粘弹性装配式减震器与节点的理论及试验研究

The project, which is aimed at the insufficient seismic performance of precast concrete frame structures and the low-production-efficiency and high-cost of viscoelastic dampers (VED), tries to develop a precast VED (PVED) which is applicable for mounting on the precast concrete frame structures. The manufacture of PVED will not need overall vulcanization under high temperature and pressure, while adopting an assembly connection method through combination of adhesive and bolt anchoring, which is conducive to industrial production. Through the research on performance tests and mechanics model of PVED, the degradation and deterioration of the assembly connection interface will be determined. The influence of frequency, amplitude and temperature on the performance parameters of PVED will also be studied. Performance tests will be conducted on precast concrete frame joints with PVED and a refinement numerical model will be developed. A collaborative interface technology will be adopted to consider the following effect: nonlinear damping forces of PVED, interaction between old and new concrete joints, and the slippage of steel bars in concrete. Accordingly, the influences of PVED of stress state, crack developing, stiffness degradation and damage failure on frame joints will be obtained. Through the dynamic and energy transaction analysis, the seismic effect of precast concrete frame structure with PVED will be evaluated. This project has great significance for the promotion of precast structures in China where earthquakes frequently occur.

本项目针对装配式框架结构抗震性能不足，以及目前粘弹性减震器生产效率偏低、成本偏高等问题研发一种适用于装配式框架结构的粘弹性装配式减震器。该减震器无需高温高压整体硫化，而采用胶粘和螺栓锚固相结合的装配式连接方法，利于工业化生产。首先进行该减震器的性能试验研究和力学模型研究，确定减震器内部装配式连接界面的损伤劣化机制，以及减震器性能参数随频率、幅值和温度的变化规律。其次进行粘弹性装配式减震节点的性能试验研究，并建立节点区精细化数值模型，采用单元间协同工作界面技术考虑粘弹性减震器的非线性阻尼、新旧混凝土接合面相互作用、钢筋滑移等因素的综合影响，据此得到节点的应力状态、裂缝开展、刚度退化、损伤失效等力学性能。最后通过对粘弹减震结构进行动力响应和能量传递分析，评估粘弹性减震器对装配式框架结构的减震效果和抗震性能提升。该项研究对位于地震多发区的我国大力推广装配式结构无疑具有重要的意义。

为了提升装配式框架结构抗震性能不足，以及目前粘弹性减震器生产效率偏低、成本偏高等问题，研发出一种适用于装配式框架结构的粘弹性装配式减震器，并提出粘弹性装配式RC框架节点的装配方式。. 主要研究内容包括：（1）研制了一种适用于装配式框架结构的粘弹性装配式减震器，对该粘弹性装配式减震器进行抗震性能试验；研究频率和幅值对粘弹性减震器耗能性能的影响。（2）基于粘弹性装配式减震器的性能试验结果，研究了储能模量、损耗因子等力学性能指标与频率、幅值之间的关系。在各应变幅值下，建立粘弹性减震器等效刚度、等效阻尼的力学模型，该模型能够反映新型装配式连接在随机激励对粘弹性减震器力学性能的影响。（3）对加入粘弹性减震器的装配式框架节点在不同频率、幅值影响条件下进行了性能试验，通过对比普通节点、加入减震器的装配式节点的试验结果，验证减震器对节点区力学性能的影响。（4）建立了加入粘弹性装配式减震器的节点精细化数值模型，该模型能够对比在不同荷载工况（不同频率、幅值）下加设与未加设减震器的装配式节点的力学性能和耗能机制。. 主要结论和科学意义包括：（1）提出的粘弹性装配式减震器阻尼耗能能力强，且由于粘弹性材料充满外钢筒腔体，筒内壁阻止粘弹性材料继续变形，导致阻尼力增大，尤其是高频力作用下，阻尼力随位移幅值的微量增加而成倍的增大，呈现出比较明显的非线性，这一特性可以加以利用于建筑结构抗震中；（2）提出的粘弹性装配式减震器的力学模型能够在时域范围内精确求解等效标准固体模型，误差较小，储能模量G1的最大误差为0.0054%, 损耗因子η的最大误差为0.2797%，避免了传统的等效线性化方法计算时会带来较大的误差，在工程技术领域有较高的应用价值；（3）通过数值分析表明，粘弹性装配式减震节点耗能能力较强，施工方便，拆卸简单，具有较高的应用潜力。