建筑隔震结构地震响应计算的层间剪力校准系数法

隔震结构由于其优越的抵御地震能力而在实际建筑工程中得到了广泛的应用。针对建筑隔震结构,我国GB 50011—2010 《建筑抗震设计规范》所推荐的水平向减震系数法,通过引入水平向减震系数修正未采取隔震措施结构的反应谱法结果,间接获得采取隔震措施后结构的地震响应。该法具有较强的操作性,但其合理性一直受到工程界的关注。针对隔震结构的局部非线性行为,建立隔震结构地震响应的时域显式表达式,利用其降维列式优势实现隔震装置局部非线性自由度的高效降维迭代计算。结合随机模拟方法,统计获得非线性隔震结构在地震作用下的层间剪力。在此基础上,针对等效线性隔震结构反应谱法得到的层间剪力进行校准,获得各楼层层间剪力校准系数,然后采用该系数调整反应谱法计算得到的等效线性隔震结构各楼层的构件内力。采用所提出的层间剪力校准系数法和规范推荐的水平向减震系数法,对两个基础隔震结构进行地震作用效应分析,结果表明所提出方法能有效提高隔震结构地震响应的计算精度。     

多遇地震作用下消能减震结构附加阻尼比计算方法

GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》规定,消能减震设计计算中,主体结构基本处于弹性工作阶段时可采用线性分析方法计算,按消能减震结构总阻尼比确定地震影响系数。其中,确定消能器的附加阻尼比是计算地震响应系数的关键。基于此,总结规范方法和减震系数法两种工程中用于消能减震结构附加阻尼比计算的方法,分析两种方法存在的计算困难。由此提出适宜于计算机编程计算的自由振动衰减法,并在2个实际工程中对比这3种方法计算附加阻尼比得到地震响应的准确性。结果表明,自由振动衰减法与规范方法附加阻尼比计算结果吻合,由该阻尼比按线性分析方法计算得到的地震响应与非线性时程分析计算结果误差不大,且计算方法简便,适于工程设计;而减震系数法计算结果偏于保守,将减震系数法用于消能减震结构的计算尚有待进一步研究。     

菏泽市牡丹人民医院门诊妇儿楼消能减震分析与设计

菏泽市牡丹人民医院门诊妇儿楼采用框架-剪力墙结构体系,按8度0.20g进行设计.为降低地震输入响应,减小结构最大层间位移角,提高其抗震性能并满足结构减震目标,采用消能减震技术——黏滞阻尼器(VFD).采用YJK软件进行振型分解反应谱计算,ETABS振型分解反应谱(补充复核)、弹性时程和弹塑性时程分析计算;并将减震及非减震结构的结果进行对比分析.结果 显示,采用该消能减震技术后,多遇地震作用下结构基底剪力和层间位移角的减震效果显著,满足结构既定附加等效阻尼比要求;时程法结构基底剪力减震率远高于反应谱法结构基底剪力减震率;罕遇地震作用下结构减震效果良好,弹塑性层间位移角满足规范及既定性能目标要求.     

SAUSAGE软件减震结构附加阻尼比的应用

《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定,消能减震设计计算中,主体结构基本处于弹性工作阶段时可采用线性分析方法计算,按消能减震结构总阻尼比确定地震影响系数。其中,确定消能器的附加阻尼比是计算地震响应系数的关键。考虑到消能器附加阻尼比规范算法各项参数选取的困难,SAUSAGE软件给出了基于非线性时程分析结果的附加阻尼比规范算法,同时,也给出了基于能量的附加阻尼比算法。从实际工程出发,对比了这两种附加阻尼比计算方法的计算结果,并分析了差异原因;同时对比了两种附加阻尼比等效线性分析与非线性分析层间剪力的误差,结果表明,基于能量算法得出的附加阻尼比更符合实际;最后,探讨了地震波选取及附加阻尼比计算时刻对计算结果的影响,给出了一些工程应用的建议。     

隔震结构振型分解反应谱计算方法研究

隔震结构采用分离式计算方法进行结构设计,由于使用统一的减震系数,部分楼层剪力调整偏大。采用振型分解反应谱法,将隔震层和上部结构作为整体结构进行分析可有效解决这一问题。然而隔震层的阻尼与上部结构显著不同,隔震结构是一个不同阻尼的组合体。采用振型分解反应谱法进行结构整体分析时,计算隔震结构的振型阻尼比,是计算地震作用的关键。采用能量法,推导出隔震结构振型阻尼比的计算公式,并对其进行简化。结合GB 50011-2010《建筑结构抗震规范》反应谱,给出了适用于隔震结构整体模型的振型分解反应谱地震作用计算方法。对一栋16层隔震框架结构地震作用分析表明,按振型分解反应谱法计算得到的结构基底剪力与时程分析的结果基本相符。     

粘滞阻尼结构小震附加阻尼比计算方法的对比分析

根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010,消能减震结构设计中,主体结构弹性工作时可采用等效线性分析方法来分析计算,其中,确定等效附加阻尼比是消能减震设计计算的关键。规范的方法实际使用起来比较困难,且对场地卓越周期与结构自振周期的比值比较敏感,特别是对长周期结构计算出的附加阻尼比偏大,低估了地震作用。减震系数法虽易于设计人员使用,却太过于保守,造成较大的经济浪费。因此,利用一自振周期明显高于场地卓越周期的框架结构,对比分析规范法、减震系数法、能量比法、响应衰减法,以及笔者提出的平均减震系数法。按等效线性分析方法所得结果与非线性时程分析结果比较,结果表明,规范法附加阻尼比偏大,偏不安全;减震系数法附加阻尼比过于偏小和保守;而能量比法、响应衰减法及平均减震系数法三者比较吻合,且三者计算误差均不大,其中,能量比法与平均减震系数法计算简便,便于实际工程应用。     

黏滞阻尼器结构等效阻尼比计算方法比较研究

讨论了几种计算附加非线性黏滞阻尼器结构的等效阻尼比实用估计方法,并根据减震结构与非减震结构动力响应提出动力响应减震系数法计算附加等效阻尼比,并以一个黏滞阻尼器框架抗震墙结构实际工程比较了四种附加等效阻尼比估计方法以及动力响应减震系数法得到地震响应的准确性。     

高地震烈度区设置连梁阻尼器消能减震结构设计与分析

结合某高地震烈度区实际工程,对设置连梁阻尼器的剪力墙结构进行消能减震计算分析。分析表明,消能减震结构比常规抗震结构在地震作用下的基底剪力减小了约16%～18%,倾覆力矩减小了约20%,最大层间位移角减小了约18%～24%;且设置连梁阻尼器后,连梁剪力得到合理控制,解决了小震作用下非减震结构大量连梁剪压比超限的问题,使连梁具有足够的承载力和延性。其次,采用动力时程反应分析对消能减震结构的附加阻尼比进行了计算分析并验证,证明消能减震结构的附加阻尼比取用3%比较合理且偏于安全。再次,对消能减震结构进行了大震弹塑性分析并考虑双向地震作用,通过滞回曲线看出连梁阻尼器在提供抗侧刚度的同时耗能明显,有效保护了主体结构构件的损伤,且大震弹塑性位移角满足规范相应要求。最后,对连梁阻尼器连接的设计提出了建议。     

粘滞流体阻尼器用于建筑结构的减震设计原理与方法

研究了粘滞流体阻尼器用于建筑结构消能减震设计的原理、分析方法。包括阻尼器的设置、消能支撑的型式、支撑钢杆的设计、抗震设防目标、消能减震建筑结构的特点。给出了消能减震结构的附加水平控制力、附加有效阻尼比、地震影响系数、阻尼矩阵的计算方法;介绍了振型分解反应谱法和直接动力时程分析法的设计计算要点。最后给出了采用粘滞流体阻尼器进行消能减震设计的实用设计步骤。     

用随机减量法计算消能减震结构附加阻尼比

在消能减震设计中,附加阻尼比直接影响到地震影响系数的大小,也是评价消能减震方案的重要宏观指标。针对现有的由结构响应计算附加阻尼比的方法存在计算繁琐且不够准确等不足,将随机减量法运用在消能结构阻尼比的计算中,即从结构的地震响应信号中提取自由振动衰减信号,从而很方便地利用对数衰减法确定消能结构的阻尼比。算例结果表明,该法可以近似地分析减震结构耗能随振动强度和时间的变化。最后采用工程实例介绍消能减震结构的分析以及阻尼比的计算方法,并通过其来评价两种消能方案,从而为消能减震结构设计提供参考。由随机减量法计算得到的阻尼比作为一个重要评价指标可以在今后的设计中应用。     

黏滞阻尼器有效刚度对结构的影响及其取值方法研究

目前,在进行消能减震结构分析时,通常忽略黏滞阻尼器的刚度,影响了结构受力与响应的准确性。为此,阐述黏滞阻尼器刚度特性及其对结构的影响,给出一种适用于时程分析的有效刚度迭代取值方法。对设置黏滞阻尼器消能减震模型、附加有效阻尼比等效模型和附加有效阻尼比与有效刚度等效模型的三组模型进行分析,研究黏滞阻尼器有效刚度对结构受力与响应的影响。结果表明:采用附加有效阻尼比与有效刚度等效模型分析得到的结构楼层剪力与层间位移角的变化趋势基本和采用消能减震模型分析的结果一致;采用附加有效阻尼比等效模型与采用消能减震模型分析的结果则相差较大;时程分析中采用提出的有效刚度迭代取值方法是可行的,建议黏滞阻尼器消能减震结构设计时考虑黏滞阻尼器有效刚度的影响。     

黏滞阻尼器消能减震结构在多遇地震下附加阻尼比计算方法对比研究

确定消能减震结构在多遇地震作用下阻尼器的等效附加阻尼比是消能减震结构设计的关键。较易于应用在工程实践的三种等效附加阻尼比计算方法分别为:规范反应谱法、规范时程法和时程能量比法。本文参考层模型概念给出了规范时程方法中阻尼器耗能和结构应变能的一种计算方法;讨论了能量等效的理论依据和基本假定;评述了三种方法的优缺点。为避免时程分析中地震动的离散性,本文时程分析采用了人工合成地震动。基于自主研发软件,使用上述三种方法计算了某实际消能减震结构的等效附加阻尼比,讨论了三种方法的差异。     

基于附加刚度屈曲约束支撑减震设计方法

本文主要对带耗能型屈曲约束支撑结构的设计方法进行研究分析,推导了带该种耗能器结构基于刚度需求的设计方法。该方法通过建立非减震结构及减震结构的单自由度体系,基于目标位移推导结构在目标变形下的附加弹性刚度需求,该方法须首先求得非减震结构在相应地震作用下的位移反应,计算结构各楼层的层间刚度,通过反应谱理论,推导相应刚度需求的计算式。     

基础隔震结构隔震层水平性能设计研究

对于基础隔震结构,隔震层的水平刚度和阻尼比是其减震效率的关键因素。以成都博物馆为工程实例,以试验得到橡胶隔震支座的力学性能参数为基础,建立隔震与非隔震结构有限元计算模型。在多遇地震作用工况下和罕遇地震作用工况下,隔震层水平刚度在0.25～2.0倍实际工程隔震层水平刚度范围内,阻尼比在5%～30%范围内,对比分析结构层加速度、总剪力及总倾覆力矩的减震效率变化趋势,以及减震效率与隔震层水平刚度和阻尼比之间的对应关系。基于对比分析结果,对采用叠层橡胶支座的基础隔震结构,提出了不同隔震目标下隔震层水平刚度和阻尼比的建议取值范围。     

对称双塔连体结构采用粘滞流体阻尼器的消能减震分析

根据双轴对称双塔连体结构在水平地震作用下的受力和变形特点,在连体位置设置斜向粘滞流体阻尼器对结构进行消能减震。分析了结构各种响应随阻尼系数的变化情况,结果表明存在一个最优的阻尼系数使得结构的响应取得最小值。在对阻尼系数进行优化的基础上,详细研究了结构在小震和大震下的减震效果,计算表明,在采用最优阻尼系数的条件下,结构的最大层间剪力、层间相对位移和楼层位移等各指标都有较好的减震效果。但在大震作用下,由于结构进入塑性后本身的阻尼比增加了,阻尼器的耗能比例相对降低,其减震效果没有小震时明显。     

昆明某高层建筑消能减震设计

昆明某高层建筑消能减震结构共布置84个黏滞阻尼器,阻尼器采用肘接布置形式。针对该消能减震结构的抗震性能,分别采用ETABS和Perform 3D软件对结构在小震和大震作用下的结构响应进行分析,采用两种方法对附加阻尼比进行计算。分析结果表明:消能减震结构的楼层剪力、楼层弯矩、楼层位移及层间位移角均减小20%以上,具有良好的减震效果。小震作用下,结构各响应均满足规范限值要求,附加阻尼比满足设计4%要求,能够达到"小震不坏"的设计目标。大震作用下,结构层间位移角满足规范限值要求,基底剪力和顶层位移变化稳定,屈服过程总体上符合连梁、框架梁、剪力墙和框架柱依次屈服的机制,能够达到"大震不倒"的设计目标。本工程主体结构抗震构造措施不应降低。肘接式支撑放大了阻尼器的变形,增加了阻尼器耗能效率,小震作用下阻尼器位移是层间位移的2.43倍,大震作用下阻尼器位移是层间位移的1.74倍。     

多道负刚度阻尼伸臂结构减震性能的随机响应分析

针对传统黏滞阻尼伸臂(conventional damped outrigger, CDO)结构中由于外柱刚度有限造成最大附加阻尼比受限的不足,引入负刚度机制,将负刚度装置与阻尼器并联,形成负刚度阻尼伸臂(negative stiffness damped outrigger, NSDO)结构,在降低阻尼需求、控制结构的风振及地震作用响应方面具有显著的优势。基于连续化的Timoshenko梁建立多道负刚度阻尼伸臂结构的简化分析模型,并通过虚拟小质量法建立核心筒-伸臂结构的状态空间方程,最终通过求解Lyapunov方程得到结构的随机地震响应。并以两道伸臂为例,对两道NSDO(简称“2NSDO”)结构、两种布置方案的混合伸臂结构进行了随机地震响应参数化分析。结果表明：与传统阻尼伸臂结构相比,合理设置的NSDO结构的减震效果明显提高,层间位移角与无控结构(仅核心筒)层间位移角之比(即层间位移角减震效果)从0.68降至0.25以下,有害层间位移角的减震效果从0.71降至0.4以下,加速度、基底剪力和倾覆弯矩的减震效果均从0.7左右降至0.5以下;对比不同的NSDO布置形式,对于有害层间位移角、...     

隔震层屈服系数对基础隔震结构性能的影响

为研究隔震层屈服系数对采用橡胶隔震支座的基础隔震多层结构水平向地震反应的影响,首先对单质点体系在不同屈服系数下的地震反应规律进行分析,包括按等效线性化反应谱法简化计算和按时程分析法计算。然后以一个多层隔震结构为例,研究多质点体系在不同屈服系数下的地震反应规律。同时,分析在不同支座压应力和地震输入强度下的相关性。分析结果表明：对应最小水平向减震系数,存在一个最优隔震层屈服系数区间,且隔震支座平均压应力越小,最优屈服系数越大;隔震层水平位移随隔震层屈服系数的增加而减小;隔震层和各楼层最小水平向减震系数对应的最优屈服系数不同;随着隔震层屈服系数的增加,上部各楼层的水平加速度也相应增加,表现为中间层增幅小、顶层和隔震层增幅大。水平地震输入峰值加速度越大,最小水平向减震系数对应的隔震层最优屈服系数越大,建议参考罕遇地震作用下的地震反应评估隔震装置的隔震效果。     

某框架结构消能减震分析与设计

采用黏滞阻尼器对层间位移角不满足规范要求的某框架结构进行消能减震设计,对比分析了多遇与罕遇地震下减震结构与非减震结构的地震响应,分析结果表明:1)多遇地震下,消能减震结构的层剪力较原结构减小40%以上;层间位移角远小于规范要求,具有良好的抗震性能及减震效果。等效附加阻尼比平均值为:X向13.82%和Y向20.63%,乘以安全系数0.7后分别为9.67%和14.44%,满足附加4%阻尼比的性能目标;2)罕遇地震作用下,结构层间位移角最大值仅为1/111,满足"大震不倒"的设计要求。大量框架梁先后进入屈服,竖向构件基本未进入屈服,实现了"强柱弱梁"的屈服机制;3)多遇地震、罕遇地震下,黏滞阻尼器滞回曲线饱满,耗散了大量地震输入结构的能量,有效提高了结构的抗震性能与安全储备。     

某医技楼减震弹性时程分析

为研究阻尼器在结构中的优化布置及其减震效果,以某5层医技楼为例,将46个消能支撑体系逐层渐变地安装在原结构上,采用弹性时程分析方法对建筑模型进行计算.通过对减震与非减震结构层间位移角、层间剪力及结构底部剪力的对比,对阻尼器典型滞回曲线的分析得出附加的粘滞阻尼器在地震下拥有饱满的滞回曲线,能够充分发挥减震耗能作用.工程主...