基于多階段屈服耗能機(jī)理的新型TADAS的理論與試驗研究.pdf

1、近年來，地震頻發(fā)，嚴(yán)重威脅著人類生命財產(chǎn)安全，如何確保建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性成為土木工程領(lǐng)域中的研究熱點。三角形加勁阻尼器（Triangular Added Damping and Stiffness，簡稱TADAS）由于其耗能能力好、性能穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、施工和安裝方便等特點，在建筑結(jié)構(gòu)減震領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。基于已有相關(guān)研究成果，本文對由低屈服點鋼LYP160和Q345鋼制成的多階段屈服耗能TADAS進(jìn)行了理論分析、試驗

2、研究以及有限元模擬，考察了其在地震作用下的耗能特性，揭示了其耗能機(jī)理，并提出了多階段屈服耗能TADAS減震結(jié)構(gòu)基于性能化的設(shè)計方法。
　　首先對組成多階段屈服耗能TADAS的兩種材料（低屈服點鋼LYP160和Q345鋼）進(jìn)行了軸向拉伸材料力學(xué)性能試驗研究，為理論推導(dǎo)提供了試驗依據(jù)?；谠囼灥玫降牟牧媳緲?gòu)關(guān)系對TADAS單板模型進(jìn)行了理論推導(dǎo)，在此基礎(chǔ)上得到了多階段屈服耗能TADAS單調(diào)加載下從彈性到彈塑性全過程的荷載-位移表達(dá)式，

3、并給出了主要力學(xué)性能參數(shù)，同時應(yīng)用有限元軟件ANSYS對理論推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行了驗證，闡述了理論推導(dǎo)結(jié)果的適用的范圍，并分析了在大變形下產(chǎn)生誤差的原因。
　　為了全面考察多階段屈服耗能TADAS在受力（變形）全過程中真實的力學(xué)性能，在理論分析基礎(chǔ)上，對其開展了試驗研究。首先，對由LYP160和Q345鋼制成的單板試件分別開展了單調(diào)加載和低周反復(fù)加載試驗，試驗結(jié)果表明:兩種不同材質(zhì)的耗能板的滯回曲線均十分飽滿，具有良好的耗能能力，但兩者的

4、形狀有所差異，由LYP160耗能板制成的TADAS滯回曲線有逐漸外擴(kuò)的趨勢，而由Q345鋼耗能板制成的TADAS滯回曲線呈較為標(biāo)準(zhǔn)的紡錘形且沒有明顯的外擴(kuò)趨勢，這種形狀上的差異主要是由于“包辛格效應(yīng)”導(dǎo)致兩種材料在循環(huán)荷載作用下表現(xiàn)出的強(qiáng)化特性不同。其次，對5個多板試件進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗研究，考察了其耗能能力，給出了其滯回曲線、骨架曲線、等效粘滯阻尼比、等效剛度等耗能指標(biāo)。試驗結(jié)果表明:各個試件的滯回曲線均十分飽滿，具有良好的耗能能

5、力;由兩種不同材質(zhì)的鋼板組成的多板試件，其滯回曲線形狀是單一材質(zhì)試件的復(fù)合疊加。
　　針對各個試驗試件，采用有限元軟件ANSYS建立了準(zhǔn)確的有限元模型，進(jìn)行數(shù)值模擬分析，并將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行了對比，對比結(jié)果表明有限元結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好，兩者在變形形狀、滯回曲線、骨架曲線、等效粘滯阻尼比、等效剛度等方面均較為接近，驗證了試驗結(jié)果的可靠性。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了多階段屈服耗能TADAS的恢復(fù)力模型，并給出了兩種簡化方式:①簡化

6、為三折線模型;②將多階段屈服耗能TADAS分解為兩個具有不同屈服位移的TADAS，對每個單一屈服位移的TADAS的恢復(fù)力模型分別采用Bouc-Wen模型。應(yīng)用有限元軟件SAP2000對兩種簡化方式進(jìn)行了比較，結(jié)果表明采用第②種方式更為合理。
　　針對多階段屈服耗能TADAS的多階段耗能特性，提出了多階段屈服耗能TADAS減震結(jié)構(gòu)基于性能化的設(shè)計方法，并給出了其具體設(shè)計流程。通過一個具體算例，應(yīng)用有限元軟件SAP2000對多階段屈服