低屈服点钢剪切型阻尼器滞回性能与疲劳性能研究

• 作 者: 潘加宝
• 出 处: 昆明理工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 低屈服点钢 剪切型阻尼器 低周往复循环加载 滞回耗能性能 疲劳寿命

目前,耗能减震技术已经在结构应用上得到广泛发展,成为抵御地震和强风的一种有效的措施。低屈服点钢剪切型阻尼器具有易屈服,相对尺寸较小、耗能能力强、造价低廉等特性,因此在工程中得到了广泛的应用。本文使用低屈服点钢BLY160设计制作了 4件剪切型阻尼器,采用试验研究与有限元模拟相结合的方法对低屈服点钢剪切型阻尼器在循环往复荷载作用下的滞回耗能能力以及低周疲劳性能进行了相关研究,具体的研究内容如下:(1)对剪切型阻尼器的耗能机理进行了分析,介绍了四种适用于低屈服点钢剪切型阻尼器的力学模型。(2)对低屈服点钢BLY160进行了准静态单调拉伸试验,获得试验中所用钢材的应力-应变关系曲线、弹性模量、屈服强度等基本材料性能参数。设计制作了三种不同尺寸的剪切型阻尼器进行了低周往复循环加载试验,重点考察了剪切型阻尼器耗能板宽厚比以及耗能板角开洞对其滞回耗能性能以及低周疲劳性能的影响,并对阻尼器的滞回曲线、骨架曲线、超强系数、等效粘滞阻尼器系数、平均耗能指数等进行分析总结,结果表明:低屈服点钢剪切型阻尼器滞回曲线很饱满,无捏缩现象具有非常优异的耗能性能。在整个循环加载过程中,强化现象非常明显,破坏之前也没有出现强度和刚度的突然改变;阻尼器板角开洞会对阻尼器的极限承载力有一定的提升,但是会降低其延性,且导致其耗能不稳定。阻尼器耗能板宽厚比越高,其耗能性能越好。(3)利用有限元分析软件Abaqus,对试验的的剪切型阻尼器选用多线性强化和组合强化两种强化模型进行了有限元模拟分析,并把模拟的滞回曲线、骨架曲线以及等效粘滞阻尼系数曲线,与试验结果进行对比,结果表明:两种强化模型模拟出的结果都能与试验很贴合,但是组合强化模型模拟出的曲线比较光滑,更贴近试验曲线,而多线性强化模型更加方正。对阻尼器在实际应用中产生薄膜效应的原因进行了分析,通过改变约束条件模拟理想试验状态与工程条件下的承载力以及耗能性能进行了对比,结果表明:实际工程中耗能板会产生竖向薄膜拉力,使得阻尼器滞回曲线产生捏缩对阻尼器的耗能产生一定的影响。(4)介绍了低周疲劳分析理论,介绍了几种适用于阻尼器的低周疲劳寿命分析模型。为了合理预估钢板耗能器的低周疲劳寿命,减少试验次数,降低试验费用,利用疲劳分析软件Fe-safe对低屈服点钢阻尼器进行了应力场和疲劳寿命的有限元仿真,结果表明阻尼器低周疲劳寿命均大于30圈满足规范对此类型阻尼器疲劳性能的要求。