局部肘节消能装置的减振机制分析及其优化控制

传统的肘节式位移放大机构可以增大阻尼器变形从而提高结构减振效率，但其需占据较大空间，且相关的基于小变形假设的位移放大系数理论公式不能反映放大系数时变特性，难以实现几何构造优化。为此，提出一种以黏滞阻尼器为阻尼元件的局部肘节消能装置，其具有占用空间小、布置灵活等特点。基于几何关系推导局部位移放大系数解析解，并对其进行参数分析。分析结果表明：局部凸肘节消能装置的位移放大能力随下连杆与水平面夹角增大而增强，而局部凹肘节消能装置则与之相反；局部凸肘节消能装置的最优下连杆长度与装置高度之比位于[0.7,1.3]区间内，局部凹肘节消能装置的该比值约为0.7。根据改进D值法提出适用于框架结构的局部肘节消能装置层间位移放大系数计算方法。以消能装置在外部激励下最大侧移为基础，给出了针对层间位移放大系数的优化步骤，并通过算例分析验证局部肘节消能装置的可行性和几何优化方法的有效性。采用所提优化方法进行局部肘节消能装置设计，可有效增强其位移放大能力和振动控制效果。     

设置悬臂肘节型黏滞阻尼器高层结构的减震效果分析

针对结构层间位移小、黏滞阻尼器减震效果难以发挥的问题,提出悬臂肘节型黏滞阻尼器消能系统,介绍了该消能系统的构造、原理与特点,对黏滞阻尼器分别采用悬臂肘节型、肘节型和消能伸臂型连接的高层结构的减震效果进行对比分析。结果表明:悬臂肘节型黏滞阻尼器消能系统能充分利用高层结构的弯曲变形和层间剪切变形增大阻尼器的输出位移,阻尼器的名义位移放大系数可达3~5倍;悬臂肘节型黏滞阻尼器消能系统对结构水平位移、层间位移角和层间剪力均具有很好的减震效果,设置在结构的中部或中下部楼层时阻尼器位移放大效果最好。     

带位移放大装置新型阻尼墙结构的地震响应分析

基于黏滞阻尼器的耗能原理,针对地震时阻尼器位移小的特点,提出一种可提高阻尼器耗能能力的位移放大装置,并在此基础上设计出一种黏滞阻尼墙。针对黏滞阻尼器力学模型,增设放大装置后,得到带放大系数的黏滞阻尼墙力学模型。以12层框架为例,利用有限元软件分析比较带放大装置的黏滞阻尼墙减震结构与常规阻尼器建筑结构的减震效率。在加速度、层间位移、层间剪力等地震响应的控制效果方面,基于文中提案采用放大装置的减震结构更为有效。     

超高层悬臂肘节黏滞减震层的减震控制分析与设计

将悬臂肘节黏滞消能系统与超高层结构设备层相结合,形成悬臂肘节黏滞减震层方案,采用ETABS有限元程序对典型工程实例进行非线性动力时程反应分析,研究了不同强度地震作用下悬臂肘节黏滞减震层对超高层结构减震效果的控制规律,对悬臂肘节型连接机构进行了支撑设计.研究结果表明:不同强度地震作用下悬臂肘节黏滞减震层对超高层结构均具有良好的减震效果,地震强度越大,黏滞减震层水平抗侧刚度的突变程度越小;不同强度地震作用下悬臂肘节黏滞消能系统均能实现良好的变形放大效率,速度指数为0.3的黏滞阻尼器在设防地震和罕遇地震下变形放大效率较优,此时悬臂肘节黏滞减震层在设防地震下的减震效果最好,其次是多遇地震,罕遇地震时减震效果相对略小;给出了悬臂肘节连接机构的支撑设计方法,为类似工程实践提供参考.     

位移放大型扇形阻尼器在预制装配式结构中的设计与应用

基于预制装配式结构在小震作用下的位移较小,消能阻尼器无法充分的发挥耗能性能这一问题,本文提出一种基于位移放大装置的扇形铅粘弹性阻尼器的设计方法,通过理论分析对位移放大装置的放大系数进行计算验证。通过对位移放大型扇形阻尼器的阻尼力与耗能能力进行分析,得出一种能量等值的阻尼器参数模拟方法。在多遇地震情况下,位移放大型扇形阻尼器拥有更好的耗能减震效果,且减震效果优于普通扇形阻尼器。     

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。     

位移放大型粘弹性阻尼器减震结构地震响应分析方法研究

提出一种新型位移放大型粘弹性阻尼器,对附加位移放大装置的粘弹性阻尼器进行阻尼力理论公式推导。基于能量等效原则,针对位移放大型粘弹性阻尼器减震结构提出一种简化计算的等效能量法。本文关注结构层加速度,层间位移,层间剪力以及阻尼器的耗能。采用两种模型,验证等效能量法的有效性和分析精度。分析结果表明,新方法计算结果与传统方法计算结果相近。并通过有限元软件ABAQUS对一12层设置传统粘弹性阻尼器与附加位移放大装置粘弹性阻尼器的框架减震结构进行对比分析。结果表明:附加位移放大装置的粘弹性阻尼器能更有效地减小结构的层间位移、层间剪力、层加速度等结构动力响应,且耗能更为显著。     

罕遇地震作用下某超高层框架-核心筒结构混合减震控制研究

针对某293.2m超高层框架-核心筒结构,建立了PERFORM-3D三维弹塑性有限元分析模型,在罕遇地震作用下进行了弹塑性动力时程分析,对比了原结构和混合减震控制结构的层间位移角、基底剪力和结构性能水准,分析了消能构件的滞回耗能特性。结果表明:所建的有限元模型有较高的准确性;混合减震控制结构层间位移角计算结果均1/100,满足规范要求;防屈曲支撑(BRB)和黏滞阻尼器(FVD)均充分发挥了耗能特性;肘节式安装形式黏滞阻尼器具有放大黏滞阻尼器输出位移的特性;罕遇地震作用下,大量梁发生弯曲屈服,剪力墙和框架柱均处于弹性状态。     

带肘节式耗能支撑的超高层结构抗风抗震分析

针对某超高层结构舒适度和多遇地震下层间位移角超限,基于实际工程引入消能减震(振)措施,建立有限元分析模型,对比分析了肘节式耗能支撑和人字形耗能支撑两种方案在十年一遇风荷载、五十年一遇风荷载、多遇地震下的消能减震(振)效果。结果表明,与人字形连接形式相比,肘节式支撑更能充分发挥黏滞阻尼器耗能性能,显著改善结构舒适度,有效降低结构地震响应,阻尼器耗能最大提高843%,可为同类工程提供一定参考。     

结构消能减震结合整体分析的优化设计方法

结合某9层框架结构进行消能减震设计,从对其地震波的选取到消能减震方案的初步设计再到优化进行了阐述,对比分析了结构的层剪力、层间位移角、附加阻尼比以及结构在不同地震波下的黏滞阻尼器位移以及出力等关键问题。对如何结合结构整体分析,减少不必要黏滞阻尼器的使用,从而减少工程造价优化设计进行了一定的分析。     

聚丙烯打包带网水泥砂浆面层加固残损砖箍窑洞振动台试验研究

为提高残损砖箍窑洞的抗震性能,对黄土高原地区典型传统民居砖箍窑洞残损试验模型采用墙体裂缝注浆加固和聚丙烯打包带网水泥砂浆面层进行整体抗震加固,并对加固后结构模型的抗震性能进行模拟地震动振动台试验。试验中选取人工波、El Centro波和LA Hollywood波作为地震动输入,实测并分析了加固结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、加速度响应、位移响应、扭转效应、基底剪力、滞回耗能及加固效果。结果表明：随着地震动峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大;随地震动峰值加速度的增加,X向、Y向加速度放大系数均逐渐减小,出现明显损伤后,结构动力放大系数减小幅度变大;多遇地震作用下加固模型结构最大层间位移角为1/500,设防地震作用下最大层间位移角为1/200,罕遇地震作用下最大层间位移角为1/133,倒塌时最大层间位移角为1/29;拱脚与基础的相对变形明显大于拱顶及窑顶的;加固模型结构破坏时水平扭转角最大值为0.0015rad,具有较大的抗扭刚度和耗能能力;综合加固后结构模型的抗震性能、能量耗散、经济性,聚丙烯打包带网水泥砂浆面层加固砖箍窑洞具有明显的优势,可在残损砌体结构的抗震加固中推广应用。     

再生混凝土空心砌块填充墙-型钢再生混凝土框架结构抗震性能试验研究

通过对4榀1/2.5比例单层单跨再生混凝土空心砌块填充墙-型钢再生混凝土框架结构的抗震性能试验,研究了填充墙砌块强度、轴压比以及墙体拉筋间距等对该结构抗震性能的影响。分析了试件的破坏形态、滞回曲线及骨架曲线、承载力、层间位移角、位移延性、耗能能力以及刚度退化。结果表明：再生混凝土空心砌块填充墙-型钢再生混凝土框架结构中墙体部分先于框架部分破坏,且框架的破坏机制符合“梁铰机制”,滞回曲线较为饱满,耗能能力良好,具有较强的抗倒塌能力;随着填充墙砌块强度的降低,结构承载力下降,位移延性系数增大,初始刚度减小且刚度退化速率降低,结构破坏时层间位移角和等效黏滞阻尼系数增大;增大轴压比使结构承载力提高,位移延性系数下降,初始刚度明显提高且刚度退化速率上升,结构破坏时层间位移角以及等效黏滞阻尼系数均略有降低;减小墙体拉筋间距使结构承载力及位移延性有所提高,初始刚度增加,但刚度退化速率基本不变,结构破坏时层间位移角及等效黏滞阻尼系数均增大。     

位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架减震效果及动力试验研究

为提高黏滞阻尼伸臂桁架在地震作用下的耗能效率,设计了一种带位移放大装置的黏滞阻尼伸臂桁架。对分别设置传统型和位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架的超高层结构进行有限元分析,对比了结构的地震响应及阻尼器的工作状态。通过动力荷载试验,考察两种黏滞阻尼伸臂桁架的滞回性能,对比阻尼器的位移及耗能,研究位移放大系数的变化规律,分析伸臂桁架刚度对黏滞阻尼伸臂桁架工作效率的影响。结果表明：相比传统型黏滞阻尼伸臂桁架,采用位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架可将阻尼器的耗能效率提高至原来的1.5~1.8倍,使结构获得更好的减震效果;位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架滞回曲线光滑、对称、饱满,具有良好的工作性能,且能有效放大阻尼器的工作位移并增大耗能;提出了黏滞阻尼伸臂桁架的位移放大系数的计算式,计算值与试验值吻合较好;为保证黏滞阻尼伸臂桁架的工作效率,建议伸臂桁架的刚度比取值不小于9。     

复合自复位结构基于概率的性能评估

复合自复位结构体系由基本功能分区（主结构）和损伤控制分区（次结构）组成,对于基本功能分区,可实现结构的正常使用功能,承担大部分的地震作用和全部的重力荷载,由传统的框架结构实现;对于损伤控制分区,可实现自复位和耗能,分担剩余的地震作用和降低结构的层间位移集中程度,可由自复位耗能框架实现。基于刚度需求的设计方法分别设计了无耗能机制、以BRB作为耗能机制和以自复位阻尼器作为耗能机制的三种复合自复位结构。将最大层间位移角和残余层间位移角作为变量,采用联合概率密度函数对三种复合自复位结构和无控结构进行性能评估。根据对联合概率密度函数演化、易损性曲线和层间位移集中系数的分析,结果表明：复合自复位结构可以有效降低结构最大层间位移角和残余层间位移角的均值和离散性,其中,以自复位阻尼器作为耗能机制的复合自复位结构具有最好的控制效果;复合自复位结构可以有效降低残余位移对结构损伤概率的影响;复合自复位结构可以较好地控制结构层间位移集中系数,降低薄弱层出现的可能性。     

基于能量平衡的梁柱刚接防屈曲支撑钢框架设计方法

针对梁柱刚接的防屈曲支撑钢框架,根据能量平衡的概念提出基于能量的抗震设计方法,使结构在罕遇地震作用下满足给定的目标位移。设计方法以钢框架与防屈曲支撑在目标位移下耗散的能量之和等于地震输入能量为准则进行能量分配。地震输入能量以原钢框架的地震输入能量为基准,计入结构周期和延性变化的影响进行调整后得到,并以结构在位移幅值下循环1周耗能作为总耗能。建立防屈曲支撑的耗能需求曲线和目标位移下的耗能能力曲线,求得防屈曲支撑的截面面积。应用此方法设计3跨5层的防屈曲支撑钢框架结构,采用ANSYS软件建立有限元模型,对所设计的钢框架结构进行罕遇地震作用下的时程分析,结果表明：应用此方法设计的梁柱刚接防屈曲支撑框架在地震作用下最大层间位移角与给定的设计目标较为一致,所设计的结构安全可靠。     

新型阻尼器凸轮式响应放大装置的#br# 作用机理与恢复力模型

针对现有阻尼器响应放大技术的不足，提出一种新型阻尼器凸轮式响应放大装置，介绍该装置的构造及作用机理，推导该装置的恢复力计算公式，给出理论恢复力模型以及位移、速度、力等响应放大的计算公式；推导串联黏滞阻尼器的凸轮式响应放大装置的恢复力计算公式，进行伪静力试验与理论公式的对比。结果表明：装置凸轮式往复运动的特点能够保证串联阻尼器的位移在各级地震作用下均不会失效；所具备的响应放大效应能够充分发挥阻尼器的耗能能力，可以通过组合使用小吨位阻尼器达到直接安装大吨位阻尼器相同的耗能效果，从而取得显著的经济效益，在建筑、桥梁等结构振动控制领域具有良好的研究和应用前景。     

基于空腔楼盖的新型耗能减震装置参数优化

对一种基于空腔楼板的新型耗能减震装置的参数优化问题进行了探讨;对基于拉格朗日变分原理推导出的装有该装置的受控结构非线性运动方程进行统计线性化处理,以结构的水平位移方差最小化为优化准则,应用定点理论方法对该装置的参数优化问题展开研究;利用蒙特卡洛模拟方法对不同情况下受控结构的减震效果进行对比分析,验证了该方法的有效性。结果表明:采用所提方法能有效进行耗能减震装置的参数优化设计,为该装置的推广应用提供依据。     

腋板加强型节点钢框架抗震性能试验研究

为研究腋板加强型节点空间钢框架抗震性能,对1∶3缩尺腋板加强型节点空间钢框架子结构进行拟静力试验,研究荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、抗侧刚度、层间位移角、承载力退化、塑性耗能等抗震性能。试验结果表明：南、北两榀钢框架滞回曲线饱满对称,骨架曲线呈S型,层间位移角在4.29%~5.99%之间;试验过程中8个腋板加强型梁柱节点连接焊缝均未出现开裂,梁端翼缘及腹板塑性变形显著;腋板加强型节点钢框架在循环往复荷载作用下表现出良好的耗能能力,整体结构耗能较为充分;在等幅荷载作用下,南、北两榀钢框架承载力退化系数呈缓慢增长趋势,结构空间协同工作效应在一定程度上提高了钢框架承载能力。     

单腔与多腔放大式高效耗能黏滞阻尼墙性能研究

针对阻尼墙耗能效率问题提出横向位移放大与纵向多腔放大概念,并以此设计了3种高效耗能黏滞阻尼墙装置,即单腔放大式黏滞阻尼墙(SADW)、多腔放大式黏滞阻尼墙(MADW)和多腔相对放大式黏滞阻尼墙(RADW)。根据3种阻尼墙的构造特点,分析了横向位移放大系统与纵向多腔放大系统的耗能效果,提出了阻尼力及耗能理论计算式。取SADW为代表与普通黏滞阻尼墙(VDW)进行试验对比研究,分析在不同试验工况下SADW的滞回耗能能力。结果表明：SADW的滞回曲线较VDW更加饱满,耗能效果更为显著;将阻尼力-位移试验结果与理论曲线进行了对比,两者基本一致,阻尼力相差6.35%,理论滞回模型能较好模拟试验结果。同时,建立了30层混凝土框架核心筒结构进行地震时程响应分析,对比VDW和3种高效黏滞阻尼墙对该结构的减震效率,4种减震方案的结构附加阻尼比分别为0.71%、3.38%、6.22%、735%,附加阻尼比放大倍数分别为4.5、7.8、9.0,进一步验证了所提出的3种高效耗能阻尼墙具有良好的减震效果。     

带竖缝砌体填充墙钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

为了研究带竖向缝槽砌体填充墙对框架结构抗震性能的影响,开展了3榀带竖向缝槽砌体填充墙框架结构模型、1榀整体砌体填充墙框架结构模型和1榀纯框架结构模型在低周反复荷载作用下的对比试验。对比分析了各试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、承载力退化和耗能性能等。结果表明：砌体填充墙的存在显著提高了框架结构的抗侧刚度和水平承载力,砌体填充墙参与了结构的滞回耗能,砌体填充墙框架的累积耗能能力明显优于纯框架;在填充墙与框架柱间设置一定宽度的竖向缝槽,减少了两者间的相互作用,延缓了填充墙和框架梁、柱的开裂,其水平承载力介于纯框架和整体填充墙框架之间,但其延性和耗能能力得到了较大的改善;在填充墙中设置一定宽度的竖向缝槽形成带竖向缝槽砌体填充墙框架,其水平承载力介于纯框架和整体填充墙框架水平承载力之间,其极限位移角与纯框架的基本相同,具有较好的延性和耗能能力。