基于滑移连接的分阶屈服金属连梁阻尼器抗震性能研究

本文提出了一种新型的基于滑移连接的分阶屈服型金属阻尼器，布设在连梁跨中构成消能连梁。主要介绍了其构造形式、耗能机理及设计方法。并利用有限元软件ABAQUS模拟，分析了其在低周往复加载下的滞回性能。结果表明：该阻尼器滞回曲线饱满，耗能性能优良，能够实现第二阶段的刚度增强，具有良好的减震效果。该阻尼器构造简单，制作方便，采用高强螺栓连接，更换方便，有广阔的工程应用前景。     

组合式消能减震墩柱试验与设计方法研究

对采用Q345GJ钢的可更换剪切型消能连梁展开循环加载试验研究。结果表明这种连梁具有稳定的滞回耗能特性和较好的变形能力,同级荷载下多次滞回加载基本不产生循环强化;极限超强系数大致在1.35~1.5之间,符合预期设计要求。基于这种消能连梁,提出并设计一种由消能件和钢管混凝土组成的组合式消能减震墩柱,并对其开展了试验研究。试验结果表明,本文所采用的设计方法可以保证墩柱实现预期的破坏模式,即连梁剪切变形与柱脚集中塑性铰;墩柱具有很强的耗能能力、延性和变形能力;柱脚屈服时墩顶位移角约为1/80,可以保证中等地震荷载作用下柱脚处于弹性状态。     

偏心支撑框架新型消能连梁腹板可更换研究

偏心支撑框架兼具纯框架延性好和中心支撑框架强度刚度高的优点,强震作用下结构的塑性变形主要集中在消能连梁,而其余部位保持在弹性阶段。结构中消能连梁的翼缘常与楼层板相连,会给消能连梁的更换带来困难。为此,提出将剪切型消能连梁的腹板移出,然后将腹板两端焊接端板,通过螺栓重新组成可更换新型消能连梁。该新型连梁主要由上、下翼缘板和可更换新型腹板组成。通过理论推导给出了可更换消能连梁弹性刚度、屈服承载力和剪切屈服型临界长度等关键参数的解析计算式,并通过有限元确认其准确性。此外,有限元分析也表明可更换消能连梁滞回曲线饱满稳定,耗能能力强,当连梁剪切变形逐渐增大时,新型腹板首先发生剪切屈服,然后发生全截面屈服,而上、下翼缘只有端部表面进入屈服,其余部分保持在弹性阶段,实现了消能连梁的主要损伤集中在新型可更换腹板上。     

双阶屈服钢连梁联肢剪力墙体系的小震消能减震设计方法

提出了一种应用于联肢剪力墙体系的新型钢连梁,称之为双阶屈服消能钢连梁,并且在此基础上提出了基于小震消能的双阶屈服钢连梁联肢剪力墙体系的抗震设计方法。该新型钢连梁由两部分并联而成,分别是发生剪切屈服的核心板梁和发生弯曲屈服的外套箱形梁。在小震作用下,剪切屈服板梁进入塑性,发挥消能减震作用,弯曲屈服梁保持弹性从而保证结构的整体刚度。在中震及大震作用下,剪切屈服梁和弯曲屈服梁同时进入塑性,发挥更大的消能作用,使主体结构免遭过大的地震损伤。在合理考虑第1阶屈服力和第2刚度与第1刚度比的基础上,提出了针对双阶屈服钢连梁联肢剪力墙体系的小震消能减震设计方法.根据该方法设计了一个20层的双阶屈服消能钢连梁联肢墙结构,最后通过弹塑性时程分析验证了该方法的合理性。     

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。     

连梁内设置竖向变形阻尼器的耗能剪力墙体系减震分析与设计

将钢筋混凝土联肢剪力墙在连梁跨中开缝,在缝中设置沿竖向变形的钢阻尼器,从而形成耗能联肢剪力墙体系。在强震作用下,耗能剪力墙中的阻尼器一方面适当削弱联肢剪力墙刚度以降低地震作用,另一方面阻尼器屈服后可耗散部分地震能量,从而减小墙肢及连梁的塑性损伤。将阻尼器与连梁组合为等效连梁,运用等效连续化方法对耗能剪力墙体系的刚度特性与阻尼特性进行了简化分析,对耗能剪力墙体系的减震机理进行了论证,并推导出体系关键参数的计算式。以阻尼器延性系数和联肢墙耦合比为设计控制指标,提出了该耗能剪力墙体系基于性能/需求的设计方法。设计实例表明：所提出设计方法简便可行;在参数设计合理的情况下,建议的耗能剪力墙体系具备良好的减震效果。     

某高层建筑消能减震设计及动力弹塑性分析

采用YJK软件和SAUSAGE软件分析了位于高烈度区某高层框剪消能减震结构在地震作用下的地震响应,研究附加连梁阻尼器对结构抗震性能的影响。研究结果表明:采用连梁型金属阻尼器后,结构的抗震性能能得到有效提高。多遇地震作用下,连梁阻尼器为结构提供附加阻尼比约1%,基底剪力降低6%以上;罕遇地震作用下,结构的层间位移角满足规范要求,损伤严重的墙柱低于10%,进入屈服耗能阶段的连梁阻尼器大于70%,结构能够满足"大震不倒"的设计目标。     

消能减震技术在剪力墙住宅结构中的应用

在剪力墙住宅中通过阻尼器的耗能作用增加结构的阻尼比,或者通过设置连梁型金属阻尼器的方式解决剪力墙住宅结构中连梁刚度、墙体配筋的问题,同时还可以提高结构的阻尼比,使剪力墙结构抗震性能得到提高。通过实际算例计算分析确定剪力墙住宅结构合理的附加阻尼比大小,并对比了不同消能减震技术的技术优势和经济性,复核了消能减震结构在大震作用下的抗震性能,为消能减震技术在剪力墙结构中的应用提供参考。     

位移型阻尼器减震结构体系的等效刚度

位移型阻尼器是目前减震结构设计中的常见产品,具有性能稳定耗能效果好等优点,近年来得到了广泛的应用。基于阻尼器先于结构屈服耗能的期望,系统地研究了阻尼器屈服主结构不屈服和阻尼器主结构均屈服两个阶段下减震体系的等效刚度问题。并从力学恢复力模型出发,结合等效刚度的概念,推导了两个阶段下减震体系等效刚度的计算方法。为位移型阻尼器在减震分析中各阶段的等效刚度的计算方法提供参考。     

连梁式剪切型阻尼器在混凝土框剪结构减震设计和施工中的应用

为研究解决连梁式剪切型阻尼器在混凝土框剪结构中的设计与布置问题,以海口市某学校宿舍楼中的减震设计为例,介绍了连梁式剪切型阻尼器的设计应用与安装施工技术.实践表明,采用连梁式剪切型阻尼器消能减震装置,可显著改善建筑结构的抗震性能,同时与传统抗震方法相比,能降低结构材料用量和工程造价,有效保证主体结构工程质量.     

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。     

自减震装配式墙板的设计与减震性能分析

将消能减震技术移植入装配式结构部品中,提出自减震装配式墙板,阐明其构造和原理,推导关键的计算理论,在此基础上,采用有限元仿真分析方法分别建立了自减震装配式墙板核心消能件和墙板整体两个批次的分析模型,并进行了水平循环荷载作用下的受力分析,研究了自减震装配式墙板的工作机制、减震性能及关键参数的影响。结果表明:将消能减震技术植入墙板部品,通过简单有效的技术手段实现自减震装配式墙板的概念和原理可行,具有先进性与可实施性;巧妙利用钢棒构造小尺度的钢框架子结构作为消能件,是形成自减震装配式墙板的关键和易行途径之一;钢棒框架消能件通过钢棒框架产生弹塑性弯曲变形起到消能作用,其减震性能与层高和跨度密切相关,随着层高和跨度的减小,钢棒框架消能件的初始刚度、最大出力及耗能量均呈增大趋势;侧向荷载作用下,自减震装配式墙板的侧向变形主要集中在消能件,墙体不破坏;自减震装配式墙板具有明显的双线性恢复力特性,在消能件屈服前,墙板可提供较大的抗侧刚度,有利于正常使用状态下的结构变形控制;消能件屈服后,墙板的侧向刚度迅速降低,滞回曲线呈平行四边形,等效黏滞阻尼系数达43%以上。     

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。     

双阶屈服钢连梁联肢墙的参数设计和布置研究

提出了一种应用于联肢剪力墙体系的新型钢连梁,称之为双阶屈服消能钢连梁。该新型钢连梁包含两部分;发生剪切屈服的核心板梁和发生弯曲屈服的外套箱形梁。在小震作用下,剪切屈服板梁进入塑性,发挥消能减震作用,弯曲屈服梁保持弹性从而保证结构的整体刚度。在中震及大震作用下,剪切屈服梁和弯曲屈服梁同时进入塑性,发挥更大的消能作用,使主体结构免遭过大的地震损伤。双阶屈服钢连梁联肢墙体系作为一种高性能减震结构体系,与传统的混凝土连梁联肢墙体系相比,其刚度和承载力贡献都有较大的提高,并且双阶连梁的附加阻尼比贡献率在小震、中震和大震下可以分别达到28%、44%和72%。联肢墙的耦联比体现了连梁对墙肢约束作用,不同耦联比的联肢墙结构的连梁剪力沿层高分布形式不同。针对3种不同耦联比的联肢墙分析了双阶屈服钢连梁的参数设计方法和建议的布置形式,并在这些建议布置模式下,对比了普通钢连梁结构和双阶连梁结构在小震下的附加阻尼比,大震下各连梁的延性系数等指标,体现了双阶屈服钢连梁对结构的消能贡献和损伤控制。     

消能减震框架结构大震弹塑性性能分析

本文采用SAUSAGE软件对结构高度接近规范限值的原钢筋混凝土框架结构以及消能减震结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析对比。消能减震结构采用构件截面优化、直接增加阻尼器两种设计方案,每种方案均包括设置屈服阻尼器、粘滞阻尼器两种减震结构。结果表明:①优化方案中,当控制结构变形接近时,增设阻尼器可以有效降低地震作用,减小构件截面尺寸,在8度(0.2g)罕遇地震作用下,优化方案的基底剪力相比原结构降低30%左右;②直接增加阻尼器方案也增大结构附加阻尼比,减小结构变形,但主体结构刚度较大,使得地震力加大,基底剪力峰值超过原结构,在8度(0.3g)罕遇地震作用下,直接增加方案的基底剪力与原结构相比增加超过10%;③与屈服型阻尼器相连接的柱轴力有所增大。研究成果对消能减震结构的研究和工程设计具有指导作用。     

某超高层钢结构公寓建筑消能减震方案优化设计

某超高层钢结构采用钢框架+钢支撑筒结构体系,并采用了屈曲约束支撑(BRB)和钢连梁作为消能构件。塔楼由5个避难层自下而上分成编号为Ⅰ～Ⅵ六个分区。通过改变六个分区消能构件的布置情况,设计了多种消能减震方案。通过对不同消能减震方案进行罕遇地震弹塑性时程分析,比较结构层间位移角、顶点位移、能量耗散及构件损伤等指标,总结了屈曲约束支撑的布置区域及消能构件(BRB和钢连梁)的屈服承载力等因素对结构减震性能的影响。结果表明:在Ⅰ～Ⅱ区布置BRB和钢材等级为Q345的高屈服承载力钢连梁,以上各区布置钢材等级为Q235的低屈服承载力钢连梁的消能构件布置方案减震效率高,且相对经济合理。     

带阻尼器消能连梁抗震性能试验研究

通过4个布置带缝钢板阻尼器的消能连梁试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验结果表明：阻尼器为剪切屈服型,试验中阻尼器未出现面外屈曲,试件破坏模式为阻尼器弯曲单元断裂破坏或预埋件与混凝土之间锚固破坏|阻尼器的承载力超强系数均大于1.5,平均值为1.63|连梁混凝土部分变形和滑移变形占连梁整体变形的比例随连梁转角增大而减小,阻尼器变形最后能达到整体变形的80%,能有效将变形集中于阻尼器|连梁混凝土部分变形主要为弯曲变形,混凝土剪切变形只占连梁整体变形的2%左右|4个试件混凝土裂缝达0.2mm时连梁转角基本在0.8%左右|加载到连梁转角3.3%时,阻尼器弯曲单元断裂破坏试件混凝土裂缝宽度达到0.5mm,而其余试件由于锚固破坏混凝土裂缝宽度较大,达到2mm左右。     

消能减震结构设计方法研究

采用屈服强度倍数法和等效线性化法研究附加金属阻尼器的消能减震结构的设计方法,用这两种方法分别计算结构附加金属阻尼器的优化阻尼量,对附加阻尼消能减震结构进行定量分析。将两种方法计算的优化阻尼量附加于原结构上进行时程分析并研究其减震效果,消能减震结构的位移、速度、塑性率及主结构承受的剪力值都有一定的减小,说明所得的消能减震结构的减震效果优于原结构。两种计算优化阻尼量的方法都有可参考性,研究结果为消能减震技术的推广使用打下基础。     

双阶屈服屈曲约束支撑框架小震参数分析

为了弥补常规屈曲约束支撑在多遇地震作用下处于弹性状态,不能发挥消能减震作用的不足,提出了一种将金属套管阻尼器与屈曲约束支撑组合形成的双阶屈服屈曲约束支撑,经试验验证其具有良好、稳定的小震及中大震下的滞回特性。在小震作用下,金属套管阻尼器屈服消能,屈曲约束芯板保持弹性承载。借助有限元软件ETABS建立了一系列双阶屈服屈曲约束支撑框架模型,通过改变支撑与框架刚度比、阻尼器与芯板的轴向刚度关系以及套管阻尼器的屈服比例,对各模型进行小震作用下的动力弹塑性分析,将各模型基底剪力和最大层间位移角与相应的常规屈曲约束支撑框架的分析结果进行对比。结果表明:双阶屈服屈曲约束支撑与支撑芯板的轴向弹性刚度比取2左右,阻尼器屈服比例取0.3左右时,可取得较好的减震效果; 双阶屈服屈曲约束支撑的参数取值改变,对降低结构地震响应的影响趋势不因支撑与框架刚度比不同而改变; 当支撑刚度贡献较大时,相较常规屈曲约束支撑,双阶屈服屈曲约束支撑的设置能降低结构的层间位移角,若要同时降低基底剪力,阻尼器屈服比例不宜高于0.3。     

剪切板阻尼器的滞回性能参数研究

对具有等间距加劲肋的剪切板阻尼器进行参数分析,考察包括腹板柔细比参数Rw、翼缘对腹板的板厚比tf/tw、加劲肋刚度比γs/γs*和形状系数α等力学性能参数对剪切板阻尼器滞回性能和延性的影响,并提出合理的参数取值范围。为了更真实地反映剪切板的非线性大变形行为,以通用有限元程序ABAQUS为模拟平台,考虑初始变形和残余应力两种初始缺陷,采用修正双屈服面模型描述反复荷载下的材料本构关系。静力反复加载的数值试验结果表明,在所建议的参数取值范围内,这类剪切板阻尼器具有良好的滞回性能和稳定的耗能特性,可作为有效的消能减震装置用于建筑和桥梁等工程结构中。