JY_S金属剪切型阻尼器试验研究及工程应用进展
大行程铅剪切阻尼器的性能及影响因素研究
安徽建筑中图分类号：TU352文献标识码：A文章编号：1007-7359（2024）2-0056-03DOI:10.16330/ki.1007-7359.2024.2.0221引言近年来，我国建筑设计水平和抗震需求不断提高，由于传统结构自身耗能能力偏弱，结构减震控制技术的应用也越来越广泛[1]。
工程中常用的结构减震控制技术为在建筑合理的位置布置消能阻尼设备，从而提升结构抗震性能，维护结构安全，目前广泛使用的耗能设备包括摩擦阻尼器、粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器等。
铅阻尼器属于金属屈服阻尼器的范畴，铅金属具有良好的塑性变形能力，在常温下即可发生塑性循环变形且不产生累计疲劳现象，这一特征非常适合应用于结构的消能减震设备中。
目前国内外研制和开发的铅阻尼器主要包括铅剪切阻尼器、铅挤压阻尼器等，其中铅挤压型阻尼器、铅剪切型阻尼器已经被不少工程应用并且得到了广泛的认同[2]。
已有研究成果表明铅剪切阻尼器提供阻尼力大小和其耗能性能不受变形速度的影响，可视其为理想的塑性体，具有使用寿命长、阻尼力可靠、位移敏感度高、构造简单等优点[3-5]。
但一般的铅剪切阻尼器无法满足特殊工程的大行程要求，盖板与滑动板的相对运动至铅槽端部时耗能金属铅的剪切面积将急速减小，阻尼器出力随之逐渐减小，导致阻尼器耗能性能下降[6-7]，难以满足大型结构的消能减震需求。
本文提出一种大行程铅剪切阻尼器，在剪切耗能过程中铅块的相对剪切面积不会发生改变，有效地克服了这一缺点的同时，还可保证铅阻尼器出力稳定、位移敏感度高等优点。
2设计研究墙式铅剪切阻尼器可直接安装于结构隔墙之中，不影响结构的外观和使用功能。
本文提出的墙式大行程铅剪切阻尼器的构造如图1所示，由转动板、上下盖板、环形耗能铅块、螺栓、销钉、底部垫块等部分构成。
阻尼器通过固定销钉和固定螺栓将转动板与上下盖板相连，并且通过连接销钉和底部垫块与结构相连；该阻尼器安装于梁柱节点和墙体之中，在地震作用下上下楼层发生相对位移时，铅块在预先设置的槽内发生了相对剪切运动，从而达到耗能减震的目的。
阻尼材料的研究状况及进展
阻尼材料的研究状况及进展
蒋鞠慧;尹冬梅;张雄军
【期刊名称】《玻璃钢/复合材料》
【年(卷),期】2010(000)004
【摘要】阐述了阻尼材料的基本概念和阻尼作用的基本原理,回顾了阻尼材料发展的三个阶段,简单介绍了阻尼材料的性能评价方法和大致分类,并分别对粘弹性阻尼材料、复合阻尼材料和智能型阻尼材料的研究状况及进展进行了详细的评述和分析.【总页数】5页(P76-80)
【作者】蒋鞠慧;尹冬梅;张雄军
【作者单位】中国中材集团有限公司,北京,100035;北京玻钢院复合材料有限公司,北京,102101;北京玻钢院复合材料有限公司,北京,102101
【正文语种】中文
【中图分类】TB34
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3.粘弹性阻尼材料及其阻尼结构的研究进展 [J], 张志超;黄微波;李华阳;李向东;刘天铖;张锐;于超
4.植物纤维树脂基复合材料阻尼减振研究进展 [J], 马绪强;苏正涛
5.丁基橡胶及卤化丁基橡胶阻尼材料的研究进展 [J], 魏绪玲;黄庆东;龚光碧;张华强;徐典宏;朱晶;梁滔;李晶
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剪切增稠液及其复合材料的研究进展
橡 胶 工 业CHINA RUBBER INDUSTRY312第71卷第4期Vol.71 No.42024年4月A p r.2024剪切增稠液及其复合材料的研究进展陈柏宇1，管登高1，彭 燕2，刘 涛2（1.成都理工大学 材料与化学化工学院，四川 成都 610000；2.中国工程物理研究院 化工材料研究所，四川 绵阳 621000）摘要：剪切增稠液（STF ）作为新一代智能耗能材料广泛应用于抗刺扎、抗冲击和阻尼减振等领域。
介绍STF 的特性和剪切增稠机理，综述STF 复合材料的制备方式，包括浸渍或喷涂、夹层或填充、共混以及胶囊化；分析STF 复合材料的抗刺扎性能、抗冲击性能、阻尼减振性能与应用。
建议进一步探索STF 的剪切增稠机理，研发对环境不敏感、长使用寿命、可在高冲击速率下应用、磁流变性或电流变性的STF 复合材料。
关键词：剪切增稠液；复合材料；抗刺扎性能；抗冲击性能；阻尼减振性能；共混；胶囊化中图分类号：TQ336.4＋2 文章编号：1000-890X （2024）04-0312-08文献标志码：A DOI ：10.12136/j.issn.1000-890X.2024.04.03121931年R.V.WILLIAMSON [1]在胶体分散体系中发现了异常流变行为，当剪切力到达一定阈值时，硬球分散液的黏度会出现急剧增大现象。
之后H.FREUNDLICH 等[2]也验证了这一现象，该现象被描述为剪切增稠（由T.GILLESPIE [3]于1966年提出）。
由于突然增大的黏度会破坏仪器设备、阻塞输送流体的管道、使涂料涂覆不均匀，当时多被视为工业生产中的不利现象。
后来随着研究的不断深入，该现象在防护和阻尼减振等领域潜在的应用价值被发现，剪切增稠材料的制备也受到关注。
剪切增稠液（STF ）是一种典型的剪切增稠材料，通常是由极性溶剂以及纳米或微米颗粒组成的颗粒悬浮液。
这种悬浮液在正常情况下呈液态，具有较好的流动性，但当所受的剪切力到达一定阈值时，悬浮液黏度急剧增大，甚至出现类固态的转变，而当剪切力加载取消后，悬浮液又快速恢复到初始状态，变为可流动的液体。
磁流变阻尼器力学模型及其参数识别发展现状
磁流变阻尼器力学模型及其参数识别发展现状摘要：磁流变阻尼器是目前结构振动控制中最具有发展潜力的半主动控制装置之一，这种耗能低、响应快的设备由于其优越的性能立刻在土木工程振动控制领域中引起了巨大的浪潮。
但是这种装置在应用的过程中由于自身的磁流变效应，而具有高度非线性的特点，这也使得其在半主动控制中的应用极为困难。
因此建立一种简单、有效的磁流变阻尼器力学模型是使其在控制过程中保持稳定性和有效性的重要条件。
关键词：磁流变阻尼器；力学模型；参数建模；非参数建模一、磁流变减震技术的研究磁流变阻尼器作为半主动控制装置的典型代表，是利用磁流变液能够随磁场变化能够实现快速流-固逆变特性设计的一种减震装置。
磁流变液主要由硅油等载液和均匀分散其中的高磁导率、低剩磁的微小磁性颗粒所组成的悬浊液，通常还会包含多种外加剂以提高磁流变液的抗沉降性能。
1.1磁流变液原理磁流变液没有磁场作用时，可磁化分散粒子随机均勾分布在绝缘母液中，可以视为理想状态下流动状态良好的牛顿流体。
当通入外加磁场时，磁流变液中的微小磁性颗粒由于强交换耦合作用被磁化而行成链状结构，其方向与磁场中的磁力线重叠，链状状态的规则度取决于磁场大小，磁场越大，链状特性越明显，感流变液的剪切应力就越大。
1.2磁流变阻尼器的工作模式顾名思义，工作模式是指工作的一种外在条件和所处的状态。
按工作模式来分，磁流变阻尼器分为流动式、剪切式、挤压式三种基本模式。
1.3磁流变阻尼器的力学模型国内外专家已经提出了众多的磁流变阻尼器力学模型。
这些力学模型主要分成参数化模型以及非参数化模型这两类。
所谓参数化模型就是利用刚度和阻尼单元来模拟磁流变阻尼器的力学性能。
而非参数化模型就是通过智能控制理论等非参数化形式去形容阻尼器的力学特性。
1.3.1参数化模型（1）Bingham模型Bingham模型是磁流变阻尼器力学模型中研究最广的模型。
其最早是Phillips等人用来反映稳定剪切场下磁流变液的应力——应变关系的。
金属橡胶阻尼元件的力学模型及减振特性研究
翻嗣 镝囊蕈站建壤术 嘲．
金 属橡 胶 阻尼元 件 的力 学模 型 及减振 特性研 究
张芳萍 ， 文欣， 樊 梁 佳
（ 北 大 学 振 动冲 击 噪 声 研 究所 ， 中 山西 太 原 ０ ０ ５ ） ３ ０ １
摘 要 ： 通过 试验 和理论 相结合 的方 法 ， 立 了金 属橡胶 材 料 的 力学模 型 ， 究 了一 种金 属 橡胶 材料 建 研
曲线 ， 总结 了不 同加速 度激励 水平 、 同广义 密度 、 同配 重对其振 动性 能 的影响 。结果表 明 ， 不 不 随着激励 力
和 负载 的 增 加 ， 减 振 效 果 更 好 。 其
关键 词 ： 属
中图分类 号 ： Ｇ １１７ Ｔ １ ． 文献标志 码 ： Ａ
动 和 冲 击 的 抑 制 问 题 。依 靠 控 制 机 器 内 产 生 动 力 的
１ 金 属 橡 胶 阻 尼 元 件振 动 的理 论 模 型 研 究
１ １ 数 学 模 型 的 建 立 ．
应用 于振 动系统 中 的非线性 元件往往 具有 非常
复杂 的本构关 系 。金 属橡 胶 材 料 减 振 系统 的位 移一
任何一 种 阻尼都 不能有效 地描 述阻 尼力 的特征 。
所 以笔者 把 总 的迟滞 恢 复 力 Ｆ分 为 弹性 力 Ｆ
和阻尼 力 Ｆ
Ｆ—Ｆ ＋Ｆ Ｆ 一∑Ｋ２ 。 Ｆ 一ｃ 主ｌ ｇ （ ） ｌ ｒ ； ｌ 。 ｎ ｘ － ｓ
ｉ ｌ —
式中： ｃ为等效 阻 尼 系 数 ； ａ为 阻 尼敏 感 指 数 。 由上 式可 知道 ， ａ越 大 ， 阻尼 力 对 速 度 的变 化 越 敏感 ， 所 以指 数又 反映 阻尼 的组 成 ， 阻尼 成 分 的 函数 。当 为
U型金属阻尼器的力学公式推导及阻尼性能研究
设 计 制作 提供 一 定依 据 。
关 键词
Ｕ形金 属 阻尼 器 ，公式 推 导 ，数值模 拟 ，阻尼 性 能
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｆｏ ｒ ｍｕ ｌ ａ Ｄｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｄａ ｍｐ ｉ ｎ ｇ
ห้องสมุดไป่ตู้
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ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍｕ ｌ ａ ｉ ｓ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎｄ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｎ ｐｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｕ— ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｄ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｄ ａ ｍｐ ｅ ｒ ．
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第32卷增刊22010年12月土木建筑与环境工程
JournalofCivilArehiteerural&EnvironmentalEngineerin
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JY一S金属剪切型阻尼器试验研究及工程应用进展
高杰薛彦涛王磊,金林飞陈
涛
(中国建筑科学研究院J匕京100013)
摘要:近年来全球范围内特大地震频发中国杭震规范也随之进行了修正其中加强了性能化设计要求而消能减
震控制理论即是这个问题的核心内容之一在一些地震频发国家鉴于队尼器因性能优越耗能能力强施工方便
快
捷等因素将其作为了主要消能减震手段但国外产品价格昂贵国内一般工程难以承受为此中国建筑科学研究
院在已有经验基础上结合中国国情开发出了JYS
型金属剪切型阻尼器经过大1试验研究及理论分析成型产
品
性
能稳定性价比高并已经应用于实际工程
关键词金属剪切型阻尼器;试验研究;抗震加
固
;
中图分类号:TU528572文献标志码:A文章编号:16744764《2010)52035703
千百年来地震和风灾给人来带来了无尽的灾难近年来演川地震智利地震玉树地震更将人类悲痛推向极致随着人类科技水平不断提高结构减震(振)控制技术作为抵御地震(强风)的一种有效方法得到了发展和应用金属耗能器(阻尼器)作为减震控制减震器的一种因其构造简单性能
稳定价格低廉被广泛应用
金属的弹塑性变形是消耗地震输人能量的最有效机制
之一金属剪切型阻尼器即利用金属材料塑性变形及塑性累计耗散地震动能量输人日本在上世纪八九十年代开始试验研究近些年来大量应用于中低层住宅高层及超高层建筑之中金属阻尼器选用材料以软刚低屈服点钢材铅及记忆合金为主而铅材料本身缺陷和合金类材料价格相对昂贵等原因软刚和低屈服点钢材成为了建筑行业阻尼器材料的首选日本根据阻尼器需求专门研制Tss400LY225和
LYll0其中110钢材延伸
率可达50%以上累计塑性变形
能力出众但该材料无明显屈服点对阻尼器屈服承载力设计时需注意我国的软刚即Q225Q235钢材材料性能与LY225相当上述钢材材料性能对比详见图1
当阻尼器位于大幅温度变化的环境中长期使用时会影
响到它的寿命研究表明树脂类猫弹性阻尼器经历25年风力循环作用耗能器的刚度降低约35%摩擦阻尼器在长
期的使用过程中也容易出现摩擦片粘结在一起的现象影响
它的使用寿命而金属屈服耗能阻尼器使用功能及维护费用都是很优越的但若在长期风振环境中使用也应注意其使用寿命问题金属耗能器可应用于各种类别及外形的建筑结构耗能器的相对位移增大的同时其耗能能力也相应增大因此位移型金属耗能器更适用于较柔的结构体系金
属剪切型阻尼器既可用于既有建筑的抗震加固和震损结构的补强修复又可以用于新建建筑同时研究及实践表明
阻尼器用于抗震加固比传统加固方式节约造价缩短工期中国建筑科学研究院JYS系列金属剪切型阻尼器产品
具有完全自主知识产权经过深人理论分析和试验研究已
经形成了一整套完整成熟的设计生产技术且产品性能十
分稳定其产品形式如图2
……圈一
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应变。l%中..口b图1钢材应力一应变曲线比较图2金属剪切型阻尼舒模型及试件
收稿日期:20101031
作者简介:高杰(1982)男工程师工学硕士主要从事工程隔震减震研究358土木建筑与环境工程
第32卷
2计算分析
金属剪切型阻尼器恢复力分析模型可以采用理想弹塑
性分析模型双线性模型和RambergOsgod模型其中双
折线型应用较多(如图3)剪切型阻尼器主要依靠剪切塑性
累计耗散地震能量其提供阻尼力计算方法主要如下
F一
KJu(u簇u)
FJ=F方+户K、(u‘一u方)(ud卜u)
K一aGA/H
凡一巧AFym二rA或a为刚度修正系数;G为剪切弹性模量
(N/mmZ);A
为阻尼器剪切面积(mm,);Hd为阻尼器高度(mm);r:。为钢材剪切屈服力和最大剪应力(N/mm,
)
图4金属剪切型阻尼器JY5150/300试验滞回曲线
厂(剪应变丫=350%710%120%时循环加载
)
图3阻尼器弹塑性分析模型剪切型阻尼器理论分析宜采用有限元方法进行如采用
ANAsysABAQussapZ000/ETABs等通用有限元软件
计算时阻尼器采用塑性单元通过调整屈服力和弹性刚度等参数进而参与到结构整体计算按照上述计算方法设计图
2中JY5-30型典型金属阻
尼器设计阻尼力308KN剪切刚度466KN/mm屈服位移。“mm试验采用低周反复加载上下端均为固结小震位
移循环30圈中震位移循环3圈大震位移循环3圈试验滞回曲线如图4中国建筑科学研究院金属阻尼器试验台架(图5)可完成10o0KN12米以内金属阻尼器试验其中
金属剪切型阻尼器已研究至200KN屈曲约束支撑轴向荷载10O0KN试件长度最大可达12
mJY
5-3
0
型阻尼器
表现出了良好的剪切性能滞回环饱满最大剪切变形可
达12%图5金属剪切型阻
尼
器
JY515
0/30
试验台架及试验件
3工程应用
图6为某中学风雨操场结构为钢筋混凝土框架结构层数六层一层地下室根据结构抗震鉴定结果结构需进行抗震加固该结构跨度较大空旷平面内不连续侧向刚度较小不满足规范要求同时在大震作用下可靠性差直
接采用加大柱截面的方式加固效果不明显且很难保证大震
下结构抗震性能采用JYS型剪切阻尼器加固综合评比造价及工期均大幅度节约该工程模型共计安装32个金属
剪
切型阻尼器其中X向16个Y向16个第32卷增刊2高杰等JYS金属剪切型阻尼器试验研究及工程应用进
展359
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图8空间计算模型
图6空间计算模型
1)周期振型对比
模态
周期/s原结构(平动系数)周期/s支撑
结构(平动系数)
06734(070)05502(098)
206697(099)05267(100)
305800(029)04076(011)
2)层间位移角对比
原结构层间位移角略小于规范限值要求通过增加
J
YS
型阻尼器一方面加大了原结构刚度另一方面增加构阻尼比增加阻尼器以后结构层间位移角趋于平缓均满足规范要求
图,应用工程照片、飞‘,
曳、
、套
多了命n一一礴畏贻弓
4其它相关工程应用
截止目前金属剪切型阻尼器已成功应用在多所中小学校抗震加固工程新建政府工程和市政等工程其应用前景十分可观图9为实际工程现场照片阻尼器布置位置灵
活可设置于结构内部隔墙处或结构周边同时结构相关连接构件均为钢构件便于快速施工
理叫七择始
诵喇
层间位移角计算对比3)罕遇地震静力弹塑性分析结果
该结构为重点设防类建筑除应满足小震下弹性应力
变形等指标要求外在罕遇地震作用下结构将进人弹塑性状态允许结构产生一定程度的破坏甚至严重破坏但应防止
结构倒塌因此应验算建筑结构在大震下反应形态严格
控制结构大震下不致倒塌JYS型金属阻尼器提高结构抗
震性能即通过提高刚度和提供附加阻尼通过吸引地震力同时消耗地震能力输人保证结构整体性能而阻尼器本身耗能则通过弹塑性变形实现计算表明增加阻尼器以后结构在罕遇地震下性能点对应层间位移角为1/167和1/11完全满足规范限值要求说明阻尼器的设置可有效改善结构在大
震下的抗倒塌性能
参考文献:〔1〕GB50092001建筑结构荷载规范【S〕北京中国建筑工业出版社2002.
[2」GB501卜2。。1建筑抗震设计规范【S〕北京中国建筑工业出
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社2003【4〕周云摩擦耗能减震结构设计〔M〕武汉武汉理工大学出版
社2006〔5〕谢强赵亮屈曲约束支撑的研究进展及其在结构抗展加固中的应用[J]地艘工程与工程震动200626(3)100103
【6」日本隔震结构协会被动减震结构设计施工手册【M〕北京中
国建筑工业出版社2。。&
(编样罗
敬
)