下部减震层间隔震结构振动台试验研究

层间隔震体系是基础隔震体系的发展与延伸,作为一种复杂结构体系,以往的研究仅限于探讨隔震层参数对地震响应及减震效果的影响,本文首次进行了下部结构附加黏滞阻尼器的层间隔震结构振动台试验研究。设计了1个四层的钢框架模型,首先进行了基础固接及1层顶隔震的振动台试验研究,其次,在1层顶隔震的基础上,在下部结构附加了黏滞阻尼器进行下部减震层间隔震结构的振动台试验研究,测定结构的加速度、层间位移及层剪力系数。试验结果表明,下部减震是在层间隔震基础上进一步提高隔震减震效果,降低结构地震响应行之有效的策略。本文还建立了层间隔震结构的有限元模型,将有限元分析结果与试验结果进行了对比。     

高位转换粘滞阻尼减震结构阻尼器合理阻尼系数研究

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》对高位转换结构体系的框支层的层间位移和结构等效侧向刚度的限制要求,采用等效侧向刚度计算方法,将高位耗能减震结构分解成框撑剪结构和纯剪力结构,结合振型分解反应谱理论和线性粘滞阻尼减震结构等效阻尼比计算方法,推导出了高位转换粘滞阻尼减震结构合理阻尼系数的计算公式。最后,通过算例分析得出,采用上述方法计算高位转换粘滞阻尼减震结构粘滞阻尼系数是可行的,该方法计算公式简单实用,可用于高位转换粘滞阻尼减震结构的初步设计。     

基于能量平衡的层间隔震结构地震响应预测

本文建立了层间隔震结构最大地震响应时刻的能量平衡方程,利用RSS法求得隔震层与下部子结构的最大变形比,并给出了层间隔震结构全体弹性振动能、隔震层阻尼器滞回耗能和下部子结构粘滞阻尼耗能的表达式。通过引入设计用能量谱的概念,推导出了基于能量平衡的层间隔震结构地震响应预测式。最后以隔震层设置位置变化的12层层间隔震结构为仿真对象,验证了响应预测式的精度。结果表明,对于不同的输入地震波,响应预测曲线包络了大多数时程分析的结果,吻合良好。     

高位转换防屈曲支撑减震结构支撑简化设计方法研究

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》对高位转换结构体系的框支层的层间位移和结构等效侧向刚度的限制要求,采用等效侧向刚度计算方法,将高位转换防屈曲支撑减震结构分解成框撑剪力墙结构和纯剪力墙结构,结合框支结构位移计算方法,推导出了高位转换防屈曲支撑减震结构支撑合理弹性刚度的计算公式及设计方法。通过算例分析得出,采用本文推导出的计算高位转换防屈曲支撑减震结构的支撑弹性刚度计算公式和设计方法是可行的,并且该计算公式简单实用,可用于高位转换防屈曲支撑减震结构中支撑的初步设计。     

黏滞阻尼器-基础隔震混合体系优化研究

针对隔震层设置黏滞阻尼器的基础隔震结构,提出了非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的黏滞阻尼器的参数多目标优化方法。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的力-变形行为,建立受控结构运动方程,并进行非线性时程分析,选用隔震层位移及上部结构顶部相对隔震层位移为优化目标,采用NSGA-Ⅱ遗传算法优化得Pareto最优前沿解集。以某六层基础隔震结构为例进行数值分析,通过分析隔震层振动响应的快速傅里叶变换(FFT)谱及反应谱,以及通过调整优化目标的约束条件及参数的优化范围,利用NSGA-Ⅱ算法获得了较为集中的阻尼器参数分布,然后通过其它地震波验证了黏滞阻尼器的减震效果。结果表明,优化所得阻尼器能有效减少了隔震层的位移;当优化所得阻尼器对上部结构地震响应不利时,可通过降低阻尼器的减震效果使上部结构地震响应控制在合理范围内;不同地震波作用下阻尼器减震效果存在差异,在第一周期范围内,当隔震层的激励频率趋向低频时,阻尼器对隔震层位移控制效果越好;阻尼器减震效果与隔震层的附加阻尼有关,提供过大的附加阻尼比对上部结构较高阶动力反应不利;设计者基于隔震层位移控制的阀值及缩小的阻尼器参数优化范围,可获得应用于实际工程的阻尼器参数。     

颗粒阻尼器布置方案对其减震效果影响研究

为明晰建筑结构用颗粒阻尼器布置方案对其减震控制效果的影响规律。以某1∶30比例缩尺钢筋混凝土框架结构为研究对象,设计制作了可用于缩尺模型的刚性连接颗粒阻尼器,结合建筑结构减震需求,对颗粒阻尼器的布置方案进行了设计,通过振动台试验研究了布置位置和阻尼器数量等参数对颗粒阻尼器减震控制效果的影响。结果表明:颗粒阻尼器布置位置处的结构均方根位移响应和峰值位移响应均有所降低,阻尼器减震控制效果良好;阻尼器布置位置对颗粒阻尼器减震控制效果影响显著,阻尼器宜布置于结构位移响应较大的位置,合理的阻尼器布置方案能够有效地控制结构的扭转响应;随附加颗粒阻尼器数量的增加,颗粒阻尼器对结构位移响应的减震控制效果提高,建筑结构可用附加质量比范围内,阻尼器布置数量越多,减震控制效果越好。     

不同土性地基上高层隔震结构振动台试验对比研究

通过土-结构动力相互作用（SSI）体系的模型振动台对比试验,研究不同土性地基上高层隔震结构的地震反应特性和隔震效果。采用叠层剪切型土箱以减小边界效应影响,模型地基分别为刚性地基、均匀软土层地基、分层可液化地基,采用高宽比为4的五层钢框架作为上部隔震结构模型。试验发现,考虑SSI的隔震结构体系频率均小于不考虑SSI的体系频率,均匀软土层地基上隔震结构体系的阻尼比刚性地基增加,而分层可液化地基上体系的阻尼则降低;软弱地基上隔震层位移可明显大于刚性地基上的情况,而当地基发生液化时隔震层的位移则明显减小。研究结果表明,建造于软弱地基、存在液化可能地基上的高层隔震结构仍然能够发挥隔震效果。     

不同肢厚比框支短肢剪力墙斜柱式转换层结构抗震试验研究

为了研究不同肢厚比对框支短肢剪力墙斜柱式转换层结构抗震性能的影响,对3榀框支短肢剪力墙斜柱式转换试件进行了竖向荷载和水平低周反复荷载共同作用下的拟静力试验,分析了试件的破坏过程及特征、承载力、滞回及耗能特征、刚度退化和位移延性。试验结果表明,斜柱式转换层结构的受力特点近似于一个简单的桁架,转换层上部短肢剪力墙肢厚比对转换梁的性能有重要影响,设计合理的框支短肢剪力墙斜柱式转换层结构具有较好的延性,可形成多道抗震防线,从而获得较好的抗震性能。     

位移相关摩擦阻尼器基础隔震结构地震响应分析

考虑了阻尼器中斜坡面反力对位移相关摩擦阻尼器输出力的贡献,从而完善了阻尼器的力学模型,并以一个典型的5层剪切型结构为例,评估了位移相关摩擦阻尼器对橡胶基础隔震结构抗震性能的影响。数值分析表明,位移相关摩擦阻尼器能减小常规地震作用下隔震层的位移响应,但是会增加隔震结构的底层剪力和顶层加速度;在近断层脉冲型地震波作用下,阻尼器能够显著降低隔震层位移,同时对上部结构的地震响应也有较好的抑制作用。此外,位移相关摩擦阻尼器的弹簧初始位移、弹簧刚度和楔块坡面角度这三个参数对隔震结构抗震性能的影响也进行了分析。     

一种聚合阻尼耗能结构理论模型与地震响应研究

针对高层框架核心筒剪力墙结构体系在地震作用下层间位移小,阻尼器难以发挥较好耗能作用的问题,基于内核心筒和外围框架结构的变形特点,在框架核心筒的聚合变形位置设置位移放大型高效阻尼器（SDA）,形成了聚合阻尼耗能结构体系（NSD）。分析了位移放大阻尼器的耗能力学性能,提出了普通型黏滞阻尼器（VD）和放大型黏滞阻尼器的阻尼力及耗能理论公式。设计制作了 3 倍位移放大型黏滞阻尼器和普通黏滞阻尼器的试验模型,进行正弦波往复加载试验,得到不同试验工况下黏滞阻尼器的滞回耗能曲线,并将理论曲线与试验曲线进行了对比,验证了力学模型的正确性;对比 SDA 与 VD 的耗能效果,得出在相同位移下,SDA 比 VD 滞回曲线更加饱满、耗能更为显著。进一步对一栋聚合阻尼耗能结构进行地震响应分析,结果表明与传统结构相比,聚合阻尼耗能结构具有良好的减震性能。     

免拆保温墙模带缝剪力墙体系的抗震动力分析

免拆保温墙模复合剪力墙的研发为保温节能住宅的发展开辟了新的道路。通过建立符合实际工作情况的三维空间有限元模型,利用有限元软件ANSYS对该结构体系试验楼进行结构抗震动力分析。结构抗震验算中,采用振型分解反应谱法进行地震作用下结构强度验算,采用时程分析法进行弹性变形计算,找到该结构的破坏模式,同时建立传统剪力墙模型与试验楼模型进行对比。分析结果表明保温墙模带缝剪力墙结构较普通剪力墙结构自重减轻、自振频率减小,因而减轻了结构的地震作用反应。在小震作用下,该结构体系弹性层间位移角很小,结构抗侧刚度大,抗震能力较强。该文研究结果可以为设计安全、经济、适用的结构提供理论依据。     

钢框架-钢板剪力墙结构弹塑性状态的层剪力分布研究

为研究钢框架-钢板剪力墙结构(SPSW)在弹塑性状态下层剪力的分布,该文设计了4个具有理想屈服模式的SPSW结构。考虑了结构层数、近场地震的速度脉冲效应及远场地震加速度累积循环效应的影响,采用弹塑性时程分析方法获得了SPSW结构在两类地震作用下层剪力分布的平均值,提出了SPSW结构弹塑性状态的层剪力分布模式,并同已有的层剪力分布模式进行了对比。分析表明:地震波的近场速度脉冲效应及远场加速度循环效应对SPSW结构的层剪力影响较大,层剪力分布模式应考虑其影响。该文建议的层剪力分布模式在精度上优于其他层剪力分布模式,基于能量的抗震设计方法可采用该文建议的层剪力分布计算结构楼层的耗能。     

四边简支新型类方形蜂窝夹层结构振动特性研究

新型类方形蜂窝是六边形蜂窝的一种过渡形式,对其等效弹性参数和振动特性的研究具有重要意义。采用改进的Gibson公式对比分析了双壁厚与等壁厚类方形蜂窝夹芯的面内等效弹性参数的差异,并应用经典层合板理论分析了不同等效弹性参数下2种壁厚类型的四边简支类方形蜂窝夹层结构的振动特性,基于有限元仿真技术分析了不同壁厚类方形蜂窝夹层结构的振动特性,并与理论分析结果进行对比。结果表明等效弹性参数的数值模拟结果与理论值基本吻合。在蜂窝基本结构参数相同的条件下,双壁厚类方形蜂窝夹芯的面内等效剪切模量、面外刚度和等效密度均比等壁厚类方形蜂窝夹芯大;在低阶振动模态下,双壁厚类方形蜂窝夹层结构的固有频率比等壁厚类方形蜂窝夹层结构的低,在高阶振动模态下,双壁厚类方形蜂窝夹层结构的固有频率比等壁厚类方形蜂窝夹层结构的高;影响夹层结构固有频率的3个主要因素所占权重由大到小依次为蜂窝夹芯yoz面等效剪切模量、蜂窝夹芯等效密度,蜂窝夹芯壁厚。研究结果表明采用经典层结构理论计算得到类方形蜂窝夹层结构的固有频率与数值仿真结果的一致性较好,这进一步证明了采用改进Gibson公式得到的类方形蜂窝夹芯等效弹性参数的正确性,同时证明了将该振动理论运用到一般蜂窝夹层结构研究的可行性,为扩展研究其他类型蜂窝夹层结构振动特性奠定了基础。     

考虑弹性支撑时蜂窝芯剪切屈曲强度的插值求解方法

结合最小余能原理和薄板剪切屈曲失稳理论,给出了蜂窝芯等效剪切屈曲强度的理论表达式。将胞壁等效为受弹性支撑的梁,通过对固支和简支条件下的屈曲强度进行插值求解实际胞壁间为弹性支撑时的剪切屈曲强度。然后,利用三点短梁弯曲试验测量常用Nomex蜂窝芯的剪切屈曲强度,并与弹性支撑下的理论解进行对比,试验结果与理论解吻合较好,验证了理论方法的有效性。最后,讨论了剪切屈曲强度的各向异性及蜂窝高度对剪切屈曲强度的影响。结果表明,剪切屈曲强度的各向异性程度与蜂窝高度无关,但随着蜂窝高度的增加,蜂窝芯的纵向和横向剪切屈曲强度均逐渐减少,减小幅度逐渐减缓。     

短肢剪力墙结构动力特性分析的半解析法

在进行短肢剪力墙结构的横向振动分析时,将其简化为质量集中在楼层标高处的串联质点系,采用半解析法导出了任意肢数短肢剪力墙结构的侧移刚度矩阵。这种方法在推导短肢剪力墙侧移刚度矩阵时,考虑了所有楼层之间的相互影响,因而得到的结果比传统的剪切型模型更能反映结构的实际状况。通过对一榀双肢对称短肢剪力墙的分析表明,本文方法所得出的结果与有限元法的结果能较好地吻合。     

三层钢板剪力墙结构静力推覆试验研究

通过按照我国相关规范设计的三层钢框架-钢板剪力墙结构在水平单调荷载作用下的静力推覆试验研究,得到了结构的破坏模式、底部剪力与顶点位移及层间位移曲线、剪力墙板的平面外变形、承载力和延性。结果表明:试件在水平设计荷载时,墙板没有出现屈曲,结构保持完全弹性;二层剪力墙板右下角最先达到受拉屈服,但当荷载加载到后期,底层剪力墙板出现的平面外变形最大;试件在达到极限承载力之后,强度下降非常缓慢,结构具有良好的塑性变形能力,位移延性系数为5.24;试验终止时,二层的层间变形最大,层间位移角达到了0.0447rad,柱脚翼缘出现两个半波状的局部屈曲变形,腹板受压鼓曲。     

钢管混凝土柱排架-核心筒结构抗震性能研究

以钢管混凝土柱钢框架-核心筒结构为工程背景,将钢梁与柱、核心筒的节点修改为螺栓连接的铰接节点,制作1/40的缩尺结构模型进行振动台测试,研究结构的损伤特点、动力特性、最大侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和延性需求等。结果表明:震损出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应较显著;核心筒最大层间位移角达1/26,超过规范框架-核心筒结构体系不倒塌限值3.8倍未出现倒塌;钢排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,楼层延性需求差异大。     

结构抗震消能控制的试验与应用研究

为了改善高层剪力墙结构的抗震性能,根据结构控制的原理提出了一种新型剪力墙—沿竖向消能的带竖缝剪力墙。首先,进行了竖缝处消能装置的剪切—摩擦试验,研究了这种消能装置的受力机理和消能机理,给出了荷载—位移骨架曲线的理论计算方法。其次,进行了带有此消能装置的一层带竖缝剪力墙和普通实体墙的低周反复荷载试验,对比研究了这两类剪力墙的破坏机理和滞回特性,试验表明这种新型消能剪力墙具有良好的抗震性能。接着,讨论了这种剪力墙的消能计算方法。最后,介绍了消能剪力墙的一个工程应用实例。     

超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的弹塑性时程分析

基于合理的材料弹塑性(损伤)本构关系模型,利用通用有限元软件ABAQUS建立了超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的精细有限元模型,考虑了结构的几何非线性和材料非线性性能,包括了钢材和混凝土材料的塑性损伤演化。进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,获得了核心筒和楼板的损伤演化过程、顶点位移时程曲线、基底剪力时程曲线、楼层位移角包络曲线以及地震作用下整体结构的能量反应规律。结果表明,罕遇地震作用下混凝土最大损失出现在这类结构体系中核心筒底部,为保证其在罕遇地震作用下更好的工作性能,建议在核心筒底部加强区域增设型钢和提高剪力墙配筋率等措施。采用非线性有限元分析方法,可较为清晰的揭示这类结构体系在罕遇地震作用下的工作特性,有关方法可为同类研究提供参考。