土木工程專業(yè)工民建方向畢業(yè)設(shè)計

1、具有高剛度的提高流體阻尼器配置的開發(fā)與測試結(jié)構(gòu) 道格拉斯體育泰勒總統(tǒng)泰勒設(shè)備公司90泰勒驅(qū)動器。北托納旺達，紐約14120-0748716-694-0800邁克爾·康斯坦丁努，博士，教授，紐約州立大學(xué)布法羅分校土木工程系132 Ketter廳布法羅，紐約州14260人們普遍公認的，具有高剛性的結(jié)構(gòu)特點可以作為具有相對較小的位移發(fā)生時的震動輸入。這些小撓度執(zhí)行附加阻尼元件等已被證明是非常困難的。結(jié)合流體阻尼器，一個簡單的機械切換支撐組裝放大結(jié)構(gòu)的小排量的同時，生產(chǎn)所需的阻尼力進行了研究。切換括號和流體阻尼器安裝32000磅結(jié)構(gòu)遭受地震地面上的大地震搖表的議案瞬變，提供測試結(jié)果

2、。引言增加減震裝置結(jié)構(gòu)，以提高沖擊和震動輸入下的性能的概念已被徹底證明了廣泛的應(yīng)用，在過去一個世紀(jì)。這些應(yīng)用范圍從汽車懸架，建筑和橋梁，受到武器的軍事結(jié)構(gòu)的影響。 根據(jù)不同的應(yīng)用，最優(yōu)的阻尼水平千差萬別。例如，汽車懸架通常在20-30的臨界范圍阻尼，利用所謂的液壓減震器，提供所需的阻尼水平。受到風(fēng)輸入的高樓大廈往往配備各類減震器提供5-10的總阻尼，其中包括從結(jié)構(gòu)本身只有1-3。軍事系統(tǒng)固有的堅固耐用，但往往是根據(jù)武器優(yōu)化？通過增加阻尼非常大的金額，往往相當(dāng)于100-2000的臨界品位休克。泰勒和康斯坦丁努（1994）8和泰勒和李（1987）9提供額外的背景和歷史數(shù)據(jù)的使用上，增加了結(jié)構(gòu)的阻尼

3、?？邓固苟∨?，等。 （1996）1宋和Dargush（1996）6上使用的阻尼器在建筑和橋梁結(jié)構(gòu)的報告。 實施內(nèi)相對僵硬的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)阻尼裝置已被證明是非常困難的。這是由于小的位移，發(fā)生這種類型的結(jié)構(gòu)時受到震驚和/或震動輸入。阻尼元素，如果需要跨越建設(shè)海灣，附件和支撐要素固有的靈活性，成為一個重大問題，這個問題變得更加困難。為了消除過多的支撐和附件撓度，這些元素必須作出大規(guī)模的截面積和慣性彎矩。然而，甚至當(dāng)一個設(shè)計可容納重，超大的成員結(jié)構(gòu)，減震裝置本身固有的靈活性成為一個設(shè)計問題。例如，考慮圖簡單的長方形建筑灣。 1，其中包括一個完整的流體阻尼器簡單的斜撐。這個海灣是高10英尺，30英尺寬。假設(shè)建

4、設(shè)是相對剛性，結(jié)構(gòu)工程師預(yù)計約0.5橫向漂移（作為層高百分比表示）產(chǎn)生之前，會發(fā)生夸張的形式在圖描述了這種橫向漂移。 圖1建設(shè)海灣與阻尼使用簡單的幾何和解決斜撐長度下都顯示位置，顯示一共只有0.56英寸對角線縮短下定義的輸入。這種類型的流體阻尼器的一個典型的設(shè)計規(guī)范要求總撓度基于以下總結(jié)：0.5的故事漂移下的動態(tài)運動56英寸抗震設(shè)計規(guī)范的安全系數(shù)（100）=.56英寸提供的熱膨脹/收縮= .13英寸，共有所需的偏轉(zhuǎn)能力= 1.25英寸。一個簡單的流體阻尼塊布局如圖2，流體通過一個活塞頭配置orificing產(chǎn)生的阻尼力。托架（基于圖1的尺寸）對于一個典型的建筑，阻尼器會在50,000-100,

5、000磅的泰勒和康斯坦丁努（1994年）的范圍內(nèi)，輸出力8報道？現(xiàn)實世界的工作壓力？建設(shè)阻尼器不同從2,000-10,000 PSI。阻尼壓力低于2000磅過大的設(shè)備的價值結(jié)果。 10,000磅以上的壓力，需要特殊和昂貴的設(shè)計考慮。當(dāng)一個設(shè)計了阻尼器適用于小撓度，經(jīng)營2,000-10,000磅，可壓縮性工作流體和壓力阻尼器的clinder壁擴張的壓力不容忽視。這些影響都共同采取行動，這樣的阻尼器，將需要提升業(yè)務(wù)水平的流體壓力的有限位移量。這種效應(yīng)被稱為：上升偏轉(zhuǎn)或鼻子的角度阻尼力 - 撓度曲線，并通過測試阻尼器的一個階梯函數(shù)的速度輸入驗證。一個合理的近似這種效果通?？梢杂梢褐黧w的壓縮比例的總

6、長度乘最大的阻尼壓力倍減振器的活塞ully在一個方向偏移。泰勒（1971）7，硅膠減震液的各種制造商已經(jīng)發(fā)表在8000 psi的5的體積壓縮的壓縮值的報告。加或減1.25英寸的位移，在我們的例子中，將出現(xiàn)上升的最大撓度當(dāng)活塞完全抵消在一個方向，然后向相反的方向流離失所。如果我們假設(shè)8000 psi的工作壓力，使用硅為5的壓縮值，阻尼器將有一個上升的偏轉(zhuǎn)： 0.5×（2×1.25）=.125英寸因此，要達到充分的阻尼力阻尼器位移的要求.125英寸。實際產(chǎn)生的動態(tài)位移是0.56英寸的僵硬結(jié)構(gòu)定義。因此，阻尼器基本上浪費了結(jié)構(gòu)的位移只是建立以充分發(fā)揮其阻尼力值的近四分之一。第二個

7、問題是阻尼響應(yīng)時，阻尼器在其上升偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)范圍經(jīng)營，提供了非常少的能量消耗。這是由于相對較低的力量提供的，而事實上，流體的初步反應(yīng)是有點彈性性質(zhì)，甚至提供電阻流程的阻尼孔，。如果設(shè)計師希望保持風(fēng)或重復(fù)地震輸入下的彈性結(jié)構(gòu)，偏轉(zhuǎn)將被限制在較小的值比.56英寸產(chǎn)生。這將進一步降低阻尼器的成效。 圖2 流體阻尼器改進的阻尼配置的發(fā)展在剛性結(jié)構(gòu)提供足夠的阻尼性能的最直接的解決方案是簡單地使用大口徑阻尼器在非常低的壓力下采取行動，以盡量減少上升時間的影響。該解決方案是不切實際的，在阻尼器，打包由于其大信封，再加上一個同樣高的成本變得困難。第二個直接的解決方案是找到一個可壓縮流體。這個解決方案也已證明是不切

8、實際的，因為目前所有可用的產(chǎn)品與較低的壓縮或者有毒，易燃，或溫度敏感。一個更有效的解決方案涉及利用杠桿式的機制，在阻尼器安裝點，同時減少所需金額的作用力乘以建筑物的偏轉(zhuǎn)。這種方法研究了先前各研究人員。圖3描述了一個典型的解決方案，在這種情況下，大成公司的夢幻？系統(tǒng)，日比野，等報告。 （1989）3。圖3結(jié)合了駕駛臂鉸鏈銷連接列和上層的大幅支撐柱。最終的結(jié)果是，使用一個簡單的機械杠桿，以增加有效阻尼中風(fēng)。不幸的是有實際使用，如在建筑物或橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要障礙。首要關(guān)注的是，整個機制的設(shè)計必須有非常小的彎曲或在其元素的應(yīng)變。否則，彎曲的機制本身是同一水平的上升直接作用減振器偏轉(zhuǎn)，從而獲得無設(shè)計改進

9、。僵化機制的要求，必須使用極為密切的配合，最好用圓錐滾子軸承或類似的緊密間隙軸承，鉸鏈點。此外，所有的機械該機制的鏈接必須是相對大而重，以防止彎曲載荷下。一個夢幻般的系統(tǒng)的第二個問題，涉及面議案。由于地震和風(fēng)力的運動很少將被應(yīng)用于一個單一的建設(shè)軸沿，支撐系統(tǒng)必須接受，沒有屈曲或結(jié)合大量平面的議案。從圖中可以觀察到。 3，相同的鉸鏈點必須緊密配合，讓平面反應(yīng)不能綁定在平面方向，這是非常困難的事沒有過多的費用。圖3插圖夢幻般的系統(tǒng)切換的支撐機制這一研究項目涉及改進機制的發(fā)展，消除與傳統(tǒng)的設(shè)計方法，以減振器安裝在一個相對僵硬的結(jié)構(gòu)問題。早在設(shè)計過程中，人們認識到存在類似的問題在行動（運行機制）小型武

10、器的設(shè)計，特別是那些無所不包的半自動或全自動射擊模式與機制。在這種武器的類型，作用機制必須是輕量級出來的必要性，但足夠的剛性，堅決查封的武器武器發(fā)射時膛。此外，行動必須是能夠關(guān)閉和解鎖的臀位允許允許提取和燃煤墨盒的彈射發(fā)射，周期，加上飼料和室另一輪。所有這些功能都必須獲得一個低的作用力。小武器設(shè)計的審查顯示切換機制的成功應(yīng)用，以完成上述任務(wù)。其中之一是所謂的杠桿作用，在火山，亨利和溫徹斯特重復(fù)步槍，大約1845 - 至今。二是，首先由瑞士軍隊改編在1900年，德國軍隊在第一次世界大戰(zhàn)和第二次世界大戰(zhàn)中使用的魯格手槍（魯格）。這兩個武器之間存在某些相似之處，由于購買手槍的行動的基本設(shè)計，原先從雨

11、果·博查特，曾在1890年被聘為工程師溫徹斯特武器的事實。圖4是所謂的原理？切換臀位，由喬治·魯格的專利1900，描繪完整的后坐力的位置。當(dāng)臀位幻燈片返回到電池（前鋒），切換幾乎完全伸展，作為一個慣性臀位鎖。 圖4 切換臀位機制的模型po8魯格手槍 圖 5 切換括號阻尼系統(tǒng)檢測過架這一機制，以適應(yīng)建筑框架，涉及使用切換為斜撐，安裝阻尼器的一端與近似切換支點，另一端連接到建筑框架。基本設(shè)計圖描繪。 5，這也是本報告實際幀測試。在此配置中，在一個相對較小的建設(shè)框架的橫向偏轉(zhuǎn)會導(dǎo)致在阻尼器的更大的偏轉(zhuǎn)，由于切換機制，在阻尼器安裝點乘以變形。各種剛體幾何研究的進行，這表明在3和4之

12、間，全尺寸的框架可用偏轉(zhuǎn)放大倍率。由于所需的阻尼耗能是一個特定的值，使用切換括號乘以撓度減少從阻尼器本身所需要的力量，因為每個周期吸收的能量是不可分割的阻尼力與尊重流離失所。請注意，在圖測試配置。 5因使用現(xiàn)成的施工材料和部件。在一個實際的結(jié)構(gòu)，連接細節(jié)將固定在每個括號連接梁列交界處，以盡量減少彎曲應(yīng)力。圖5還解決了平面外屈曲的條件，因為切換的低角度偏轉(zhuǎn)允許使用簡單的彎曲連接。在這種情況下，所需的曲被確定為第一個四分之一英寸厚的鋼板，彌補切換兩種結(jié)構(gòu)管件之間的焊接到位。類似的板彎曲用來連接切換機制的建設(shè)框架。彎曲的允許使用低力添磚加瓦的阻尼運動的飛機，同時提供大量的頑強抵抗的平面議案。事實上，

13、如果彎曲不夠深，其平面慣性彎矩可以是任何價值，甚至給點鉸鏈更耐比結(jié)構(gòu)管，形成了平面運動平衡肘支撐。肘撐阻尼系統(tǒng)圖。五是明顯比圖夢幻般的系統(tǒng)建設(shè)成本更低。 3，要求只有幾個簡單的結(jié)構(gòu)形狀和建設(shè)平原焊縫。圖5是明顯比圖夢幻般的系統(tǒng)建設(shè)成本更低。 3，要求只有幾個簡單的結(jié)構(gòu)形狀和建設(shè)平原焊縫。測試結(jié)構(gòu)測試結(jié)構(gòu)由兩個相同的框架圖的配置。32000磅。頂部連接的混凝土塊體?；旧鲜且粋€半幀長度與廣大柱連接在水平方向上提供一個3.2赫茲的基本頻率與梁進行測試，測試結(jié)構(gòu)設(shè)計。這個基本的頻率是相對僵硬的結(jié)構(gòu)代表。一個單一的阻尼器被安裝在每一個測試幀，從而提供了一個共2阻尼器在結(jié)構(gòu)。組件級測試每個阻尼器顯示基本

14、上是線性阻尼，與90 lb-sec/in不斷。 0-20/秒以上的速度范圍。每個阻尼器測量1.75英寸直徑18英寸加長，加上或減去2英寸的可偏轉(zhuǎn)豎立在位于紐約州立大學(xué)布法羅分校的表大地震震動整個結(jié)構(gòu)。共有31傳感器安裝在結(jié)構(gòu)上，包括18個加速度計，11位移傳感器，稱重傳感器。搖表在0-50 Hz范圍內(nèi)的帶狀白噪聲激勵輸入結(jié)構(gòu)，以獲得與幀相關(guān)的傳遞函數(shù)，無阻尼。傳遞函數(shù)分析表明，測試結(jié)構(gòu)基本上表現(xiàn)為一個單自由度體系，基本頻率的3.0和3.2之間的所有測試赫茲。基本頻率的變化，似乎是由于在測試過程中的一系列連接剛度，這反過來又依賴于在各幀從測試測試連接螺栓緊張。阻尼比，得到的傳遞函數(shù)，被認為是4.

15、5，裸結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，和21.5，與安裝阻尼器的結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。使用不同強度的11個不同的地震記錄，共執(zhí)行80個獨立的測試，結(jié)構(gòu)性能進行了評價。所有測試均順利完成，無異常。無損壞或永久變形，指出在測試過程中幀，括號，或阻尼器。表I列出了選定的震動，從測試矩陣。所有測試在原型的規(guī)模，這涉及到壓縮時間的議案2的平方根的一個因素，從而滿足一半的長度縮尺模型的相似要求表一、地震搖表測試中使用的原型規(guī)模和特點的議案（所有的組件是水平）地震記錄地震加速度地震周期地震強度厄爾，先濤數(shù)碼科技公司S00E帝王谷CA1940年5月18日S00E組件0.3413.164.27塔夫特N21E柯恩計數(shù)，CA1952年7月21日

16、N21E組件0.166.192.64八戶市NS日本東京地震168年5月16日NS組件0.2314.064.68墨西哥N90W墨西哥城1985年9月19日STC建筑N90W組件0.1723.818.34地震測試結(jié)果表二與表一所列的地震輸入結(jié)構(gòu)的測試結(jié)果，在表二中列出的數(shù)據(jù)，包括以下信息：1. 激發(fā)這包括具體的地震瞬時強度因子。例如，50的強度因子表示記錄的加速度是0.5倍乘以所列出的測試。2. 記錄的峰值搖表加速度，速度和位移加速度和位移，直接記錄。速度，得到了位移記錄的數(shù)值微分時間。3. 框架提案報告漂移測量位移的上梁，柱基與柱連接。聯(lián)合加速度測量柱連接在上梁的橫向加速。列出的值是兩幀的離散運

17、動的平均水平。結(jié)構(gòu)對稱性是這種具有高剛度的大小結(jié)構(gòu)非常好。從一邊到另一邊的漂移值與阻尼器的所有情況下，對方在10內(nèi)為無阻尼情況下的15。同樣，在對方的15，從一側(cè)到另一側(cè)的關(guān)節(jié)加速度與阻尼器的情況下，內(nèi)為無阻尼情況下的20。4. 阻尼器響應(yīng)阻尼力和位移端到端報道，沿減振器中心線測量。值是兩個阻尼器，安裝每幀的平均水平。對方的13，在所有測量的邊側(cè)阻尼器位移測量誤差在15以內(nèi)。表二、地震測試激發(fā)峰表運動幀運動阻尼器運動加速度速度displ漂移速度加速度displ力厄爾，先濤數(shù)碼科技公司,25%0.0842.270.400.23 0.222無阻尼厄爾，先濤數(shù)碼科技公司,50%0.1504.340.

18、810.160.1870.39768厄爾，先濤數(shù)碼科技公司,100%0.3208.741.630.400.3770.931641塔夫特100%0.1654.420.860.350.309無阻尼塔夫特100%0.1554.031.720.170.1910.39680塔夫特200%0.3097.840.480.350.3510.821351八戶市25%0.0592.100.480.100.110無阻尼八戶市50%0.1074.100.970.220.225無阻尼八戶市50%0.1184.030.970.130.1470.30557八戶市100%0.2348.141.940.250.2840.581

19、060墨西哥100%0.18816.343.940.180.1990.48427結(jié)果包括無結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)激發(fā)每個阻尼器瞬態(tài)墨西哥城除外。墨西哥城地震往往猛烈的共鳴輕度阻尼結(jié)構(gòu)，并決定不把風(fēng)險測試無阻尼器的結(jié)構(gòu)（測試實驗室）測試人員。先前的研究人員報告說，除了遭受地震結(jié)構(gòu)非線性流體阻尼器提供了一個應(yīng)力和撓度減少。因此，允許地震輸入，可大大提高流體阻尼器時，提供總阻尼比在20-30的臨界范圍得到。從表二的結(jié)果清楚地表明了這一級別的流體阻尼結(jié)構(gòu)的預(yù)期的改善。相比其他阻尼器裝置，結(jié)果清楚地表明肘支撐的能力，能夠非常有效地乘以結(jié)構(gòu)的漂移。表二的所有測試的平均值表明，阻尼器位移測量漂移的2.372倍。通過對比

20、其他測試阻尼器的配置，如康斯坦丁努和Symans（1992）2，Reinhorn，等。 （1995）4，Seleemah康斯坦丁努（1997）5，切換支撐所需的阻尼力是大大縮小了。這是由于切換括號的能力乘以阻尼器結(jié)構(gòu)的漂移。整個測試中使用的彎曲連接證明既高效又可靠。試驗后檢查發(fā)現(xiàn)，在任何彎曲不開裂，即使只是屈焊接到位，再受到一共有80個人的地震輸入。結(jié) 論結(jié)構(gòu)高剛性經(jīng)驗相對小的變形和地震或類似類型的瞬態(tài)沖擊的條件下interstructural速度。正因為如此，耗能設(shè)備的常規(guī)應(yīng)用程序未必可行或成本效益。一種改進的阻尼配置已展開調(diào)查，利用放大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形的切換機制，允許添加的減震裝置更有效地實

21、施。實驗結(jié)果獲得了32000磅試驗利用兩種流體阻尼器和兩個撥動支撐元素的結(jié)構(gòu)。幀是相對剛性的，在水平方向上采用了一塊3.2赫茲的基本頻率。在所有測試中，結(jié)構(gòu)的橫向漂移小于0.5英寸簡單的焊接彎曲連接，切換的鉸鏈和終端附件。因為切換的支撐機制，加上或減去2英寸可偏轉(zhuǎn)一個相對較小的1.75英寸直徑流體阻尼器被用于與預(yù)期預(yù)期的改善。一個大的地震振動臺試驗結(jié)構(gòu)受到瞬態(tài)激勵。測試輸入，包括一些80個人的地震瞬態(tài)，無論是在波的形式和強度的變化。結(jié)果表明切換機制的能力，放大位移顯著。這提供了極好的阻尼性能，最大測量水平偏轉(zhuǎn)，即使是只有0.5結(jié)構(gòu)的ertical高度。阻尼器安裝的傳統(tǒng)方法會不會有可能被測試結(jié)構(gòu)上，由于相對較小的變形。大括號和彎曲連接表現(xiàn)出足夠的平面剛度這樣，沒有出平面運動的觀察。雖然很簡單的彎曲設(shè)計，被證明是完全可靠的。阻尼器性能優(yōu)良，具有更靈活的結(jié)構(gòu)上的其他研究人員獲得這些比較的結(jié)果，直接作用在傳統(tǒng)的對角線或人字形支撐阻尼器的使用。切換括號'繁殖能力撓度允許利用直徑較小，更長行程的阻尼器。僵硬的結(jié)構(gòu)上，如在這里測試，成本高力，短行程的阻尼器與傳統(tǒng)的支撐將要高得多，可能成本高昂的設(shè)計方案。總之，肘撐阻尼系統(tǒng)似乎是一個極好的解