【摘 要】
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本文对一种新型具有自复位功能的球型支座减震耗能装置进行了研究。该部件将叠板弹簧中的板簧元件隔层替换为低屈服点软钢材料,使其在原有的缓冲减震效果上具备了良好的耗能能力。该部件的构造简单,受力机制和耗能机理明确。在小震作用下板簧元件始终保持在弹性工作状态,为部件提供了刚度和自复位能力,震后不需要维修,且部件内的低屈服点软钢通过塑性变形吸收了一部分能量,减小了结构的地震反应。大震下板簧和软钢均进入塑性状
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本文对一种新型具有自复位功能的球型支座减震耗能装置进行了研究。该部件将叠板弹簧中的板簧元件隔层替换为低屈服点软钢材料,使其在原有的缓冲减震效果上具备了良好的耗能能力。该部件的构造简单,受力机制和耗能机理明确。在小震作用下板簧元件始终保持在弹性工作状态,为部件提供了刚度和自复位能力,震后不需要维修,且部件内的低屈服点软钢通过塑性变形吸收了一部分能量,减小了结构的地震反应。大震下板簧和软钢均进入塑性状态,牺牲了部件的自复位能力,提供了足够的阻尼,充分发挥其耗能能力。本文通过理论分析和数值模拟的方法研究了部件的力学机制,提出了部件的参数化设计方法和网架结构的减震设计方法。其主要内容如下:(1)根据部件在工作阶段的受力状态,对其力学机制、减震耗能机理和自复位原理进行了理论分析。选取合适的力学模型并进行合理的简化与假定,提出了部件重要性能指标的理论计算方法。(2)采用ABAQUS有限元分析软件设计了80组耗能减震部件模型,对各项尺寸参数进行了全面的分析,得到了该部件的各性能指标随参数变化的一般规律。研究表明,该部件具有良好的承载能力和变形性能,在低周循环荷载的作用下软钢易进入屈服耗能阶段,各项性能指标能够满足耗能减震要求。(3)耗能减震部件的各性能指标随尺寸参数变化的规律清晰,其定性关系能够对部件的选型提供指导意见。本文通过理论推导和数值拟合,在上述规律的基础上给出了关键性能指标的理论计算式,确立了以有效刚度和等效阻尼比为目标函数的部件参数化设计方法。(4)将部件安装在网架结构的支座位置,通过模态分析、反应谱分析和弹性时程的分析方法,对比无控结构和耗能减震结构的支反力、节点位移和峰值加速度,得到了部件的减震耗能性能。提出以减震率为目标的网架结构减震设计方法,并结合部件的参数化设计,形成了全过程的支座耗能减震部件设计选型流程。
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