刚度增强型金属连梁阻尼器的抗震性能

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221510

吉林大学学报(工学版) ›› 2024, Vol. 54 ›› Issue (9): 2469-2483.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221510

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刚度增强型金属连梁阻尼器的抗震性能

杨伟松^1,²(),张安^1,²,许卫晓^1,²,李海生³,杜轲^4,⁵

^1.青岛理工大学土木工程学院，山东青岛 266033
^2.青岛理工大学海洋环境混凝土技术教育部工程研究中心，山东青岛 266033
^3.荣华（青岛）建设科技有限公司技术中心，山东青岛 266500
^4.中国地震局工程力学研究所，哈尔滨 150080
^5.中国地震局地震工程与工程震动重点实验室，哈尔滨 150080

收稿日期:2022-11-25 出版日期:2024-09-01 发布日期:2024-10-28
作者简介:杨伟松（1986-），女，副教授，博士. 研究方向：结构抗震. E-mail：yws_qtech2015@163.com
基金资助:
国家自然科学基金-山东联合基金重点支持项目(U2106222);山东省自然科学基金项目(ZR2022ME029)

Seismic performance of stiffness enhanced metal coupling beam damper

Wei-song YANG^1,²(),An ZHANG^1,²,Wei-xiao XU^1,²,Hai-sheng LI³,Ke DU^4,⁵

^1.School of Civil Engineering，Qingdao University of Technology，Qingdao 266033，China
^2.Marine Environment Concrete Technology Engineering Research Center of Ministry of Education，Qingdao University of Technology，Qingdao 266033，China
^3.Technology Center Department，Ronghua Qingdao Construction Technology Co. ，Ltd. ，Qingdao 266500，China
^4.Institute of Engineering Mechanics，China Earthquake Administration，Harbin 150080，China
^5.Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration，China Earthquake Administration，Harbin 150080，China

Received:2022-11-25 Online:2024-09-01 Published:2024-10-28

摘要/Abstract

摘要：

为控制装有连梁金属阻尼器的联肢墙结构在极震下的残余位移并促进结构体系整体屈服模式的形成，提出了一种基于滑移连接组合而成的金属阻尼器。采用拟静力试验对其抗震性能进行全面研究，验证该阻尼器分阶段屈服和刚度增强的特性。试验结果表明：该阻尼器不仅可以达到分阶段屈服和刚度增强的效果，而且具有良好的变形能力和耗能性能，可根据滑移距离和矩形剪切板厚度等参数进行优化设计。进一步建立新型消能连梁-联肢墙结构体系的数值对比模型进行了动力时程分析。本文提出的阻尼器在罕遇地震中可以通过二阶刚度增强控制残余位移，有利于增强结构体系极震下抗倒塌能力并达到极震后易修复目的。

关键词: 结构工程, 刚度增强型阻尼器, 分阶段屈服, 残余位移, 消能连梁

Abstract:

In order to control the residual displacement of connected wall structures with connected beam metal dampers and promote the formation of the overall yield mode of the structure system， a metal damper based on the combination of sliding joints is proposed in this paper. The seismic performance of the damper is studied comprehensively by pseudo-static test， and the characteristics of the phased yield and stiffness enhancement are verified. The experimental results show that the damper can not only achieve the effect of step-by-step yield and stiffness enhancement， but also has good deformation capacity and energy dissipation performance， and can be optimized according to the parameters of slip distance and rectangular shear plate thickness. Further， a numerical comparison model of a new type of energy-dissipating beam-jointed wall structure system is established for dynamic time-history analysis. The results show that the proposed damper can control the residual displacement by strengthening the second-order stiffness in rare earthquakes， which is conducive to strengthening the collapse resistance of the structural system under extreme earthquakes and achieving the purpose of easy repair after extreme earthquakes.

Key words: structural engineering, stiffness enhanced damper, staged yielding, residual displacement, energy dissipation coupling beam

中图分类号:

TU352.1

杨伟松,张安,许卫晓,李海生,杜轲. 刚度增强型金属连梁阻尼器的抗震性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(9): 2469-2483.

Wei-song YANG,An ZHANG,Wei-xiao XU,Hai-sheng LI,Ke DU. Seismic performance of stiffness enhanced metal coupling beam damper[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2024, 54(9): 2469-2483.

图/表 31

图1

表1

图2

图3

表2

材料力学性能试验结果"

试样编号

试样厚度t/mm

材料屈服强度

f y

/MPa

材料抗拉强度

f u

/MPa

材料

屈强比 $f y$ / $f u$

材料弹性模量E/GPa

断后伸长率

δ/%

216.23

329.97

0.66

205.10

33.87

210.87

324.93

0.65

202.50

31.14

207.91

321.39

0.65

192.40

28.33

表2

图4

图5

图6

图7

图8

表3

图9

表4

图10

图11

图12

图13

图14

图15

图16

图17

图18

图19

图20

表5

图21

图22

图23

图24

图25

表6

参考文献 20

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试件	弯曲板测点1、5屈服相对位移/mm	弯曲板测点2、4屈服相对位移/mm	剪切板测点1、5屈服相对位移/mm	剪切板测点2、4屈服相对位移/mm
T1	4	9	10	11
T2	4	16	20	21
T3	4	9	10	12
T4	4	16	—	—

试件	一阶屈服位移/mm	二阶屈服位移/mm	剪切板开裂位移/mm	剪切板断裂位移/mm
T1	3.84	10.31	22	26
T2	3.45	20.28	28	40
T3	3.27	10.33	22	26
T4	3.01	—	—	—

地震波	结构类型	多遇地震	设防地震	极罕遇地震
Kobe波	原始结构	1.185	1.156	1.199
	普通消能结构	1.208	1.147	1.213
	新型消能结构	1.194	1.156	1.135
Imperial Valley波	原始结构	1.193	1.229	1.171
	普通消能结构	1.225	1.311	1.205
	新型消能结构	1.223	1.313	1.115
人工波	原始结构	1.190	1.115	1.128
	普通消能结构	1.207	1.169	1.135
	新型消能结构	1.206	1.148	1.085

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试件编号	U型板半圆弧半径d/mm	U型板宽度w₁/mm	U型板平直段长度l/mm	U型板厚度t₁/mm	矩形板高度h/mm	矩形板宽度w₂/mm	矩形板厚度t₂/mm	矩形盖板长度L/mm	滑移距离s/mm	二阶屈服比η
T1	55	200	100	10	100	60	9	100	10	0.45
T2	55	200	100	10	100	60	9	80	20	0.51
T3	55	200	100	10	100	60	6	100	10	0.58
T4	55	200	100	10	—	—	—	—	—	—