新型铅剪切阻尼器的数值模拟试验研究-北京工业大学学报.pdfVIP

第34卷第21期 北京工业大学学报 Vd．34NO．12 OF 2008年12月 OF INGUNIVERSITYTECHNOLOGY Dec．2008 JOURNALBEIJ 新型铅剪切阻尼器的数值模拟试验研究 闫维明1，刘 猛1，-，李振宝1，张春科1，苏亮1 (1．北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京100022； 2．辽宁工业大学土木建筑工程学院．辽宁锦州 121001) 摘要：铅剪切阻尼器是一种耗能性能优越、构造简单而又十分经济的结构减震控制装置．为提高梁柱节点的 耗能能力，本文开发了一种具有变形放大功能的转动式铅剪切阻尼器，利用ANSYS软件对该阻尼器进行了数值 模拟分析，研究了铅块高度和宽度对其性能的影响；通过低周往复荷载试验．同时，还研究了振幅、频率、荷载循 环次数、去掉对该阻尼器性能的影响．结果表明，这种新型转动式铅剪切阻尼器滞回曲线饱满、性能稳定． 关键词：耗能减震；铅阻尼器；梁柱节点 591 中图分类号：Tu 文献标识码：A 文章编号：0254—0037(2008)12—1286—05 铅剪切阻尼器不但可以用于减震，也是解决结构振动问题的有效途径[1-2]．目前世界各国正越来越多 地采用不同形式的铅剪切阻尼器．如，韩国一座长140m的高速公路桥上安装了4个铅剪切阻尼器一 PVD【3 J，北京2008奥运会国家会议中心和内蒙神华亿利火电厂主厂房采用了平板式和筒式铅剪切阻尼器 近百个[4_51． 现有铅剪切阻尼器这类位移相关型阻尼器，需要产生较大的变形才能有效地发挥其耗能性能，而强震 作用下建筑物的弹塑性变形很微小，且难以安装于梁柱节点处，一般需要刚度较大的支撑系统并占用较大 的建筑空间[6-7】．本文提出了一种具有放大变形功能的转动式铅剪切阻尼器，该阻尼器可将梁柱节点微小 的变形根据耗能需要进行放大，使其耗能能力得到充分的发挥．该阻尼器体积较小，几乎不占用建筑物的 使用空间． 1转动式铅剪切阻尼器的构造 如图1所示，转动式铅剪切阻尼器由钢杆、转动板、固定板、盖板、铅、连轴和铰支座等组成．当钢杆一1 产生左右平移时，转动板在连轴一2的带动下产生绕连轴～1相对固定板的转动，使位于两板之间的铅块产 (a)铅剪切阻尼器示意 m)阻尼器实验图片 图1转动式铅剪切阻尼器 leadshear Fig．1Rotating damper 收稿日期：2008—03．14． 士点学科专项科研基金项目(34004012200801)． 作者简介：闫维明(1960一)，男，黑龙江兰西人，教授． 万方数据 第12期 闩维明，等：新型铅剪切阻尼器的数值模拟试验研究 1287 生剪切变形，从而耗散振动能量；连轴一1到铅块中心的距离z1比连轴一1到连轴一2之间距离z2大，此构造 相当于对铅块的变形起到杠杆放大作用，从而使得该阻尼器在节点只发生微小变形时即可有效地耗能；11 与z2之比称之为该阻尼器的变形放大系数，其值可根据耗能要求和铅块的尺寸确定． 通过加垫片的方法可以改变铅槽的高度和宽度，以研究不同构造参数对该新型铅剪切阻尼器耗能性 能的影响． 2转动式铅剪切阻尼器性能的数值模拟分析 钢的弹性模量比铅大得多，可将钢板视为刚体，采用ANSYS9．0的刚体一柔体接触模型对转动式铅剪 切阻尼器的性能进行有限元分析．为简化问题，可将阻尼器的圆弧形铅块简化成厚度、宽度均不变、长度 等于其中心线弧长的长方体． 图2描述了铅块高度h(即垂直于剪切面方向上的长度，分别取15、22．5和30mm)对阻尼器性能的 影响．可以看出，铅块高度对阻尼器最大阻尼力F一的影响较小，不同铅块高度的滞回曲线面积S差异 不是很大，这是因为