自供能磁流变惯质阻尼器及其对基础隔震结构的性能提升

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基础隔震技术作为已广泛应用的隔震技术,具有抗震效果好,造价低的优点,但在强震下隔震层产生的过大位移可导致隔震支座破坏甚至上部结构倾覆的风险也不容忽视。针对该局限性,本文提出并设计一种新型阻尼器“自供能磁流变惯质阻尼器”与基础隔震支座组成新型组合隔震体系,通过实验分析和数值模拟,系统研究自供能磁流变惯质阻尼器对基础隔震结构的性能提升。本文的主要研究工作和创新成果如下:(1)使用磁流变阻尼器和电磁惯质阻尼器并联,设计了自供能磁流变惯质阻尼器的原型机并提出了其非线性力学模型,通过动力加载实验测定了原型机的具体参数,给出了整流电路的磁化电流折减系数,以及交流电路和整流电路情况下阻尼力的折减系数,实验结果与模型预测结果对比吻合良好。(2)针对自供能磁流变惯质阻尼器的供能问题,提出采用电磁惯质阻尼器作为供能单元,通过振动台实验和数值模拟,分析了地震波、惯质系数值、负载电阻值对电磁惯质阻尼器在基础隔震结构中的能量收集性能的影响,结合实验数据,验证了供能单元在地震作用下具备足够的供能能力。(3)采用某七层基础隔震结构为研究对象,分别以最小化上部结构绝对加速度峰值和层间位移峰值为优化目标,给出了自供能磁流变惯质阻尼器、电磁惯质阻尼器和粘滞阻尼器在不同地震波下的最优参数。通过数值模拟,其结果表明在以最小化上部结构绝对加速度峰值为优化目标时,自供能磁流变惯质阻尼器对隔震结构的减震性能略好于电磁惯质阻尼器和粘滞阻尼器,各项指标的减震率最高可提升7.56%。在以最小化上部结构绝对加速度峰值为优化目标时,自供能磁流变惯质阻尼器对隔震结构的减震性能与粘滞阻尼器相当,且略好于电磁惯质阻尼器,与电磁惯质阻尼器比较,其各项指标的减震率最高提升6.92%。
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