基于周期降低率的屈曲约束支撑设计方法研究

屈曲约束支撑是一种应用广泛且发展前景广阔的消能减震构件,但在结构设计中通常难以对屈曲约束支撑阻尼器在实际地震中附加有效阻尼比取值。文章针对这一问题提出了基于周期降低率的减震方案设计方法,基于此方法设计了某屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构,并采用有限元软件SAP2000对此结构进行多遇地震弹性和罕遇地震弹塑性时程分析。结果表明：使用屈曲约束支撑结构表现出良好的耗能能力,其抗震性能能够满足要求,并且在罕遇地震下层间位移角小于规范限值,具有一定安全储备;基于周期降低率的减震方案设计方法能够明显降低试算工作量,从而提高设计效率。所提出的设计方法和分析手段可为屈曲约束支撑消能减震设计及研究提供参考。     

单跨框架结构的减震加固技术研究

单跨框架结构的减震加固技术对于提高原框架结构的抗震性能、减小加固工程量和降低施工复杂性具有重要意义。文章通过设置防屈曲支撑(BRB)使单跨结构改变为框架—耗能支撑减震结构,从而减小原框架承担的地震效应的研究,阐明了单跨框架结构减震加固的基本原理,提出了耗能减震加固设计的准则,并对减震加固的工程实例进行了分析。结果表明:减震加固后,小震作用下的层间位移和由框架柱承担的地震剪力为加固前的30%~40%,罕遇地震作用下为25%~45%;BRB率先进入塑性变形,是整个结构的第一道地震防线;单跨框架结构采用BRB做减震加固,可有效提高结构的抗震性能。     

结构性能的混凝土拱桥减震方法研究

基于位移的抗震设计理论应用于混凝土拱桥时,由于混凝土拱桥刚性巨大的特殊性,该理论无法有效的对拱桥进行减震。针对混凝土拱桥,提出了一种基于性能的减震设计思路的新的减震方法——“一种混凝土拱桥变刚度智能减震控制系统”。该方法在地震作用下将改变主拱体系、适当降低拱桥刚度、提高主拱结构变形能力,对拱桥的位移和主拱的受力进行双控。分析表明,该方法在不显著增加位移的情况下可以降低混凝土拱桥在地震作用下的结构内力。     

罕遇地震下石化钢结构减震的关键影响因素

在强烈地震作用下,炼油厂的石化钢结构可能发生破坏,导致较大的经济损失,并易引发严重的次生灾害。为降低石化钢结构的地震风险,结合石化钢结构的特点,以某大型炼油厂重整装置反应器为例,建立有限元分析模型,设置黏滞阻尼器进行罕遇地震下的减震设计,并分析了阻尼器的设置位置、数量和阻尼参数等影响因素。研究结果表明,黏滞阻尼器所在楼层的层间剪力和层间位移角显著减小,布置在结构底部的减震效果优于布置在中、上部;随着阻尼器数量的增加,层间剪力和层间位移角都会随之减小,但减少幅度逐渐降低;阻尼系数对石化钢结构减震效果的影响大于阻尼指数,减震设计中宜优先调整阻尼系数以获得较好的抗震性能。     

设置粘滞阻尼器的超高烟囱减震控制研究

根据悬挂式钢内筒烟囱结构的特点,提出了在烟囱结构止晃点处设置粘滞阻尼器的消能减震方法。采用有限元软件SAP2000分别建立了传统的烟囱结构模型和设置粘滞阻尼器的烟囱结构模型,进行了模态分析、多遇和罕遇地震作用下时程分析和地震反应谱分析。结果表明,提出的在各止晃点设置粘滞阻尼器的方法对烟囱结构具有较好的减震控制效果,烟囱结构的基底总剪力、平台层水平位移、混凝土外筒顶点位移和加速度均有明显减小。为同类超高烟囱抗震设计提供了一种新的消能减震设计方法。     

基于增量动力分析法的高层建筑-阻尼器系统地震易损性分析

高层建筑在远场强地震下可能发生严重震害,通常在建筑中设置阻尼器实现消能减震,降低建筑物主体结构地震响应以减轻震致破坏。现行建筑抗震设计规范已经给出了建筑中阻尼器的通用设计方法,然而,建筑-阻尼器系统在强地震下的实际响应是否与设计结果有所偏差、在同一设防目标下不同类型阻尼器的性能是否存在差异尚不清楚。基于现行建筑抗震设计规范,设计了20层钢框架结构以作为阻尼器性能评估的Benchmark模型,并以同一减震目标设计了3类典型阻尼器：摩擦阻尼器、粘滞阻尼器和防屈曲支撑,基于所拟合的阻尼器试验曲线,对阻尼器进行参数设计,给出了典型阻尼器的数值模型。基于场地类型选取了10条地震动进行增量动力分析,对比评估了3类典型阻尼器对结构抗倒塌性能的控制效果。采用基于位移的结构性能水准评价指标,研究了3类典型阻尼器的减震控制效果,结果表明,对于采用基于中国规范设计的高层建筑-阻尼器系统,速度型的粘滞阻尼器控制效果最优,位移型的摩擦阻尼器和防屈曲支撑次之,且性能相近。     

摩擦耗能支撑减震结构参数研究

文章系统地研究了摩擦耗能支撑(FDB)参数对多层摩擦耗能支撑结构(FDBF)减震效果的影响.以结构顶层位移、层间位移和基底剪力为减震效果评价指标,通过对大量多层FDBF模型进行地震激励下的动力时程分析,全面考察了FDB 4个重要参数--布置方式、滑移力、支撑刚度、起滑位移--对结构减震效果的影响和规律.对原结构选取减震方案,并绘出结构中各层FDB的滞回曲线,从而直观反映了FDB的耗能性能.最后,对已有的FDB参数范围进行修正和完善,建议了选取FDB参数的总原则.     

某幼儿园基础隔震结构抗震性能分析

对某地下室柱顶基础隔震的4层框架结构幼儿园,应用有限元软件ETABS建模进行时程分析,分析超烈度地震作用下整体结构的抗震性能并重点讨论下部独立悬臂柱的抗震设计。结果表明:设防烈度7度(0.15g)多遇地震作用下,层间剪力减震效果显著;7度(0.15g)罕遇地震作用下,上部结构基本处于弹性,独立柱位移角极小;超烈度8度(0.20g)罕遇地震作用下,独立柱位移角仍然极小,楼层加速度减震效果显著,人体舒适度大为提高,隔震层仍然具有足够的稳定性和安全性,表明隔震设计显著提高了结构安全性。建议工程应用中类似隔震建筑在不影响地下室的使用功能条件下,加大独立柱刚度并优先选择较大直径的隔震支座。     

设备隔震的窑尾结构地震反应研究

根据窑尾结构设备质量大、结构高的特点,提出通过对窑尾结构主要设备支座处设置隔震支座,达到对窑尾结构消能减震的目的。采用SAP2000有限元软件分别建立传统的窑尾结构模型和设置隔震支座后的窑尾结构模型,进行模态分析、地震反应谱分析和动力时程分析。结果表明,提出的设备隔震方法对窑尾结构具有较好的减震控制效果,窑尾结构的基底总剪力、各层位移和层间位移角均有明显减小,为同类上部荷载较大的工业建筑抗震设计提供了一种新的消能减震方法。     

考虑正常使用功能的非线性黏滞阻尼惯容系统多指标减震控制

惯容调谐减震系统可以灵活调整结构的动力特性,具有高效降低结构多阶模态响应的潜力。然而,目前已有的惯容系统减震设计方法对特定模态控制效果精度较低,且设计参数较大,设计时依赖经验假设或大量优化计算。本研究致力于惯容系统对结构多阶模态响应的精准控制,根据建筑使用功能的性能设计需求,提出了以结构靶向模态控制为导向的设计策略。该方法以惯容系统安装位置的相对变形为主自由度,以靶向控制模态的振型为结构变形形状,将复杂的多自由度原结构解耦为多个附加惯容的主自由度系统,通过惯容系统参数的闭合解析设计公式计算控制目标模态所需的惯容系统参数,并确定布置位置,以保证建筑在遭受抗震设防烈度地震的影响时能够满足正常使用要求为目标。对一个7层的标准结构模型为例,进行靶向模态控制为导向的减震设计,结果表明,该方法能够在不改变其他模态的周期、振型情况下,精准高效地减少结构靶向模态的响应,满足建筑正常使用的性能目标。相比于经典的惯容减震设计方法,该方法在相同性能需求下降低了惯容系统参数,以较小的设计参数实现了对结构位移角、剪力、加速度等响应的控制。     

基础隔震层附加黏滞阻尼器结构优化设计方法

为合理有效地进行基础隔震结构隔震层黏滞阻尼器设计,提出一种根据隔震层位移和剪力设计侧重需求确定阻尼器参数的优化设计方法.针对隔震层设置黏滞阻尼器的基础隔震结构建立地震能量平衡方程,给出由地震结束时刻总输入能量预测隔震层最大位移与总剪力系数的简易方法,并利用动力时程分析验证预测法的准确性,结果表明阻尼器附加阻尼比越大则预...     

火电厂钢框排架-消能支撑结构低周往复加载试验

为研究钢框排架-消能支撑结构的抗震性能,以某钢结构火电厂主厂房为原型并采用防屈曲支撑作为消能装置,设计了1榀5层的钢框排架-消能支撑结构试件.通过低周往复加载试验,分析其破坏机制、滞回性能、刚度退化规律、层间变形及防屈曲支撑耗能能力.试验结果表明:钢框排架-消能支撑结构具有较高的抗侧刚度及承载能力.模型试件滞回曲线呈饱满的梭形,等效黏滞阻尼系数达0.262,位移延性系数超过3.53,表现出良好的耗能及延性性能.试验过程中,防屈曲支撑可在较小加载位移时先于主体梁柱进入屈服且塑性耗能特征明显,增加了结构阻尼且耗能稳定,有效提高了结构抗震性能.     

汶川地震大型厂房框排架结构震害特征分析

为研究钢框排架-消能支撑结构的抗震性能,以某钢结构火电厂主厂房为原型并采用防屈曲支撑作为消能装置,设计了1榀5层的钢框排架-消能支撑结构试件.通过低周往复加载试验,分析其破坏机制、滞回性能、刚度退化规律、层间变形及防屈曲支撑耗能能力.试验结果表明：钢框排架-消能支撑结构具有较高的抗侧刚度及承载能力.模型试件滞回曲线呈饱满的梭形,等效黏滞阻尼系数达0.262,位移延性系数超过3.53,表现出良好的耗能及延性性能.试验过程中,防屈曲支撑可在较小加载位移时先于主体梁柱进入屈服且塑性耗能特征明显,增加了结构阻尼且耗能稳定,有效提高了结构抗震性能.

     

带自复位耗能连梁的剪力墙结构的抗震性能

为了减小强地震作用下钢筋混凝土联肢剪力墙的连梁结构损伤,实现震后结构功能的快速恢复,提出了一种兼具自复位和耗能功能的新型自复位耗能连梁.新型自复位耗能连梁在跨中安装了由形状记忆合金绞线和粘弹性耗能单元并联而成的新型复合自复位阻尼器.以一榀10层双肢剪力墙结构为例,对连梁跨中分别安装该新型自复位阻尼器的联肢剪力墙、粘弹性...     

钢筋混凝土框架结构的性能化抗震设计指标及设计方法

层间位移角是钢筋混凝土框架结构抗震设计的性能指标,进行性能化抗震设计研究具有重要的理论和实践价值.综述了国内外规范对钢筋混凝土框架结构对性能目标的规定以及相关试验研究成果,建立了在不同性能水平时的量化指标.阐述了基于位移角的抗震性能评估方法,通过阻尼比折减法和R折减系数法,给出两个能力谱的实现路径,引用SAP2000完成了算例验算.研究表明：钢筋混凝土框架结构层间屈服最大位移角为1/300～1/150,顶点位移角为1/400～1/200;层间极限最大位移角为1/50～1/30,顶点极限位移角为1/100～1/50.阻尼比折减法和R折减系数法获得性能点基本一致,Vidic-Fajfar-Fischinger折减系数法比阻尼比折减法的计算结果略小,两种方法均可作为性能化抗震设计的实用技术.     

高烈度地震区铁路桥梁新型耗能防落梁装置研究

为了解决目前铁路桥梁传统防落梁装置的不足,研发了适用于高烈度地震区铁路桥梁新型波纹钢耗能防落梁装置。推导建立了波纹钢耗能防落梁装置的力学性能计算公式,提出了铁路桥梁用耗能防落梁装置简化设计方法,并开发了装置的设计分析软件,开展了耗能防落梁装置力学性能试验研究,以渝昆高铁8度地震区某典型大跨连续梁为研究对象,设计了大桥的耗能防落梁装置,并开展了装置对大桥抗震性能分析。结果表明：建立的耗能防落梁装置力学参数计算理论和设计方法正确,适应工程实际应用的要求,耗能防落梁装置滞回曲线饱满,耗能能力较强,低周疲劳性能良好。设计的耗能防落梁装置可以满足高速铁路大跨桥梁抗震性能要求,具有良好的减震、耗能和缓冲作用,可降低大跨连续梁桥梁端位移约25%。     

大跨铁路桥梁金属限位减震装置设计与力学性能

为研究适用于大跨度铁路桥梁金属限位减震装置,推导建立一种金属限位减震装置的力学性能计算公式,提出了大跨度桥梁金属限位减震装置简化设计方法,并研发了装置的设计分析软件. 以郑万高铁某典型中承式混凝土平行拱桥为研究对象,提出大桥限位减震装置设计参数及其3种连接构造方案,理论计算了装置的力学性能参数,并开展了装置的力学性能实体有限元分析及其对全桥抗震性能影响分析研究. 结果表明:所建立的大跨桥梁金属限位减震装置设计方法适应性强、计算精度高,满足工程应用的精度要求,设计的限位减震装置可以满足高速铁路桥梁对行车舒适性和安全性的要求,具有良好的减震耗能作用,可降低大跨桥梁梁端位移约20%.     

耗能框架体系的动力分析

研究了带有金属阻尼器及其与粘滞流体阻尼器串并联组合平面框架体系。分别采用Bouc-Wen模型和粘滞阻尼模型模拟金属和粘性流体阻尼器的滞回特性,建立耗能体系的动力分析方法。数值分析表明,阻尼器采用并联组合方式对位移和加速度的减振效果要优于串联组合方式。     

Y形偏心支撑高强钢框架结构抗震性能

在Y形偏心支撑高强钢框架结构抗震性振动台试验的基础上,建立了试验试件的有限元模型,并验证了分析的正确性。设计了一个9层的Y形偏心支撑高强钢框架结构,以耗能梁段长度、耗能梁段腹板高厚比、高跨比为参数,对9层结构进行了非线性动力时程分析,研究了以上参数对结构抗震性能的影响。研究结果表明,改变耗能梁段长度、高跨比对结构层间侧移、耗能梁段性能、框架柱弯矩、耗能能力均有不同程度的影响,对框架柱轴力、基底剪力无显著影响;改变耗能梁段腹板高厚比对结构耗能能力有影响,对结构层间侧移、耗能梁段性能、框架柱受力、基底剪力无显著影响,并给出了相关设计建议。     

消能减震在基于性能的抗震设计中的研究

消能减震设计是基于性能抗震设计的一个实现手段,它是传统的抗震设计的深化,代表了未来抗震设计的发展方向.通过对结构体系的动力计算模型的分析,得出阻尼比对结构的影响至关重要,以简化的方法计算结构的等效阻尼比.通过算例,对钢筋混凝土规则框架进行基本性能目标与重要性能目标的消能减震时程分析.实例分析证明,安装阻尼器后的结构,位移、加速度和层间位移角明显减小,并从投资效益方面作了对比,说明消能减震技术具有较大的实用性.