齿轮齿条式电涡流阻尼墙及其减震性能数值研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Raistlin_M
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结构振动控制历经40余年发展,各种类型的阻尼装置相继研发,这些阻尼装置均具有自身的优点与局限性。阻尼墙最早由日本学者提出并被广泛应用,其抗震性能优良,耗能材料常为黏滞液体,存在密封件损耗、漏液、启动缓慢等缺点,力学性能与运行温度密切相关。电涡流阻尼具有无接触、无工作流体、启动灵敏、温度影响小等优点,有望改善阻尼墙的力学性能。齿轮齿条是一种常用的运动放大装置,性价比高,可有效提升电涡流阻尼的耗能效率。本文将电涡流阻尼和齿轮齿条应用于阻尼墙,提出了一种新型耗能减震装置——齿轮齿条式电涡流阻尼墙,对其力学性能进行了理论分析、试验及电磁有限元数值模拟,并研究了齿轮齿条式电涡流阻尼墙在结构中的减震性能。本文的主要内容与成果如下:(1)提出了一种齿轮齿条式电涡流阻尼墙新型减震装置,并在湖南大学大型阻尼器与磁阻尼特性实验平台完成了齿轮齿条式电涡流阻尼放大效应的力学性能测试,进而对比验证了电磁有限元数值模拟结果。结果表明:实测结果与电磁有限元模拟结果吻合良好,齿轮齿条式电涡流阻尼墙表现出优良的耗能能力。(2)运用电磁有限元软件COMSOL Multiphysics研究了齿轮齿条式电涡流阻尼墙的力学性能,并进行了系统的参数影响研究。结果表明:减小气隙、加装导体板背铁及增加永磁体数量可以显著提高齿轮齿条式电涡流阻尼墙的耗能效率;导体板的材料及厚度则对峰值阻尼力与临界速度均有重要影响。(3)编制了齿轮齿条式电涡流阻尼墙结构的地震响应时程计算程序,以单自由度系统为例,对比研究了齿轮齿条式电涡流阻尼墙与黏滞阻尼器的减震性能。结果表明:齿轮齿条式电涡流阻尼墙可达到与黏滞阻尼器相同的结构减震效果,可作为替代黏滞阻尼器且力学性能更优良的新型减震装置。(4)基于结构地震控制的第二阶段Benchmark问题,研究了齿轮齿条式电涡流阻尼墙在20层钢框架结构中的减震性能,研究了地震烈度对减震性能的影响,优化了齿轮齿条式电涡流阻尼墙的结构布置。结果表明:齿轮齿条式电涡流阻尼墙能大幅减小结构地震响应,表现出良好的耗能与过载自保护能力;电涡流阻尼墙的布置位置对减震性能有显著影响,对于20层钢框架结构,宜连续均匀布置在中上部楼层;结构减震性能随地震烈度的提高而降低,且随阻尼墙布置数量增多先提高后降低,阻尼墙数量的合理设置可有效提升结构减震性能。
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