向心式摩擦阻尼器的理论分析与应用研究

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详细介绍向心式摩擦阻尼器提供三角形、双旗帜形和矩形滞回模型时的参数配置情况;通过阻尼器内部元件静力平衡分析,推导了三角形和双旗帜形滞回模型中加载刚度、卸载刚度与阻尼器构造参数之间的对应关系,给出了加载刚度和卸载刚度的计算公式,为阻尼器的设计和制造提供依据.并基于这些公式,研究了5个构造参数对加载刚度的影响,讨论了如何提高向心式摩擦阻尼器出力吨位;进行了拟静力试验研究,实现了上述三种滞回模型,并对刚度公式进行了初步的验证:对具有矩形、三角形滞回性能的单自由度体系的自由振动以及具有矩形、三角形和双旗帜形滞回性能的单自由度系统的稳态响应进行了研究和讨论,推导了三种滞回模型的等效参数的计算公式,这三方面的研究结果定性的描述了三种滞回模型的特性及其减震性能;为计算包含滞回单元结构体系的地震响应,该文较为详细地研究了当非线性单元的滞回模型为分段线性函数时,求解此类系统动力响应的四种非线性算法,包括Newton-Raphson法、虚拟荷载迭代法、近似寻找拐点的非迭代方法以及精确寻找拐点的非迭代方法.对四种算法的计算精度、效率进行了比较,对各算法在编程中应该注意的问题进行了说明,给出了实现三种滞回模型的程序代码.通过数值模拟计算,基于非线性反应谱,研究了三角形滞回模型的三个刚度、双旗帜形滞回模型的起滑力、矩形滞回模型的起滑力和过渡刚度这6个参数对包含它们的结构系统的动力响应的影响.研究结果表明:滞回参数对减震效果的影响与线性结构周期T在线性反应谱中对应的位置有关,当T位于结构某项反应谱的上升段时,增大滞回单元等效刚度可以减小结构的该反应,反之,则将增大结构该项反应.从特定地震激励下的减震效果以及地震强度变化时减震效果的变化情况这两个方面对三角形、双旗帜形和矩形滞回单元的减震性能进行了比较,结果表明矩形滞回单元具有很好的减震效果,但其减震效果随地震强度的增加而减弱:三角形和双旗帜形滞回单元的减震效果随地震强度的变化很小.因而,在不能准确预料地震强度时,该文认为三角形和双旗帜形滞回单元较矩形滞回单元更具优势.最后,该文对三角形滞回单元在相邻结构减震控制中的应用进行了研究:推导了两个单自由度互联结构体系在简谐力作用下的稳态响应解,并对连接单元的刚度、阻尼参数以及相邻结构的周期比对互联体系稳态响应的影响进行了讨论,并在此基础上通过数值模拟,讨论了三角形滞回单元在相邻结构减震控制中的应用范围.结果表明:当地震能量比较集中时,不宜采用互联结构形式进行减震.
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