减少隔震建筑物隔震层相对位移的研究

以某实际的框架隔震建筑结构为工程背景,该工程在基础与主体结构之间使用了摩擦摆隔震支座,加入了隔震层后出现过大的位移,从而影响了隔震建筑物的使用。为解决隔震层在地震作用下出现过大位移的问题,考虑隔震层中按照一定的规律加入阻尼器,同时研究了阻尼器在地震作用下的减震率。在SAP2000有限元软件中建立该建筑物的有限元模型,在模型中并考虑阻尼器和摩擦摆隔震支座的加入,并对在隔震层中加入与未加阻尼器的地震响应做了系统的对比研究。研究结果表明,在建筑物的隔震层中加入阻尼器后能有效减少隔震建筑物在地震作用下的刚体位移,同时使隔震建筑物的适用性更强。     

近场脉冲型地震下层间隔震减震分析与层间混合隔震控制

层间隔震的隔震层下部结构类似于抗震体系,其在近场脉冲型地震下易产生弹塑性变形,且隔震层易发生过大变形而导致其上部结构倾覆失稳,这些不利影响需深入探讨。本文对比分析在有、无速度脉冲型地震激励下层间隔震结构的弹性和弹塑性反应,探讨速度脉冲对隔震层变形、隔震结构塑性铰分布所产生的影响,提出在隔震层增设粘滞阻尼器形成层间混合隔震方案,分析其对隔震层的限位保护效果及其对隔震结构非线性反应的减震效果。结果表明:在有速度脉冲型近场地震作用下,隔震层下部结构的峰值层间剪力与峰值层间位移角比原抗震结构有不同程度的增大,隔震层最大变形比无速度脉冲型地震下的最大变形有显著增加,远超越了隔震支座容许变形值。层间混合隔震能有效控制隔震层上部结构、下部结构的非线性地震反应与隔震层最大变形,避免隔震支座破坏而导致上部结构倾覆失稳倒塌。     

混合控制结构的多维动力分析与优化设计

为了改善滑移隔震结构的减震效果,并研究双向耦合地震作用对减震效果的影响。提出3种磁流变阻尼器(MRD)与滑移隔震混合方案,建立双向耦合地震作用下MRD与滑移隔震混合控制结构的动力分析模型,对6层MRD与滑移隔震混合控制结构进行地震反应分析。结果表明3种混合方案在不同工况荷载作用下的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值分别比滑移隔震结构有不同程度的降低。当考虑竖向地震作用的存在时,随着竖向地震作用的增大,结构的地震反应有小幅度的增加,但各混合方案在各种工况下的各项地震反应均得到较好的控制,而混合方案3的控制效果更加明显。建立MRD与滑移隔震混合控制结构优化设计模型,采用IHGA程序对混合方案3进行优化设计。结果表明,MRD与滑移隔震混合控制结构的各项地震反应均得到更好的控制。     

新建减震结构优化设计方法

基于隔震理论提出减震结构优化设计方法,对某8度区11层框架结构进行了减震设计,通过附加粘滞阻尼器达到设防目标,根据振型分析调整隔震层层高,使安装阻尼器楼层位置降低至底部2层;将选取的7组加速度时程曲线分为4种工况,采用ETABS对减震结构进行了多遇地震作用下的时程分析,比较了各工况下阻尼器耗能总量和最大层间位移角。研究结果表明:将主体结构与减震装置看作有机整体对减震结构进行设计可取得较好的减震效果;将隔震层主体结构抗侧刚度作为减震装置设计参数,使隔震层基本周期与场地特征周期相等可取得最佳减震效果。     

带摩擦阻尼器钢筋沥青隔震墩研究

基于基础隔震的理念研究了一种新型摩擦阻尼器与钢筋沥青隔震墩复合作用下的减震效果。通过地震模拟振动台试验研究2层钢框架模型在复合隔震层作用下的加速度和位移反应。通过对试验数据的分析和对比,带摩擦阻尼器钢筋沥青隔震墩有明显的减震效果。未加摩擦阻尼器时加速度折减系数在0.40~0.52,加上摩擦阻尼器后加速度折减系数在0.51~0.76。同时,摩擦阻尼器和钢筋沥青隔震墩施工简便,造价较低,实用性良好,可以较大范围地应用于农村多层房屋结构和工业建筑中。     

轻木-混凝土混合结构木制层间隔震体系的振动台试验研究

针对轻木-混凝土混合结构在地震作用下上部木结构反应放大的问题,提出在两种结构层间采用木制隔震装置形成隔震体系,并设计两层足尺模型进行地震模拟振动台试验,研究该体系的层间隔震效果。依次输入峰值加速度为0.10g～0.40g的3种地震波,分别对层间隔震模型和非隔震模型在纵横向的地震响应进行试验研究。结果表明：木制隔震装置有效降低了上部轻木结构的加速度反应,隔震层上下最大加速度降幅可达38%;隔震结构的相对位移集中于隔震层,上部轻木结构的层间位移较小,起到了良好的隔震作用;罕遇地震作用下,隔震层发生明显的相对位移,Taft波、人工波和El Centro波作用下最大相对位移分别为82.26、82.92 mm和57.2 mm,说明隔震装置能有效降低模型的地震反应,且隔震效果与输入地震波的频谱特性有关。此外,下部混凝土结构与上部轻木结构的刚度比对隔震装置的隔震效果有一定的影响,刚度比较大时,其隔震机理及效果类同于基底隔震,试验结果表明隔震效果良好;当刚度比较小时,其隔震机理及效果类同于TMD被动调谐减震,要达到理想的减震效果有待进一步的参数优化。     

带黏弹性阻尼器钢结构振动台试验研究

为研究新型合成材料黏弹性阻尼器在地震作用下的减震效果和耗能特征,将6个黏弹性阻尼器按层间柱形式安装在钢框架结构中,分别对无控结构和有控结构进行3条峰值加速度由0.1g~0.6g逐步增大的地震波作用下的振动台试验。通过对结构动力特性和结构响应的对比分析,研究黏弹性阻尼器的减震效果和耗能特征。试验结果表明:结构加速度和位移减震效果明显,剪力减震效果有限;黏弹性阻尼器频率相关性不明显,主要为剪切变形幅值相关性;随着剪切变形增加,阻尼器提供附加刚度降低,引起结构自振频率从2.81 Hz降至1.19 Hz;随着剪切变形增加,附加阻尼比先增后减,最大为18.21%;黏弹性阻尼器初始刚度对结构带来的不利影响不容忽视;黏弹性阻尼器具有良好的极限剪切变形能力,最大剪应变达到336%。     

拟负刚度磁流变智能隔震系统振动台试验研究

为研究拟负刚度控制算法及磁流变智能隔震系统的有效性和适应性,将自主研发的最大出力为10kN的磁流变液阻尼器(MRFD)安装在隔震层中心,并选取4条有代表性的远近场地震波,峰值加速度由0.1g~0.9g逐步增大,分别对普通隔震结构、输入电流为0A和1A的被动控制结构以及采用基于位移的拟负刚度(DPNS)控制算法的智能控制结构进行振动台试验。通过对结构响应和阻尼器响应的对比分析,研究拟负刚度控制算法的减震效果和磁流变智能控制系统的耗能特性。结果表明：恒定电流为0A的被动控制可同时降低上部结构反应和隔震层位移,但是减震效果有限;恒定电流为1A的被动控制对隔震层位移降低效果明显,但是在多遇地震及远场地震作用下放大了上部结构反应;DPNS控制可同时降低隔震层位移和多遇、设防地震甚至罕遇地震作用下上部结构的反应,且适应于不同的地震动特性;试验中控制系统存在的时滞效应使得DPNS控制力在多遇、设防地震作用下具有较小值,同时罕遇地震作用下具有较强的耗能能力。     

竖向不规则高层建筑双层隔震体系的抗扭分析

以某高层竖向不规则框架结构为例,输入双向地震波,采用SAP2000分析罕遇地震作用下基础隔震、层间隔震和双层隔震体系的减震性能。研究表明:双层隔震体系的周期比、顶层加速度峰值和水平向减震系数均最小,层间位移角除在转换层处有突变外,其余各层的层间位移角亦最小。双层隔震体系比单一隔震层体系的支座位移和剪力值都要小很多,滞回曲线更为饱满。双层隔震体系在七层以上位移比都是最小的,因此,对于竖向不规则高层建筑,采用双层隔震体系可有效降低高层结构地震响应和扭转响应,但需要注意局部节点加强。     

某剪力墙结构隔震设计技术经济性研究

为了研究高烈度区高层剪力墙结构住宅采用隔震设计的技术经济性,对某剪力墙结构采用隔震设计前后进行了较为全面的分析比较。多遇地震作用下,分别对隔震结构与非隔震结构的底部剪力和层间位移角进行验算。罕遇地震作用下,对隔震结构与非隔震结构的耗能性能、层间位移角、剪力墙变形角以及连梁变形角等进行对比分析,考察结构的损伤情况。在此基础上,探讨了隔震结构与非隔震结构材料用量、工程造价与设防烈度的关系。分析结果表明,采用隔震设计后,结构的地震总剪力与倾覆力矩均可降低2/3左右,多遇地震作用下的最大层间位移角可减小40%以上,罕遇地震作用下的最大层间位移角可减小50%以上;设置黏滞阻尼器对于减小隔震层的最大位移作用显著;剪力墙基本处于弹性状态,连梁的损伤程度大大降低。8度(0.3g)设防时,隔震结构钢筋和混凝土的用量均明显少于非隔震结构,工程造价低于非隔震结构。