双段消能摇摆结构体系的地震反应特性研究

单段消能摇摆结构体系通过刚度较大的摇摆结构,能够控制主体结构均匀变形,遏制薄弱层产生。当结构高度较高时,单段摇摆结构的抗弯刚度较难满足抗震设计需求,单段消能摇摆结构体系不适用于高层建筑。基于此,提出了将单段摇摆结构划分为双段、并于分段位置处布设位移型阻尼器的双段消能摇摆结构体系。双段摇摆机制可以抑制薄弱层产生,降低摇摆结构的抗震设计需求。阻尼器能够消耗地震能量,进一步降低结构的地震反应。以双段消能摇摆钢桁架-框架结构为对象,分析对比了支撑-框架结构、单段消能摇摆钢桁架-框架结构、单段摇摆钢桁架-框架结构以及双段摇摆钢桁架-框架结构的抗震性能。采用OpenSees软件建立弹塑性有限元分析模型,进行了弹塑性抗震分析以及增量动力时程分析。研究表明,双段消能摇摆结构体系具有良好的抗震性能与可恢复性能,相比单段消能摇摆结构体系,可以进一步减小结构地震反应和摇摆结构抗震设计需求,该体系能应用于更高的建筑。     

消能摇摆高位隔震结构体系的地震反应特性

双段消能摇摆结构体系是通过两段串联的摇摆结构,控制主体结构各楼层在地震作用下均匀变形,抑制薄弱层的产生,也降低了主体结构对于摇摆结构的刚度需求。在变形集中的摇摆结构底部布设位移型阻尼器,可进一步提高结构的抗震性能。但是该体系存在承载力较低、上段结构地震反应相对较大的不足。基于此,提出了消能摇摆高位隔震结构体系,即在双段消能摇摆结构体系的分段楼层位置增设劲性支撑,以抑制上段结构的摇摆运动,提高结构的刚度与承载力;同时,下段结构允许发生摇摆,发挥高位隔震层的作用。以消能摇摆高位隔震结构体系为研究对象,分析对比了其他三种结构体系：传统支撑框架结构体系、双段消能摇摆结构体系、不含位移型阻尼器的摇摆高位隔震结构体系。采用OpenSees软件建立了弹塑性有限元分析模型,对四种结构体系进行弹塑性抗震分析和增量动力时程分析。研究表明,消能摇摆高位隔震结构体系的刚度与承载力较高,地震反应较小,抗震性能与抗倒塌性能良好。在摇摆结构分段位置加设劲性支撑层,可以抑制上段结构在地震作用下的变形,并发挥下段摇摆结构的隔震作用。布设于分段位置与摇摆结构底部的阻尼器,可以充分消耗地震能量,提高结构体系的抗震性能。     

消能摇摆钢框架结构抗震性能的影响因素与设计方法

消能摇摆钢框架结构包含主体钢框架结构、摇摆结构和耗能阻尼器三部分。刚度较大的摇摆结构可以使主体钢框架在地震作用下发生均匀的层间变形,抑制薄弱层产生。布设于摇摆结构底部的阻尼器,能够耗散地震动能量,减小整体结构的地震反应,提高结构的抗震性能。文中对消能摇摆钢框架结构抗震性能的影响因素进行参数分析,并基于我国建筑抗震设计规范的原则提出了抗震设计方法。根据消能摇摆钢框架结构的受力机理,提出简化分析模型,通过弹塑性地震反应分析,验证简化模型的有效性。基于简化分析模型对无量纲参数进行参数分析,根据各参数的影响规律得到无量纲参数的建议范围。结合我国“三阶段”抗震设防要求,提出消能摇摆钢框架结构的设计方法,并结合算例进行验证。研究表明,消能摇摆钢框架结构抗震性能良好,设计合理的摇摆结构与阻尼器能够抑制钢框架的薄弱层、减小结构的地震反应。