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具有T形截面的U形钢板阻尼器滞回性能理论分析与数值模拟

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建筑钢结构进展 2024年第1期26卷 30-40页

作者：邱灿星钱慧娟王苑佐北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 北海道大学工学部日本札幌060-8628

U形钢板阻尼器具有耗能能力良好、能够依靠自身变形耗能,以及性能稳定、制作方便、价格低廉等优点,但是也存在初始刚度小和承载能力低的问题。为此,提出一种具有T形截面的U形金属屈服阻尼器(简称阻尼器)。基于虚功原理和卡斯蒂利亚诺第... 详细信息

U形钢板阻尼器具有耗能能力良好、能够依靠自身变形耗能,以及性能稳定、制作方便、价格低廉等优点,但是也存在初始刚度小和承载能力低的问题。为此,提出一种具有T形截面的U形金属屈服阻尼器(简称阻尼器)。基于虚功原理和卡斯蒂利亚诺第二定理,建立了阻尼器的屈服承载力和初始刚度理论公式。基于非线性混合强化本构模型和三维延性断裂准则,建立了考虑材料延性断裂的阻尼器有限元模型。重点考察了阻尼器的刚度、屈服承载力、耗能能力和破坏模式等。通过参数分析量化了几何尺寸等参数对阻尼器力学性能的影响。研究表明,阻尼器在刚度、屈服承载力及耗能能力等方面与U形阻尼器相比都有明显的提高。阻尼器T形截面的腹板宽度和高度、翼缘宽度和厚度对阻尼器的力学性能都有显著的影响。

关键词： U形阻尼器 T形截面滞回性能理论分析数值模拟

往复荷载下自复位CFST桥墩预应力工作及损失机理试验

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中国公路学报 2024年第4期37卷 176-187页

作者：贾俊峰刘洋邱灿星郭河赵建瑜郭彬立张凯迪北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 中交基础设施养护集团有限公司北京100102 中国恩菲工程技术有限公司北京100080

为研究预应力筋参数对自复位预制节段桥墩抗震性能的影响,进一步推动自复位预制拼装桥墩体系在强地震区的发展,设计了5个自复位预制节段钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube, CFST)桥墩试件,以考虑不同的预应力筋面积、初始张拉力及... 详细信息

为研究预应力筋参数对自复位预制节段桥墩抗震性能的影响,进一步推动自复位预制拼装桥墩体系在强地震区的发展,设计了5个自复位预制节段钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube, CFST)桥墩试件,以考虑不同的预应力筋面积、初始张拉力及预应力损失的影响,并开展了拟静力往复荷载试验。基于试验数据,分析了桥墩损伤模式、预应力损失及锚具回缩、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力和受压区高度等地震行为。研究结果表明:设计的自复位预制节段CFST桥墩表现出良好的抗震性能及自复位能力,最大水平位移荷载下残余偏移率仅为0.41%,同时未出现明显损伤现象;水平往复荷载作用下,桥墩预应力损失值在12%~25%,其中锚具回缩造成的预应力损失占比最大为70.3%,且锚具回缩值在加载位移大于历史位移时增加,建议对预应力筋采用一定超张拉以减小锚具回缩带来的损失;桥墩侧向承载力与预应力初始张拉力呈明显正相关,预应力筋面积的增加会增大屈服后刚度,建议预应力筋最低配筋率不小于0.8%;预应力筋初始张拉力及面积的改变并不会影响桥墩受压区高度,其在加载后期基本趋于定值。研究结果可为自复位预制节段CFST桥墩的结构设计和优化提供参考。

关键词：桥梁工程钢管混凝土桥墩拟静力试验自复位抗震性能预应力筋参数

一种抗震性能化设计方法及在防屈曲支撑钢框架结构中的应用

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工程力学 2022年第11期39卷 63-72页

作者：邱灿星杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

该文围绕防屈曲支撑钢框架结构提出了一种新的抗震性能化设计方法。在选取性能目标时,为了兼顾建筑中结构主体和非结构成分的地震安全,该方法选取了峰值层间位移角、峰值楼面加速度和残余层间位移角共同作为性能目标。以等效单自由度体... 详细信息

该文围绕防屈曲支撑钢框架结构提出了一种新的抗震性能化设计方法。在选取性能目标时,为了兼顾建筑中结构主体和非结构成分的地震安全,该方法选取了峰值层间位移角、峰值楼面加速度和残余层间位移角共同作为性能目标。以等效单自由度体系的弹塑性时程分析计算结果进行参数分析,掌握防屈曲支撑钢框架结构随基本周期和强度折减系数变化的地震响应规律;根据结构动力学理论将单自由度体系的计算结果推广至多自由度体系;基于此发展出一种新的抗震性能化设计方法。为演示和论证该方法的有效性,该文选取了一栋六层防屈曲支撑钢框架结构的基准模型进行抗震设计,并开展一组地震动作用下的弹塑性时程分析。抗震性能评估的结果表明:由该方法设计的结构能够较好地同时满足多个设计目标的要求。该文的设计方法对于其他类型结构的抗震设计也具有一定的借鉴价值。

关键词：抗震性能化设计防屈曲支撑钢框架弹塑性时程分析残余变形

设置SMA滑动摩擦阻尼器的自复位摇摆柱滞回行为拟静力试验研究

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建筑结构学报 2023年第7期44卷 59-69页

作者：邱灿星刘家旺杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

为检验设置形状记忆合金(SMA)滑动摩擦阻尼器(shape memory alloy slip friction damper,SMASFD)的自复位摇摆柱的滞回性能,对其开展了拟静力试验研究。对摇摆柱的关键部件,即镍钛SMA螺栓和变摩擦斜面,分别开展了试验研究。设计并加工... 详细信息

为检验设置形状记忆合金(SMA)滑动摩擦阻尼器(shape memory alloy slip friction damper,SMASFD)的自复位摇摆柱的滞回性能,对其开展了拟静力试验研究。对摇摆柱的关键部件,即镍钛SMA螺栓和变摩擦斜面,分别开展了试验研究。设计并加工了缩尺比例为1∶2的摇摆柱试件并开展拟静力试验。试验结果表明:摇摆柱展现出了预期的柱底转动张开变形模式,试验结束后阻尼器和柱身均恢复至初始位置,并且各部件均未产生损伤;该自复位摇摆柱具有对称的“旗帜形”滞回曲线,力学性能稳定,自复位性能优越,并具备一定的消能能力。摇摆柱的弯矩-位移角关系的理论公式计算结果与试验结果吻合良好,可较好地预测摇摆柱在各阶段的力学特征。在ABAQUS和OpenSees中分别建立了精细化模型和高效计算模型,模型分析结果与试验结果吻合较好。

关键词：摇摆柱形状记忆合金自复位拟静力试验滞回行为

设置SMA滑动摩擦阻尼器的自复位摇摆柱滞回行为理论分析与数值模拟

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建筑结构学报 2023年第3期44卷 39-48页

作者：刘家旺邱灿星杜修力北京工业大学城市建设学部北京100124

以形状记忆合金(SMA)滑动摩擦阻尼器(shape memory alloy slip friction damper, SMASFD)为基础,提出了一种自复位摇摆柱。在该自复位摇摆柱中,柱身为H型钢,SMASFD位于柱底强轴的两侧呈对称布置,为摇摆柱提供自复位能力和消能能力。推... 详细信息

以形状记忆合金(SMA)滑动摩擦阻尼器(shape memory alloy slip friction damper, SMASFD)为基础,提出了一种自复位摇摆柱。在该自复位摇摆柱中,柱身为H型钢,SMASFD位于柱底强轴的两侧呈对称布置,为摇摆柱提供自复位能力和消能能力。推导了摇摆柱的滞回模型理论公式,并在ABAQUS中建立了精细化有限元模型。理论公式与数值模拟均分析了摇摆柱在往复荷载下的滞回行为,二者的结果吻合良好,并且均表明该摇摆柱具有“旗帜形”的滞回曲线;摇摆柱的滞回行为由SMASFD的力学性能和柱身的轴压比控制。研究结果表明:提高SMASFD的承载力可以有效提高摇摆柱的受弯承载力;增大SMASFD的刚度可以同时提高摇摆柱的屈服前刚度和屈服后刚度;在满足稳定性的前提下,增大轴压比会提高摇摆柱的消压弯矩和强度,但是由P-Δ效应所产生的负刚度随之增加,同时增大了柱底的塑性应变。此外,由数值模拟结果还发现,挡板可防止SMASFD夹板在变形过程中滑出,从而避免SMA螺栓受弯。

关键词：摇摆柱自复位形状记忆合金数值模拟滞回行为

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SMA滑动摩擦阻尼器的数值模拟及参数分析

工程力学 2022年第8期39卷 69-79页

作者：邱灿星刘家旺杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

该文将超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)螺栓和摩擦斜面结合,提出一种SMA滑动摩擦阻尼器(SMA slip friction damper,SMASFD)。介绍了SMASFD的基本构造和工作原理,给出描述滞回行为的理论公式,开展了概念验证试验,建立了三维... 详细信息

该文将超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)螺栓和摩擦斜面结合,提出一种SMA滑动摩擦阻尼器(SMA slip friction damper,SMASFD)。介绍了SMASFD的基本构造和工作原理,给出描述滞回行为的理论公式,开展了概念验证试验,建立了三维实体单元有限元模型。试验数据和分析结果均表明,采用合理设计的斜面倾角和摩擦系数,阻尼器可展示出“旗帜形”滞回曲线,拥有良好的耗能能力和优越的自复位能力,并且理论公式和模拟结果均与试验数据吻合良好。基于已经验证的有限元模型,建立了6个额外的有限元模型进行参数分析,关键参数包括斜面倾角、摩擦系数和SMA螺栓的预紧力。参数分析结果表明:阻尼器的非线性变形集中于SMA螺栓内,其他部件保持弹性;增大斜面倾角可提高阻尼器的强度、割线刚度和耗能能力;当接触面间的摩擦系数较大时,阻尼器的耗能能力得到提高,但是超过上限值会导致阻尼器无法自复位;对SMA螺栓施加预紧力可提高阻尼器的初始刚度和割线刚度,但是会降低阻尼器的最大变形能力。

关键词：形状记忆合金自复位阻尼器滞回行为数值模拟参数分析

间隙式SMA隔震支座性能分析及负刚度改进研究

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振动与冲击 2023年第9期42卷 19-26页

作者：邱灿星吴诚静杜修力王萌北京工业大学城市建设学部北京100124

与传统隔震支座相比,形状记忆合金(shape memory alloys,SMA)隔震支座能够提升结构的自复位和耗能能力。然而过早介入的SMA可能会增加中、小震时上部结构的内力和加速度响应。为解决这一问题,在SMA隔震支座中引入间隙形成间隙式SMA隔震... 详细信息

与传统隔震支座相比,形状记忆合金(shape memory alloys,SMA)隔震支座能够提升结构的自复位和耗能能力。然而过早介入的SMA可能会增加中、小震时上部结构的内力和加速度响应。为解决这一问题,在SMA隔震支座中引入间隙形成间隙式SMA隔震支座,以满足不同设防目标的隔震需求。首先,提出了间隙式SMA支座的物理构造形式,并开展了SMA丝循环拉伸试验;随后,以两自由度的框架结构简化模型为例,探讨间隙长度以及SMA屈服力对隔震效果的影响;最后,旨在降低大震、巨震下间隙式SMA隔震支座的内力与加速度响应,进一步引入负刚度机制改进间隙式SMA隔震体系,并探究了负刚度-间隙式SMA支座隔震的可行性。计算结果显示,间隙式SMA隔震支座可以有效降低中震、小震时上部结构的内力与加速度响应;上部结构加速度响应与间隙长度负相关,与SMA屈服力正相关;下部结构位移响应与间隙长度正相关,与SMA屈服力负相关。引入负刚度后,间隙式SMA支座可在有效控制大震或巨震下支座位移响应的同时,显著减小上部结构内力与加速度响应。

关键词：隔震支座形状记忆合金(SMA) 负刚度摩擦摆系统减震性能

基于SMA滑动摩擦阻尼器的自复位摇摆柱理论分析与数值模拟

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建筑结构学报 2022年

作者：刘家旺邱灿星杜修力北京工业大学城市建设学部

本文基于形状记忆合金（SMA）滑动摩擦阻尼器（Shape Memory Alloy Slip Friction Damper，简称SMASFD），提出了一种新型自复位摇摆柱。在该新型自复位摇摆柱中，柱身为H型钢，SMASFD位于柱底强轴的两侧呈对称布置，为摇摆柱提供自复...

本文基于形状记忆合金（SMA）滑动摩擦阻尼器（Shape Memory Alloy Slip Friction Damper，简称SMASFD），提出了一种新型自复位摇摆柱。在该新型自复位摇摆柱中，柱身为H型钢，SMASFD位于柱底强轴的两侧呈对称布置，为摇摆柱提供自复位能力和消能能力。简要介绍了SMASFD的基本工作原理和概念验证试验，重点推导了摇摆柱的滞回模型理论公式，在ABAQUS中建立了精细化有限元模型。理论公式与数值模拟均分析了摇摆柱在往复荷载下的滞回行为，二者的结果吻合良好，并且均表明该摇摆柱具有“旗帜形”的滞回曲线。摇摆柱的滞回行为由SMASFD的力学性能和柱身的轴压比控制。研究发现，提升SMASFD的承载力可直接提高摇摆柱的抗弯承载力，增大SMASFD的刚度将同时提高摇摆柱的“屈服”前刚度和“屈服”后刚度；在满足稳定性的前提下，增大轴压比会提高摇摆柱的消压弯矩和强度，但是P-Δ效应产生的负刚度随之增加，同时增大了柱底的塑性应变。此外，数值模拟结果还显示，挡板可防止SMASFD夹板在变形过程中滑出，从而避免了SMA螺栓受弯。

关键词：

基于SMA滑动摩擦阻尼器的自复位摇摆柱拟静力试验研究

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建筑结构学报 2022年

作者：邱灿星刘家旺杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室

本文针对基于形状记忆合金（SMA）滑动摩擦阻尼器（Shape Memory Alloy Slip Friction Damper，简称SMASFD）的新型自复位摇摆柱开展了拟静力试验研究。在该新型自复位摇摆柱中，柱身为H型钢，SMASFD位于柱底强轴的两侧呈对称布置，为...

本文针对基于形状记忆合金（SMA）滑动摩擦阻尼器（Shape Memory Alloy Slip Friction Damper，简称SMASFD）的新型自复位摇摆柱开展了拟静力试验研究。在该新型自复位摇摆柱中，柱身为H型钢，SMASFD位于柱底强轴的两侧呈对称布置，为摇摆柱提供自复位能力和消能能力。首先，简要介绍了SMASFD及摇摆柱的基本工作原理和理论公式；其次，对摇摆柱的关键部件，即镍钛SMA螺栓和变摩擦斜面，分别开展了试验研究；之后，设计并加工了缩尺比例为1：2的摇摆柱试件并开展了拟静力试验，试验时的轴压比为0.15。试验结果表明，摇摆柱展现出了预期的变形模式，试验结束后阻尼器和柱身均恢复至初始位置，并且各部件均未产生损伤。试验数据表明该新型自复位摇摆柱具有对称的“旗帜形”滞回曲线，力学性能稳定，自复位性能优越，并具备一定的消能能力。理论公式与试验结果吻合良好，可较好地预测摇摆柱在各阶段的力学特征。数值模拟部分，在ABAQUS和OpenSees中分别建立了精细化模型和高效计算模型，用于进一步理解摇摆柱的滞回行为。

关键词：