E型钢阻尼器数值仿真及试验研究

E型钢阻尼器数值仿真及试验研究 振动与冲击 第２８卷第７期 ＪＩＩ｜ ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡｌＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫＶ０１．２８Ｎｏ．７２００９ Ｉ｜●ｌＩｌ●ＩＩ＿＿＿＿＿＿ｌ●●＿ｌ＿－＿＿＿ｌｌ＿Ｉ●－Ｉｌ＿ｌ●ｌ＿＿Ｉｌｌ＿－＿ＩＩ＿＿＿Ｉ－Ｉ＿＿＿＿＿＿●＿＿＿＿＿＿ｌ＿■Ｉ Ｅ型钢阻尼器数值仿真及试验研究 潘晋１’２，吴成亮１，仝强１，高峰利３ （１．武汉艾尔格桥梁新技术开发有限公司，２．武汉理工大学交通学院； ３．湖南大学力学与航空航天学院） 摘要：吸收国外的研究成果，应用高强度钢代替软钢了Ｅ型钢阻尼器。通过试验与数值仿真对该类阻尼器 的滞回性能和恢复力模型进行了研究，明Ｅ型钢阻尼器采用弹塑性材料模型在循环载荷作用下具有良好的耗能性能。通过本文分析说明该设计方法可以应用于高强度钢，降低了生产成本。 关键词：Ｅ型钢阻尼器；ＡＮＳＹＳ；滞同曲线；试验中图分类号：Ｕ４２２．５＋５ 文献标识码：Ａ 由于我国铁路、公路建设进入高速发展阶段，对桥梁抗震提出更高要求，国内桥梁抗震研究不断深入。传统抗震结构体系是通过加强结构侧向刚度以满足抗震要求的，但这种被动抗震的方法对于大跨度结构及桥梁结构会造成严重的制约…。弹塑性钢阻尼器具有强大的耗能能力，地震时率先进入塑性，消耗地震能量及衰减结构的地震响应，保护了主体结构。弹塑性钢阻尼器利用钢的弹塑性变形吸收能量，结构简单、性能稳定。弹甥性钢阻尼支座将球型钢支座与阻尼器结合，平常与普通支座作用类似，地震时发挥阻尼器作用，能有效的消耗地震力，以极小的工程投人却大大提高了桥梁的可靠性和耐久性。采用阻尼器的耗能效果进行主动抗震是目前主要的发展趋势。 目前国内外已研制出大量的阻尼器，其中软钢阻尼器具有稳定的滞回特性、良好的低周疲劳特性、不受环境温度的影响等优点，使其在实际工程中的应用前景极为广阔旧Ｊ。金属耗能器主要是由各种不同的金属材料（如软钢、低屈服点钢和铅等）制成，利用金属材料屈服时产生的塑性滞回变形来耗散能量的减震装置。金属耗能器具有良好的耗能能力和变形跟踪能力，其滞回曲线呈纺锤形。加载频率和循环次数对其耗能性能影响较小，工作性能稳定，耐久性能良好¨Ｊ。软钢阻尼器有Ｕ形钢板阻尼器钢、管阻尼器、三角形软钢阻尼器、三角形阻尼器和Ｘ形软钢阻尼器、钢圆环耗能器等型式，此外还有采用形状记忆金属材料一１。这些阻尼器主要应用于建筑结构。而对于桥梁结构的减震无法满足要求。Ｅ型钢阻尼器相对其它软钢阻尼器具有如下特点：结构形式合理、阻尼性能稳定，耗能性能好；耗能部分同时进入塑性无应力集中，从而使材料利用充分；结构形式能够很好的和支座组合起来方便的安装在桥梁上而且容易更换。本文依托南京长江隧道工程 右汊自锚式悬索桥结构抗震需要，依据国外的研究成果‘５。７１以及意大利Ａｌｇａ公司的，设计了Ｅ型钢阻尼器并分别进行了试验和仿真验证，并最终用于实际工程。 １ Ｅ型阻尼器设计 １．１材料选择 软钢阻尼元件的刚度比高强钢高，在实际工程中钢阻尼器的材料一般采用软钢。但使用二级高强钢在同样阻尼力的情况下可以节约５０％以上的材料成本。同时，在桥梁上使用这种二级高强钢设计的阻尼元件的刚度相对较低，因此有效的延长了桥梁的同有周期，起到了很好的隔震效果。若某些建筑或桥梁对阻尼刚度有特殊要求的，可以通过增加一个保险销装置，来提高初始刚度。因此本项目中阻尼器采用二级高强钢，并通过分析确定高强度钢阻尼元件是否满足桥梁上的应用需求。 １．２设计计算公式 Ｅ型钢原型如图１，影响Ｅ型钢的性能尺寸各参数含义如下： Ｓ：Ｅ型钢的板厚（４０ｍｍ）： ｂ：Ｅ型钢的横截面的宽度（１０４ｒａｍ）；ｈ：Ｅ型钢的力臂（３２８ｍｍ）；ｂ，：中间臂的平均宽度（１３８ｍｍ）；ｂ：：侧臂的平均宽度（１０５ｍｍ）； ｌ：４８７．５ｍｍ： 仃，：钢板的屈服强度（３３０ＭＰａ）； 根据文献［５一’７１提出的方法，由Ｅ型钢的原型可简化为两边铰支、中间简支的粱模型（图２ａ），中间支座上作用力为Ｆ。采用结构力学中的力法求解图２（ａ）的梁模型，得到图２（ｂ）的弯矩图。设计时一般要求ｈ＞１０ｂ，轴力对Ｅ型钢的影响小于５％，因此理论公式推导只考虑弯矩的作用一’７｜。 收稿日期：２００８一０５一１９修改稿收到日期：２００８—１０—２５第一作者潘晋女。博士，讲师，１９７８年１１月生 万方数据