工程力学 ›› 2017, Vol. 34 ›› Issue (3): 76-83.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0686

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钢管铅阻尼器构造优化及模拟分析

卢德辉, 周云, 邓雪松, 张超   

  1. 广州大学土木工程学院, 广州 510006
  • 收稿日期:2015-08-20 修回日期:2016-03-28 出版日期:2017-03-25 发布日期:2017-03-25
  • 通讯作者: 周云(1965-),男,云南泸西人,教授,博士,博导,主要从事结构抗震与减震控制研究(E-mail:zhydxs@163.com). E-mail:zhydxs@163.com
  • 作者简介:卢德辉(1987-),男,福建三明人,博士生,主要从事结构抗震与建筑控制研究(E-mail:ludehui87@163.com);邓雪松(1967-),女,黑龙江阿城人,教授,硕士,硕导,主要从事高层结构抗震研究(E-mail:deng2593@163.com);张超(1984-),男,江西上饶人,讲师,博士,主要从事结构抗震加固与减震控制研究(E-mail:superzh2013@163.com).
  • 基金资助:
    长江学者和创新团队发展计划资助项目(IRT13057);广东自然科学基金研究团队项目(8351009101000001);广州市高校“羊城学者”
    首席科学家项目(10A026S)

OPTIMIZATION OF CONFIGURATION AND FINITE ELEMENT MODELING FOR LEAD-FILLED STEEL TUBE DAMPERS

LU De-hui, ZHOU Yun, DENG Xue-song, ZHANG Chao   

  1. School of Civil Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China
  • Received:2015-08-20 Revised:2016-03-28 Online:2017-03-25 Published:2017-03-25

摘要: 钢管铅阻尼器端部构造形式直接影响其破坏形式及力学性能。该文首先对钢管铅阻尼器钢管过渡段构造形式进行改进,提出一种新的构造形式;其次,建立钢管铅阻尼器的有限元模型,提出适合钢管铅阻尼器的金属材料随动强化混合模型参数的计算公式,开发了便于准确、快速建立钢管铅阻尼器有限元模型的参数化建模平台;再次,对比有限元分析与钢管铅阻尼器试验的结果,验证有限元模型的可靠性;最后,采用该有限元模型对改进的构造形式进行分析。研究结果表明:1)钢管铅阻尼器外钢管过渡段采用新的构造形式,能够增加过渡段强度,有效控制阻尼器塑性分布,使得阻尼器的变形和耗能集中在中部,防止阻尼器由于端部连接破坏而使阻尼器过早退出工作;2)采用该文提出的金属材料随动强化混合模型参数计算公式所建立的钢管铅阻尼器有限元模型,计算结果与试验结果吻合良好;3)钢管铅阻尼器参数化建模平台可以准确、快速建立不同构造参数的钢管铅阻尼器有限元模型,为大批量参数分析提供高效、可靠的工具。

关键词: 钢管铅阻尼器, 阻尼器, 消能减震, 有限元, ABAQUS, 二次开发

Abstract: A new method for configuring the transitional part of outer steel tubes for lead-filled steel tube dampers (LFSTDs) was proposed in this study. A finite element model of the LFSTD was developed. Parametric formulas of nonlinear isotropic/kinematic hardening model were suggested for the LFSTD finite element modeling. Subsequently, a parametric modeling platform was developed for developing the finite element model for LFSTDs based on the parametric formulas. The calculation results were compared against testing results to validate the finite element model. Finally, the modified configuration of the transitional part was analyzed by using the finite element model. Results show that the new configuration of the transitional part for outer steel tubes for LFSTDs enhances the strength of the steel tube end; efficiently controls the distribution of plastic deformation; ensures deformation and yielding energy dissipation in the middle of LFSTDs, and prevents failure untimely from connection damage in the steel tube end. The calculating results, using the parametric formulas proposed in this study, were in good agreement with testing results. The parametric modeling platform builds finite element models for LFSTDs accurately and efficiently under different configurational parameters, and provides a reliable tool for LFSTD modeling with a large number of parameters.

Key words: lead-filled steel tube damper, LFSTD, energy dissipation, finite element, ABQUS, secondary development

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2018年11月15日