金属阻尼器的试验研究与应用(3)
文献[5]117对凸轴型铅挤压阻尼器进行了试验研究,试验结果表明,铅挤压阻尼器的滞回曲线饱满,耗能效率高且阻尼性能与加载频率无关,工作性能稳定。由于铅挤压阻尼器具有较大的初始刚度,可以保证结构在小震或者风荷载的作用下不发生较大的变形,保证了结构的舒适性。 在强震的作用下,铅挤压阻尼器进入工作状态,依靠其稳定的滞回性能消耗大部分地震能量,确保结构安全。2011年开始,作者设计制作了足尺的铅挤压阻尼器(见图5),并对该阻尼器进行了试验研究。其中,试验设计与实物设计对比如图6所示。试验采用MTS测试系统,在进行阻尼器的性能试验时,均采用正弦变化的输入位移来控制作动器加载,试验时的环境温度为206 ℃。试验加载控制和数据采集由同一台计算机完成,分别考虑加载频率01 Hz、02 Hz、05 Hz和07 Hz,同时控制位移分别为10 mm、15 mm、20 mm和25 mm,共16个工况,测试得到的铅挤压阻尼器滞回曲线如图7所示。
由图7可以看出,铅挤压阻尼器的力-位移曲线接近矩形,符合“库伦摩擦”阻尼器的特性;力-速度曲线接近双“S”的形状,同时随着激励频率和位移幅值的增加,其单支曲线在低速区的斜率均降低。将铅挤压阻尼器加入大跨空间网壳结构当中,对加与未加铅挤压阻尼器的结构进行了数值分析,分析结果表明,铅挤压阻尼器减振系统对大跨网壳结构的减振效果明显,尤其位移时程响应大大降低;铅挤压阻尼器的布置位置对减振效果有一定的影响,合理的布置位置能够有效地提升大跨空间网壳结构的倒塌临界荷载。
由于铅的再结晶温度低于室温,因此铅挤压阻尼器的适应温度范围相当广,实际上铅是处于热工作状态,动态回复和再结晶同时发生。铅挤压阻尼器造价低廉,在地震的过程中,阻尼器不会产生刚度和强度的下降,震后无需修复和替换。但是铅挤压阻尼器最难解决的问题是,当温度升高到一定程度时,挤压力会产生出现一定的下降。5 结论
对于金属阻尼器的研究已经取得了大量的成果,但是相对于日本、美国等对金属类阻尼器的研究与应用相比,我国除台湾已经有较多应用以外,大陆对该类型阻尼器的研发仍然欠缺,应用更是较少,因此需要加强金属类阻尼器的自主研发能力。尤其是在今后的工作中仍需研究或者解决以下问题:
1) 金属类阻尼器的研发应在保持其耗能能力的同时降低阻尼器的成本;
2) 对已经研发的金属类阻尼器进行规范化,同时应具有自主知识产权;
3) 完善金属类阻尼器的设计和施工规程,加快该类阻尼器的工程应用。
参考文献:
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