾难，尤其是近期全球地 震活动比较频繁，在中国先后发生了汶川、玉树较大级别的地震， 小震更是多 次 发 生。在 此 背 景 下，中 国 也 提 高 了 地 区 的 抗 震 级 别，这给建筑的抗 震、减 震 设 计 带 来 了 挑 战，也 带 来 机 遇。 然 而， 在提高抗震等级的同时，工程设计人员将面临在建建筑的抗震加 固，一般工程设计 人 员 震 措 施，
试验采用的加载设备如图 ３所示，为长春机械科学研究院有
收稿日期：２０１８０７０７ 作者简介：徐瑞祥（１９８２），男，高级工程师； 张亚军（１９９０），女，助理工程师； 李 炯（１９８４），男，工程师

２）位移型阻尼器技术，代表产品是屈曲约束支撑，优点：屈曲
约束支撑的刚度和屈服力都比较大，应用在框架结构中可以明显
降低结构的层间 位 移 角，小 震 一 般 按 弹 性 设 计，产 品 在 中 大 震 下 进入屈服状态耗 能。缺 点：屈 曲 约 束 支 撑 布 置 方 式 为 斜 向 布 置， 给建筑隔墙的砌筑带来较大困难，住宅结构，影响更加明显。
１所示。腹板为阻尼器主要受剪切力的部件，当阻尼器承受大的 水平载荷时，腹板 将 沿 宽 度 方 向 发 生 剪 切 变 形，腹 板 应 力 不 超 过 钢材的屈服应力阶段变形为弹性变形，超过屈服应力后将发生塑 性变形，两侧翼缘 板 同 时 发 生 弯 曲 变 形，利 用 钢 材 的 弯 曲 实 习 耗 能。为了保证腹板沿其宽度方向有较大的水平变位能力和足够 的稳定性，翼缘板 与 腹 板 焊 接 到 一 起，用 翼 缘 板 的 刚 度 约 束 腹 板 的扭转。

轴力和剪力共同作用下防屈曲剪切钢板阻尼器抗震性能试验研究

Vol. 20 Nc. 2Doc. 6020第29卷第6期2020年/月自然灾害学报JOURNAL OF NATURAL DISASTERS文章编号：1004 -4574(2222)26 -3120 -10DOS 12.13577/j. jnd. 2222.2613轴力和剪力共同作用下防屈曲剪切钢板阻尼器抗震性能试验研究尹丽丹8,,马宁8,(/大连理工大学土木工程学院，辽宁大连116327 ； 2.大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室，辽宁大连110022)摘要:剪切钢板阻尼器是一种抗震性能良好的耗能装置，但现有的研究主要针对剪切单向受力的 情况，对应用于地下结构和耗能连梁中双向受力状态下的研究尚且不足;而普通剪切钢板阻尼器易发生平面外屈曲，特别是在双向力作用下，抗震性能较差。

鉴于此，针对带翼缘的防屈曲剪切钢板阻尼器(BRSPD )进行了剪力和轴向压力下抗震性能试验研究。

共设定3个试件，分别进行不同轴力作 用下水平往复加载试验,同时利用有限元软件ABAQUS 对7个不同轴压比的试件进行有限元模拟分析，以探究轴向力对BRSPD 滞回性能的影响。

结果表明此种阻尼器能有效抑制腹板屈曲，此种阻尼 器能有效耗能工作的可承受最大轴压比为2.6。

当轴压比在2.0以内时，具有很好的延性和耗能性 能。

而当轴压比大于2.0时,阻尼器的极限承载力、延性和耗能能力会严重降低。

此外结果还表明轴向力对BRSPD 的刚度影响较小。

关键词:轴向力；防屈曲剪切刚板阻尼器;滞回性能;拟静力试验;有限元分析中图分类号:TU393； X9； X4文献标志码:AExperimentci study on seismic performance of bucCling restreined sheye platedampre undrr eie ccmbinen action of axiai force and sheyr forceYIN LUnx 8'2, MA NUp 8，(/ School of Civil EngipeeVng , Dalian University of TecOnoWgp, Dalian 116324, China ；2. The State Keg Laboratom of Coastal and Offshore Engineering , Dalian University of TecOnoWgp , Dalian 11632— , China)Abstrece : Ths sheor steel plats dampor is used ns n goof seismic wiwpy dissipUWp device. Howevor , ths exishnqmsearches mainly focus on ths situation of shenz unidirectional force , and ths research on ths state of bidirectionalforce is still UsuPiyenU such ns ths appUcaUons on underpmund sUncturos and ene/a dissipUiox connected beams , and sa on. Soma researchos show thni o/Uup shenz plats dampers ua pmno tv opt-of-claxo buchUnp easily ,evvx mom applyinq aUditionai axial forcos , ths seismic performaxco is pocr. Tv address this issuo , nx wpeUmwWl swUy on ths UysWmtU behnvicz of buchUng restrained sheor plats dampers (BRSPDs) with Pugas, is cuwied out undoz bidirectional Wadinqs of sheor force and axial force. In this papor , threo ymups of specimexs ua sW up. Tvidvestipaio ths edeci of nxial force on ths UysWm/c peUormaxco of BRSPDs , they wwa suUjected tv UoUzoptalrecipmcatinq Wadinq tests undoz diderexi axial forces. In aUdition , n total of 7 spocimexs with diderexi nxial coms pmssUn ratics wwa sW up tv peUorm Pnito element simulation analysis usUp ABAQUS. Ths results indicaio thni undoz ths action of axial force , BRSPDs cun eWwtWWy slow ths external buchUnp of ths wed , and it is concluUed收稿日期：2019 -06 -28； 修回日期.2020 -06 -37基金项目：国家自然科学基金项目(51778112);国家重点研发计划重点专项(2010YFC0701102)Suppcrtey by :National Natural Science Foapdation of China (51778112) ； Keg Proyram of National Keg R&D Plan (2016YFC0701102)作者简介:尹丽丹(1994 -，女，硕士研究生，主要从事结构抗震研究.E-mUl ：155****5532@173• cm通讯作者:马 宁(1781 -),女,副教授,博士，主要从事结构抗震研究、耗能减震、智能结构及系统研究.E-mail :maning@ dlut. edu. co24自然灾害学报第29卷that tha maximum axial pmssum ratio that this hampgf can word/fectRVy is7.6.When tha axial pmssum ratio is within7.2,tha hampgf shows a good—/py PissipUUn pebo/ianca and good PuctiOta.Howevar,when it exceeds 7.2 ,tha ultimata Uendng canacity,PuctiOty and—/py cansymption of tha hampers wilt ba s//Vy mdu—d. Whila tha s/Un/s of tha hampgf has alwost no changes.Key words:axial fores;Unch/ng restrained shevf panel hampers；UysRm/c Uefaviof;quasi-static test;finita eRment analysis钢剪切板阻尼器通过钢板的平面内剪切屈服变形来耗散能量，被广泛应用在结构的抗震设计中［1-4］o 目前针对剪切板阻尼器的研究主要集中在单向受力状态，主要适用于层间结构，如图1(b)所示。

混凝土结构工程中剪切型抗震阻尼器施工技术


Li Yong (YCIH No. 2 Construction Co., Ltd. Kunming Yunnan 650228, China)
Abstract: Shear-type seismic damper has the characteristics of good shock absorption effect and high economic benefits, and is an effective technology to convert earthquake resistance to earthquake consumption. Taking the construction technology of shear-type seismic damper in concrete structure engineering as the research object, starting from the principle, construction technology, acceptance and other aspects of shear-type seismic damper, this paper analyzes the important and difficult points of control in each stage to provide a reference for the majority of colleagues in the engineering industry. Key words: s eismic damper; construction technology; building engineering; seismic consumption technology; supported shear type

剪切型金属阻尼器的结构设计及力学特性分析毕业设计论文

Keywords:metal damper; Ansys finite element analysis; seismic energy dissipation; buckling analysis.
Design G survival and development of human, earthquake, storm and other natural disasters are inevitable, and they are serious threats to human life. So people resist earthquake and wind damage since ancient times. In recent years, the earthquakes happened more frequently around the world, which caused huge damage to people's lives and property. The fact is that the main reason for losses is the building collapsed in the earthquake, and therefore to improve the seismic capacity of the building structure to reduce earthquake losses now becomes the primary direction. With the continuous advance of science and technology, seismic wind technology is gradually improving. Adding damping energy consuming device in the building plays a vital role in making the building structure strength, stiffness, ductility. Today, the development of seismic energy dissipation device structure is more mature, people in shock reaction by adjusting or changing the way the structure and dynamic parameters has reached further improve in the integrity of the building in natural disasters and effective protection from people's lives in the shock absorber damper research and operational aspects, which have very advanced technology, aerospace, bridges, houses, etc. and have made a successful application. But today China is also gradually strengthen Damper and development, which will be apply to various areas in order to ensure the stability of the structure.
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2 有限元分析
211 有限元模型的建立及其验证 本文基于通用有限元程 序 ABAQUS 对低周
反复荷载作用下单侧布置 1、2或 3对横向和纵向 加劲肋的剪切板阻尼器进行了一系列非线性有限 元计算与分析, 研究其滞回性能并预测抗剪极限 强度. 图 2为设有两对双向加劲肋的剪切板阻尼 器有限元模型. 设计参数、数值和理论计算结果见 表 1. 其中, Rw 为腹板柔细比参数, 是设计剪切板 的关键参数 [ 12] , 按式 ( 1) 计算, 即
K ey w ords: shear pane l dam per; u ltim ate shear strength; cy clic load; ABAQU S so ftw are; energy-dissipa tion dev ice; hy steretic perfo rm ance; num erica l sim ulation; earthquake resistant design
陈之毅 1a, 葛汉彬2, 宇佐美勉 2, 袁 勇 1b
( 1. 同济大学 a. 地下建筑与工程系, b. 岩土及地下工程教育部重点实验室, 上海 200092; 2. 名城大学 建设 ¦ À 工学科, 日本 名 古屋 468-8502 )
摘 要: 为了使剪切板阻尼器具有稳定的滞回耗能特性, 避免其腹板发生局部屈曲, 提出了 一种考
第 33卷 第 2期 2 0 1 1年 4月
沈 阳工 业大学 学报 Journal of Shenyang Un iversity of T echnology
V o l133 No12 Apr1 2 0 1 1
文章编号: 1000- 1646( 2011) 02 - 0219- 07
反复荷载作用下剪切板阻尼器的抗剪极限强度
1 剪切变形能力与要求
作为金属屈服耗能构件, 剪切板阻尼器通过 塑性屈服滞回变形而耗散能量, 因此, 它的耗能减 震能力主要取决于其塑性 变形能力和耐 疲劳性 能, 必须具有足够的延性承受地震过程中可能遭 受的最大剪切变形. 对于钢筋混凝土框架结构和 多高层钢结构, 现行抗震规范 [ 7] 规定其弹性层间 位移容许值分别为 h / 550和 h / 300, h 为层高. 按 照标准层高 3m, 对于剪切板 支撑组合型结构, 根 据几何条件换算得知, 剪切板阻尼器要求至少具
图 2 有限元模型 F ig1 2 F in ite elem ent m od el
第 2期
陈之毅, 等: 反复荷载作用下剪切板阻尼器的抗剪极限强度
221
表 1 剪切板阻尼器的设计参数和计算结果 Tab1 1 Design param eters and calculation resu lts of shear pane l dampers
111 4
441 2
3001 0
131 5
11 381
11 397
01 3
68
141 7
441 2
5331 3
161 7
11 511
11 499
nL = nT = 2 01 5
169
51 9
231 6
3001 0
71 3
11 266
11 231
图 1 剪切板阻尼器在建筑结构中的应用 F ig1 1 App lication of shear pan el damp er in build in gs
有 0102~ 0104剪切变形角能力. T akahash i和 Sh inabe[ 8] 的试 验研究 表明, 当
腹板柔细比参数 Rw [ 0155时, 低屈服钢剪切板阻 尼器 ( LYP100和 LYP 235) 在反 复荷载下的 剪切 变形角可达 0105, 在单调加载情况下则可增大到 011. Chen和 K uo[ 9] 所做试验也证实, 即使剪切变 形角大于 0106, 剪切板也没有发生强度折减. M cDanie l等进行了海湾大桥主塔桅减振用剪切连接 件的低周反复试验, 预计在地震荷载下, TYPE 1 和 TYPE 3的剪切连接件变形要求分别为 0101~ 0102和 0103~ 0104. 实际上, 试验结果显示这两 类形式的剪切连接件变形能力分别达到 0106和 01066, 几乎是要求能力的 2 ~ 3倍. 最后, 试件由 于腹板脆性开裂而破坏.
通过金属材料的弹塑性变形来耗散地震输入 给结构的能量, 从而减轻结构在地震中所遭受的损
害, 这种新的减震耗能概念目前已经在结构设计中 得到广泛的承认和应用. 在建筑结构方面 [ 1] , 剪切
收稿日期: 2010- 01 - 07. 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 50908169) ; 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目 ( 200802471095) ; 上海市浦江人
设计参数 ( a= bw = 1 m )
数值分析结果 理论计算结果
nL = nT
Rw
bw /tw
tw /mm
tf /mm
b f /mm
ts /mm
Sn, ma x /Sy
Su /Sy
nL = nT = 1 01 5
113
81 8 4
351 4
3001 0
111 4
11 297
11 277
01 4
91
才计划资助项目. 作者简介: 陈之毅 ( 1977 - ) , 女, 江苏吴江人, 讲师, 博士, 主要从事土木工程抗震动力分析和减震耗能技术等方面的研究.
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沈 阳工 业 大 学 学 报
第 33卷
板阻尼器作为金属阻尼器的一种, 已有效用于若干 建筑中, 其形式主要如图 1所示. 在桥梁结构方面, 美国新旧金山 ) ) ) 奥克兰海湾大桥的主塔桅上已 成功安装了一种被称作剪切连接件 ( shear link )的 减震耗能构件 [ 2] , 相当于 3个并排安装的剪切板阻 尼器. 在强风或强震中, 这些金属阻尼器发生剪切 变形, 从而耗散地震输入能量, 衰减结构振动. 为了 在实际结构设计中有效地考虑这些装置, 设计者必 须能够准确描述这些阻尼器在任意周期荷载作用 下预期的非线性力 位移曲线, 预测其极限强度, 从 而对其进行合理设计和优化布置. 当前, 剪切板阻 尼器的设计仍主要参照工字形钢梁的抗剪承载力 公式进行计算 [ 3- 5] , 后者的计算方法不同之处主要 在于拉力场的分布形 式以及是否考 虑翼缘的贡 献 [ 6] . 然而, 为了保证稳定、饱满的滞回性能, 实际 的剪切板阻尼器腹板厚度通常较普通工字形钢梁 的大, 这使得剪切板阻尼器腹板在屈曲前已经充分 进入塑性, 不存在拉力场对后屈曲强度的贡献. 其 次, 作为耗能器, 剪切板通常经历较大的非线性变 形, 为保证对腹板的有效约束, 翼缘也比普通工字 形钢梁的厚, 这使得翼缘在充当腹板约束边界的同 时, 增加了阻尼器的总抗剪强度. 鉴于此, 有必要对 低周反复荷载作用下的剪切板阻尼器滞回性能和 极限抗剪强度进行深入研究, 重新评价翼缘对于总 抗剪强度的影响与贡献.
由于本文中所 使用的钢材双 屈服面本 构模 型 [ 10] 不能描述疲劳破坏现象, 因此, 数值分析中, 反复加载上限设为 01034, 对于普通软钢即相当 于 20Cy ( Cy 为屈服剪应变 ), 通常认为在此范围内 钢材不会发生低周疲劳破坏 [ 11] . 结合上述试验研 究结果, 可以认为 01034的上限是偏于保守的, 在 工程实际中足以提供安全保障.
虑翼缘抗弯承载力贡献的剪切板阻尼 器抗剪极限强度计算公式, 为剪切板 阻尼器的设 计与应用提
供了参考. 剪切板阻尼器作为消能减震 装置应 用于建 筑和桥梁 等工程 结构, 可有 效减轻 地震破坏
作用. 基于通用有限元程序 ABAQU S, 对反复荷载作用下单侧布置 1、2或 3对双向加劲肋的剪切板
阻尼器进行了一系列的精细化有限元 计算与分析. 计算模型考虑 了初始变 形和残余应 力两种初始
文献标志码: A
U ltim ate shear strength of shear panel damper under cyclic load
CHEN Z h-i y i1a, G E H an-b in2, U SAM I T sutom u2, YU AN Y ong1b
( 1a. D epa rtm ent o f G eo technical Eng ineering, 1b. K ey L abo ra tory o f G eo techn ica l and U nderground Eng ineer ing o fM in istry o f Educatio n, T ong jiU n iv ersity, Shangha i 200092, C hina; 2. D epar tm ent o f C iv il Eng ineering, M e ijo U n iv ersity, N ag oya 468-8502, Japan)
Abstract: In o rder to ensure the stable hysteretic energy capacity o f shear pane l dam per and avo id the buck ling o f w eb p late, the ca lculat ing fo rm ulas for the u ltim ate shear streng th o f shear panel dam per w ith acco un ting for the bend resisting con tribution o f the f langesw ere propo sed, w hich can prov ide the references fo r design and use o f shear panel dam pers. T he shear pane l dam pers can be used a s the energy d issipat ion dev ices in building and bridge struc tures to m it iga te the se ism ic hazard e ffectiv ely. Ba sed on the un iversa l f inite e lem ent prog ram ABAQU S, a series o f ref inem ent f in ite e lem en t ca lcu la tion and analy sis w ere conducted on the shear pane l dam persw ith one-sided st iffeners under cy clic load. In the ca lculation m ode,l the initial defo rm ation and residua l stress w ere taken in to accoun,t and a m od if ied double-y ie ld surface m ode l w as adop ted to describe the const itutive relationsh ip o f stee l m ater ia l under cyclic load ing. T he research resu lts show that the shear bo rne by the f langesm ay be 13% to 28% o f to ta l shear capacity, w hich canno t be neg lected in de sign.