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古建筑木结构榫卯节点摩擦耗能及抗震性能分析

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古建筑木结构榫卯节点摩擦耗能及抗震性能分析

作者：文自刚西安建筑科技大学

学位级别：硕士

古建筑木结构在地震作用时,其榫卯连接之间允许有一定量的水平错动,节点之间将会发生摩擦,正是由于榫卯节点之间的这种摩擦耗能从而使古建筑木结构具有良好的抗震性能。因此对榫卯连接之间的特性进行深入研究,是古建筑木结构的结构特性... 详细信息

古建筑木结构在地震作用时,其榫卯连接之间允许有一定量的水平错动,节点之间将会发生摩擦,正是由于榫卯节点之间的这种摩擦耗能从而使古建筑木结构具有良好的抗震性能。因此对榫卯连接之间的特性进行深入研究,是古建筑木结构的结构特性及其进行抗震性能研究的基础。本文基于能量等效原理,推导出了榫卯节点之间的干摩擦耗能的等效阻尼系数,以一榀框架为例,定量地研究了木结构榫卯节点在地震作用下的摩擦耗能减震性能。基于榫卯节点的摩擦耗能,建立了西安钟楼整体结构的简化模型,对结构的抗震性能进行了研究。本文完成的主要研究工作有:（1）建立了木结构节点等效摩擦阻尼系统,利用能量等效原理,将榫卯接触面之间的摩擦力变换为等效阻尼,推导出节点关于干摩擦耗能的等效阻尼系数。以燕尾榫节点为例,定量得到了木结构榫卯连接的等效阻尼系数的大小。（2）以一榀木框架为例,考虑了节点关于干摩擦耗能的等效阻尼系数,对比研究了结构在地震作用下梁、柱顶的位移与梁柱节点相对位移,分析了结构的各层次的滞回曲线以及累计耗能曲线,引入减震系数?,得到了榫卯节点的摩擦滑移在地震作用下具有较好的减震作用,而且随着地震动强度的增大,其减震效果越明显;由榫卯连接的柱架耗能占总耗能的主要部分,而榫卯连接之间的摩擦滑移也能够占总耗能的一定比例。（3）为了定量研究干摩擦耗能对整体结构的影响,以西安钟楼为研究对象,考虑了节点关于干摩擦耗能的等效阻尼系数,通过对结构的模态的分析验证了模型的正确性。研究了结构在不同地震激励作用下柱脚、一层、二层以及屋盖的位移以及加速度反应特性,对比分析了结构的动力特性以及屋盖侧移变形,得到了以下结论:钟楼木结构在考虑节点摩擦阻尼时各层位移减震系数在75%~80%之间,定量的描述了结构榫卯节点的摩擦耗能对整体结构的减震作用;各个层面动力放大系数从柱脚至顶层基本逐渐减小,表明古建筑木结构具有较好的耗能减震特性;古建筑木结构榫卯节点的摩擦滑移能够减小钟楼木构架的侧移角,体现了梁柱榫卯连接之间的摩擦滑移能够更好的保证古建筑木结构的整体变形能力。

关键词：古建筑木结构干摩擦阻尼等效阻尼系数摩擦滑移抗震性能

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上悬挂下隔震式结构减震效果分析

上悬挂下隔震式结构减震效果分析

作者：王伟华北理工大学

学位级别：硕士

随着我们对房屋要求的不断提高,我国的建筑正迈入外形越来越美观化,使用功能越来越多样化,居住更安全化的多重方面发展的时代。悬挂结构通过把楼层悬挂起来,减少与地面的接触空间又结合了结构控制的思想。在建筑中采用隔震技术通过隔震... 详细信息

随着我们对房屋要求的不断提高,我国的建筑正迈入外形越来越美观化,使用功能越来越多样化,居住更安全化的多重方面发展的时代。悬挂结构通过把楼层悬挂起来,减少与地面的接触空间又结合了结构控制的思想。在建筑中采用隔震技术通过隔震层从而达到隔离地震的效果。建立上悬挂下隔震结构体系的简化模型。以一个5层楼为例,上部三个楼层采用悬挂结构,用刚性吊杆悬挂在顶部悬挂梁上,用橡胶隔震支座将下面两个楼层支撑在地面。通过拉格朗日方程推导出结构的动力反应计算公式,并应用MATLAB语言和ORIGIN软件绘制不同地震波下的结构最大动力反应时程图。在影响参数一定的条件下,将上悬挂下隔震结构的楼层动力反应分别与只隔震结构、只悬挂结构的楼层动力反应进行对比。通过分析,得出以下结论:采用上悬挂下隔震结构形式后和单纯的只悬挂结构和只隔震结构相比地震动力反应明显减小。随着影响参数的改变,上悬挂下隔震结构的层间位移和楼层加速度要比楼层位移和楼层速度的变化更加明显。上悬挂下隔震结构体系不但结合了悬挂结构的减震特点,而且应用了隔震支座自身的减震特性从而达到了复合式的减震效果。

关键词：上悬挂下隔震最大层间位移等效刚度等效阻尼系数减震效果

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连续体系桥梁隔震效果理论分析研究

公路交通科技（应用技术版） 2012年第5期8卷 118-121页

作者：高武林陈长海袁涌陕西省高速公路建设集团公司陕西西安710054 陕西省公路勘察设计院陕西西安710068 华中科技大学土木工程与力学学院湖北武汉430074

嘉陵江纵向桥是国家高速公路十堰至天水联络线(G7011)陕西境汉中至略阳公路中的桥梁,地震基本烈度为8度、设计基本地震加速度值为0.20 g。为了解决其抗震问题,采用了铅芯隔震橡胶支座隔震技术。本研究通过商用有限元软件ansys对其进行... 详细信息

嘉陵江纵向桥是国家高速公路十堰至天水联络线(G7011)陕西境汉中至略阳公路中的桥梁,地震基本烈度为8度、设计基本地震加速度值为0.20 g。为了解决其抗震问题,采用了铅芯隔震橡胶支座隔震技术。本研究通过商用有限元软件ansys对其进行有限元动力分析,对桥梁在隔震、非隔震2种状态下的地震反应进行了时程分析,对支座的参数进行了优化,通过对分析结果的比较,从理论上验证了铅芯隔震橡胶支座的隔震效果。实验结果证明铅芯隔震橡胶支座可以有效地降低其地震力,提高了桥梁的安全性。

关键词：铅芯隔震橡胶支座数值分析等效刚度等效阻尼系数

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新型高阻尼粘滞流体减振件研究

新型高阻尼粘滞流体减振件研究

作者：张哲培北京林业大学

学位级别：硕士

在卫星的整个寿命周期内,在发射阶段卫星受到运载火箭随机振动及瞬态冲击的影响,动力学环境恶劣,是最易受到损坏的阶段。目前,航天界主要利用整星隔振技术在星箭适配器中安置减振系统,衰减吸收发射段卫星受到的各种振动及冲击载荷,保证... 详细信息

在卫星的整个寿命周期内,在发射阶段卫星受到运载火箭随机振动及瞬态冲击的影响,动力学环境恶劣,是最易受到损坏的阶段。目前,航天界主要利用整星隔振技术在星箭适配器中安置减振系统,衰减吸收发射段卫星受到的各种振动及冲击载荷,保证卫星关键元器件的稳定运作。粘滞阻尼隔振器作为在各领域广泛使用的振动控制装置,可以作为星箭适配器中实现阻尼增效的基础部件,有效改善发射段卫星的振动响应。但是,现有粘滞阻尼隔振器结构复杂且密封性差,在低频微幅范围隔振不理想。本文设计了一种新型高阻尼粘性流体结构,作为整星隔振粘滞阻尼隔振器基本单元,具有结构受载下纵向维持小变形保持刚度输出,同时横向位移放大提升阻尼效果的优点。该结构作为一种被动型振动控制装置,结构简单,易于拆换,且可通过改变流体粘度实现阻尼特性可调。本文使用ANSYS+FLUENT软件对高阻尼粘性流体元件进行力学及双向流固耦合有限元分析。通过力学仿真进行结构参数优化;对填充流体组合件进行仿真简谐分析,确定了减小内腔水力直径以提升阻尼输出的设计方案;通过建立结构流动数学模型,为数值分析提供理论依据。提出了两种结构改进方案,选择阻尼输出提升明显的带圆通孔型结构进行流固耦合仿真分析;分析了固体区域及流体区域各参数与振动频率的关系,得到各频率下的等效阻尼系数,结果表明改进型元件较原元件阻尼系数更高;分析了圆通孔参数对阻尼输出的影响。设计并加工了粘性流体填充装置及高阻尼条形组合件,实验测试了条形组合件在动态载荷下的阻尼输出性能。实验表明,条形组合件在低频下滞回曲线更为饱满,耗能效果较好,等效阻尼系数随着频率的增大整体呈现减小的趋势,在高频段略有凸起;对条形组合件进行数值仿真,结果表明改进型元件组成的组合件拥有更好的阻尼输出性能。研究结果对于高刚度高阻尼件的设计优化及粘滞阻尼装置在减振隔振领域中的应用具有重要的参考价值。

关键词：流固耦合分析滞回曲线有限元法等效阻尼系数粘滞阻尼器

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新型软钢阻尼器力学性能研究及优化设计

新型软钢阻尼器力学性能研究及优化设计

作者：曹德志辽宁工业大学

学位级别：硕士

所有的建筑结构,都是依靠自身吸收地震能量来减少地震破坏。建筑的梁和柱等受到的力无法被迅速消耗,一旦地震强度超过一定值,结构会进入弹塑性状态,严重时可能造成构件屈服和破坏。在早期改变这种现状的方法是通过增大梁、板、柱的截面... 详细信息

所有的建筑结构,都是依靠自身吸收地震能量来减少地震破坏。建筑的梁和柱等受到的力无法被迅速消耗,一旦地震强度超过一定值,结构会进入弹塑性状态,严重时可能造成构件屈服和破坏。在早期改变这种现状的方法是通过增大梁、板、柱的截面,很明显这是一种不经济不可靠的方式,消能减震装置的出现在一定程度上解决了这一问题。目前,这类装置主要包括金属耗能器、摩擦耗能器、粘滞耗能器等。软钢阻尼器就是金属耗能器的一种,由于其造价低、适用性强,各工程领域中应用广泛,本文提出了一种新型软钢阻尼器:侧弧型中心开孔软钢阻尼器。目前已经有很多学者针对软钢阻尼器的性能进行过研究,通常的实验手段是制作多个阻尼器模型进行加载,对比得到结果中的不同来获取结论,这样的手段通常耗费过多的财力物力,是一种不经济的方法。随着有限元的发展,ABAQUS软件逐渐演变成为一种研究力学性能的常用软件。本文根据软钢阻尼器滞回特性能优秀、安装方便且震后易更换的特点,利用有限元分析软件ABAQUS研究了一种安装在人字形交叉支撑上的软钢阻尼器,使其具有较大的钢材利用率、较小的应力集中现象。首先,对提出的8种阻尼器模型进行选型优化,调整阻尼器腹板的形状,对腹板上下左右侧进行开孔,得出并分析开孔后阻尼器的性能,选择其中最优外形进行开孔尺寸调整的优化设计。通过对阻尼器平面开设孔洞并调整尺寸参数和孔的排列组合形式,进一步对阻尼器性能优化,分别设计了54种不同开孔排列组合形式,分析所得应力分布图中阻尼器腹板应力分布情况,通过计算滞回曲线所得的数据,最终得到阻尼器的最优模型。阻尼器形状和开孔形状、大小、排列组合形式对阻尼器性能影响很大。所以开孔的尺寸优化和排列组合形式优化为本文重点和创新点。在阻尼器的腹板开大型孔时共设计了五种不同形状的开孔。带有棱角的孔通常会使阻尼器在棱角尖锐的位置出现过大的应力集中,这样很容易导致阻尼器出现破坏,如菱形和正三角形以及正方形孔出现这种情况最为明显。而圆形孔的周围应力分布比较均匀,很少出现明显的应力集中情况。但大型开孔之后阻尼器承载能力普遍较低,进而针对圆形孔的大小进行了调整,将圆形孔大小调整至10。较小的圆形开孔能够更灵活的改变孔的排列组合形式,通过对小圆形开孔的位置变化和排列组合变化来改变阻尼器本身的承载能力,降低阻尼器的应力集中情况。经过多次模拟可知阻尼器的腹板四角开四个小圆形孔时腹板的正中心不应开孔,腹板的开孔排列组合形式对阻尼器的承载力和应力集中情况影响较大。通过本文对设计的62种阻尼器模型得到最终的侧弧型中心开孔软钢阻尼器模型。

关键词：软钢阻尼器能量耗散系数等效阻尼系数应力分布图滞回曲线

钢框架盖板—腋加强型节点受力性能及抗震分析

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钢框架盖板—腋加强型节点受力性能及抗震分析

作者：蒋定为兰州理工大学

学位级别：硕士

以往地震中出现了大量钢框架刚性节点的破坏，其破坏形式大都发生在梁、柱翼缘相交处的焊缝区。许多国内外学者通过对传统节点的大量研究，提出将塑性铰外移的设计概念，通过将塑性铰由柱面外移，以改善连接焊缝处的复杂受力状态，避免... 详细信息

以往地震中出现了大量钢框架刚性节点的破坏，其破坏形式大都发生在梁、柱翼缘相交处的焊缝区。许多国内外学者通过对传统节点的大量研究，提出将塑性铰外移的设计概念，通过将塑性铰由柱面外移，以改善连接焊缝处的复杂受力状态，避免节点焊缝处发生脆性破坏。塑性铰外移有两种方法，即采用加强型节点和削弱型节点。十几年的研究表明，这些改进都不同程度的改善了节点的抗震性能。对于加腋节点一般有梁柱连接翼缘单侧加腋和梁翼缘两侧加腋两种形式。单侧加腋节点对于加腋侧能缓解焊缝处应力集中现象，由于加腋后梁中性轴向加腋区偏移而使加腋侧另一端在受拉时应力增加，造成焊接处的应力集中，增加梁上翼缘发生脆性破坏的可能;双侧加腋节点能实现塑性铰转移到梁上的目的，较好地缓解节点对接焊缝处应力集中现象，且抗震性能优越，但在实际工程中，部分钢框架结构房屋在使用上要求较高，梁上侧加腋后造成楼面不平整，而且也影响美观。本文对加腋节点和加盖板节点加以改进，提出盖板-腋新型加强型节点。该节点既克服了双侧加腋节点影响楼面平整及美观的缺点，又能使节点得到有效加强。运用ABAQUS软件对该节点进行有限元分析，并将分析结果与以往模型进行了对比。首先研究试件在单调荷载下的性能，主要根据梁柱连接试件在单向荷载作用下的力-位移曲线、极限承载力、连接处梁翼缘不同应力路径上的Von Mises应力分布、梁翼缘塑性应变、塑性铰形成与发展以及破坏模式等参数进行讨论。然后研究在低周循环荷载下三种试件的滞回性能、延性及等效阻尼系数等。根据研究成果，得出各参数对其抗震性能影响的显著程度，为梁柱盖板-腋梁柱连接节点的抗震设计提出建议。研究表明盖板-腋梁节点能有效改善对接焊缝处应力集中现象，实现了塑性铰转移至梁上的目的，降低其发生脆性破坏的可能性。该节点形式具有理论上的合理性和实用上的可行性，且具有良好的耗能能力，抗震性能优越。

关键词：塑性铰盖板-腋加强型节点滞回性能延性系数等效阻尼系数

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橡胶支座地下室顶板与基础顶面隔震对比研究

橡胶支座地下室顶板与基础顶面隔震对比研究

作者：韩流涛华北理工大学

学位级别：硕士

建筑结构隔震设计是把具有隔震作用的隔震装置安装在结构的特定部位,以实现隔离地震的目的。橡胶支座基础顶面隔震和地下室顶板隔震都属于隔震设计的范畴。但两种隔震体系不同之处就是把橡胶隔震装置安装的空间位置不同。然而,两种隔震... 详细信息

建筑结构隔震设计是把具有隔震作用的隔震装置安装在结构的特定部位,以实现隔离地震的目的。橡胶支座基础顶面隔震和地下室顶板隔震都属于隔震设计的范畴。但两种隔震体系不同之处就是把橡胶隔震装置安装的空间位置不同。然而,两种隔震体系的隔震原理则是相同的,即通过隔震装置对上部建筑结构的自振周期进行有效调整,以达到降低传输到上部结构中的地震能量,最终实现建筑物能够隔离地震的目的。结构的动力反应计算公式是在结合简化模型和深入理解拉格朗日方程的基础之上演绎得出的结果。在完成以上准备工作的基础上,利用MATLAB和ORIGIN软件对处理得到的结果进行分析总结。通过研究五组地震波的反应分析可知,地下室顶板隔震与无隔震相比,具有非常好的隔震效果,当等效刚度kr=2 000 k N/m时,除个别特殊数值外,层间位移的隔震效率都在90%以上,甚至高达98.72%;橡胶隔震装置的隔震效果与等效刚度和等效阻尼有关,且等效刚度越小,等效阻尼系数越小,隔震效果就越好。从隔震性能的角度分析,基础顶面隔震和地下室顶板隔震这两种隔震体系的隔震效率特别接近,在Cr=3 000 k N/(m·s)和Cr=5 000 k N/(m·s)时,2种隔震支座在层间4的层间位移极大值甚至相等,分别为1.40mm和2.10mm。

关键词：地下室顶板基础顶面等效刚度等效阻尼系数 MATLAB

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三种电流变阻尼器阻尼特性的对比分析

应用力学学报 2000年第4期17卷 58-65页

作者：陈吉安张博明王殿富杜善义哈尔滨工业大学哈尔滨150001

首先简要地介绍了电流变体材料以及电流变阻尼器的基本概念，进而阐明了剪切模式电流变阻尼器、流动模式电流变阻尼器和复合模式电流变阻尼器的工作原理。最后，应用非牛顿流体力学理论给出了它们的阻尼力模型，并对其各自的阻尼特性进... 详细信息

首先简要地介绍了电流变体材料以及电流变阻尼器的基本概念，进而阐明了剪切模式电流变阻尼器、流动模式电流变阻尼器和复合模式电流变阻尼器的工作原理。最后，应用非牛顿流体力学理论给出了它们的阻尼力模型，并对其各自的阻尼特性进行了一些理论分析和探讨。

关键词：电流变阻尼器等效阻尼系数电场场强振动主动控制

高阻尼橡胶隔震支座的力学性能及隔震效果研究

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工程抗震与加固改造 2008年第3期30卷 15-20页

作者：袁涌朱昆熊世树资道铭华中科技大学土木工程与力学学院柳州东方工程橡胶制品有限公司广西柳州545005

对新型高阻尼橡胶隔震支座的力学性能及此支座对桥梁的隔震性能进行了试验研究。通过输入正弦波研究其力学性能,试验结果表明:新型高阻尼橡胶隔震支座是速度相关型支座,加载频率的等效水平刚度有较大的影响,但对其等效阻尼系数影响不大... 详细信息

对新型高阻尼橡胶隔震支座的力学性能及此支座对桥梁的隔震性能进行了试验研究。通过输入正弦波研究其力学性能,试验结果表明:新型高阻尼橡胶隔震支座是速度相关型支座,加载频率的等效水平刚度有较大的影响,但对其等效阻尼系数影响不大。然而加载经历对新型高阻尼橡胶隔震支座的等效水平刚度与等效阻尼系数均有较大的影响。同时通过速度控制型实时子结构试验精确、定量地验证了新型高阻尼橡胶支座对桥梁的减隔震效果。

关键词：高阻尼橡胶隔震支座实时子结构试验等效刚度等效阻尼系数