含形状记忆合金自复位阻尼器隔震结构的地震反应分析

为了使隔震结构体系能够同时获得良好的隔震特性及震后自复位能力,本文利用形状记忆合金(SMA)材料在相变伪弹性阶段具有较好阻尼性能这一特点,采用SMA自复位阻尼器与常规叠层橡胶垫组合成自复位隔震装置。根据SMA材料相变伪弹性的本构模型,对SMA自复位阻尼器在反复循环荷载下的力学行为进行了数值模拟,得到了相应的滞回耗能曲线。提出了一种针对SMA自复位阻尼器的分段线性化恢复力模型,并依据剪切型层模型理论,编制了设有SMA自复位阻尼器隔震结构在地震作用下的弹塑性时程分析程序,对设有这种新型隔震装置工程结构进行地震反应分析。分析结果表明,这种隔震装置不仅可以大大减轻地震对上部结构的影响,而且还具有很好的震后复位能力,因此具有较好的工程应用前景。     

带水平向黏滞阻尼器的弹簧支座隔振结构抗震性能研究

针对弹簧隔振结构具有竖向隔震性能佳、水平减震性能不足的特点,提出一种带水平向黏滞阻尼器的弹簧支座隔振结构,将弹簧支座与黏滞阻尼器组合,既能满足竖向隔振需求,又能在水平向达到减震效果。以上音歌剧院为工程背景,主要研究带水平向黏滞阻尼器的弹簧支座隔振结构的抗震性能。首先通过弹簧支座方案与无隔振方案的对比,得到弹簧支座隔振结构竖向隔振效果显著、水平隔震效果不佳的结论;提出"弹簧隔振支座+黏滞阻尼器"的组合隔振方案,通过详细的方案对比证明组合隔振结构在受力和变形控制上的优越性;对整体结构进行罕遇地震下抗震性能分析,结果表明隔振弹簧可正常工作,黏滞阻尼器发挥良好耗能作用,整体结构处于较优的性能状态。     

附设耗能装置的高层基础隔震建筑抗震性能研究

针对高层基础隔震建筑在地震作用下的动力特性进行分析研究,选择混合隔震控制的设计方案。建立高层基础隔震结构混合隔震控制体系的运动方程,方程中构建上部结构与隔震层之间的非比例阻尼矩阵,并考虑地震作用下结构的非线性。通过对在上部结构附设黏滞性阻尼器的结构模型进行有限元计算,可以看出在地震作用时由于所设黏滞阻尼器与隔震层的协同工作,建筑物的地震响应有明显改善。同时对添加了黏滞阻尼器与叠层橡胶支座相结合的混合控制与单纯基础隔震的减震控制效果加以比较。分析结果表明:这种混合隔震体系可以有效地减小高层基础隔震结构的地震反应,提高其抗震安全性,取得较好的经济和社会效益。     

碟形弹簧复合隔震支座力学性能试验与数值模拟研究

为了提高普通碟形弹簧隔震支座的耗能能力,将普通碟形弹簧隔震支座与黏弹性阻尼材料相结合,形成碟形弹簧复合隔震支座。对碟形弹簧复合隔震支座进行静力和动力往复加载试验,考察加载预压量、位移幅值和加载频率对其力学性能的影响。试验结果表明,黏弹性阻尼材料能够有效提高普通碟形弹簧隔震支座的耗能能力;加载频率对其等效刚度和等效阻尼比影响较小;位移幅值和加载预压量与其等效刚度和等效阻尼比成正相关关系;黏弹性阻尼耗能及库仑阻尼耗能占碟形弹簧复合隔震支座耗能的主要部分,黏性阻尼耗能占其耗能的比重较小。利用ABAQUS软件建立碟形弹簧复合隔震支座的精细化数值模型,对其承受静力和动力荷载的力学行为进行数值模拟。数值模拟结果表明,C3D8R单元和C3D8H单元能够有效模拟碟形弹簧复合隔震支座中碟形弹簧和黏弹性阻尼材料的力学行为。     

减隔震建筑物动力特性对比研究

以某实际的框架建筑结构为工程背景,以该框架建筑结构为基础,分别设计成隔震建筑物和加阻尼器后的减震建筑物,对抗震建筑物、隔震建筑物以及加阻尼器后的减震建筑物进行动力特性研究。本文使用SAP2000有限元软件建立该实际工程的有限元分析模型,同时以建好的该实际工程的有限元模型为基础,分别建立加摩擦摆支座的隔震建筑物和在建筑物加阻尼器的减震建筑物的有限元分析模型,对三个模型的自振周期和振型图进行对比分析,研究自振周期和振型图的变化以及相应的规律。研究结果表明,从抗震结构到隔震结构自振周期变长,从减震结构到抗震结构自振周期变短,三个模型的振型图相近。     

往复荷载作用下自复位墙滞回性能研究

将自复位墙简化成刚体,研究了往复荷载作用下自复位墙的滞回性能。通过理论推导,得出往复荷载作用下自复位墙的水平力 转角滞回曲线,给出了各特征点水平力和转角及等效黏滞阻尼系数的表达式,推导了自复位墙保证自复位性能应满足的条件,并提出了自复位墙简化滞回模型。在此基础上,通过参数分析进一步研究了预应力筋及阻尼器设计参数对自复位墙滞回性能的影响。结果表明：自复位墙的转动临界荷载与墙体自重及预应力筋的初始力有关;墙体完全卸载时是否有残余变形与墙体自重、预应力筋初始力及阻尼器屈服力有关;阻尼器屈服力对自复位墙滞回性能影响最大,预应力筋初始力及弹性刚度影响相对较小,阻尼器弹性刚度及布置位置影响最小。     

碟形弹簧竖向减震装置的竖向地震反应分析

对河北理工大学研制的由碟形弹簧和粘弹性阻尼器组合而成的碟形弹簧竖向减震装置进行了力学性能试验研究,建立了恢复力模型。并以一个8层框架为例,对其竖向地震响应进行了时程反应分析,对比了隔震结构及其相应非隔震结构的动力特性,计算出罕遇地震作用下结构各层的最大加速度和位移。结果表明,该竖向减震装置能够起到有效减轻竖向地震动的作用。     

梁端弹簧自复位框架耗能节点试验研究

梁端弹簧自复位框架耗能节点是一种新型自复位节点形式,通过在梁端布置弹性恢复装置和节点阻尼器,使得节点具有确定的转动刚度和阻尼,可以同时实现结构的自复位和地震能量耗散。为了验证节点的可行性、研究其抗震性能,选择钢板弹簧作为弹性恢复装置、腹板屈服耗能金属阻尼器作为耗能装置进行节点构造,并对足尺梁端弹簧自复位框架耗能节点进行拟静力试验,得到无控节点和有控节点的试验滞回曲线和骨架曲线。试验结果表明,梁端弹簧自复位耗能框架有控节点试验的滞回曲线饱满、具有良好的耗能能力,通过无控节点试验的骨架曲线求得的节点转动刚度与预设设计值一致,表明采用梁端弹簧耗能节点构造自复位框架是可行的,为进一步研究整体框架抗震性能提供依据。     

大跨空间结构隔震减振体系研究综述（英文）

近年来,全球地震灾害频发,大跨空间结构受灾严重,造成严重的人员伤亡和极大的经济损失。为此深入揭示大跨空间结构的动力损伤破坏机理,发展韧性提升技术,已成为大跨空间结构领域研究的热点与难点。振动控制技术引起了国内外科研人员的广泛关注,然而目前结构振动控制技术的研究主要集中在框架结构和剪力墙结构中,缺乏针对大跨空间结构特性,如水平变形大、空间性强、动力特性复杂等特点的结合。开展大跨空间结构隔震减振研究,对提升结构韧性水平,最大限度减轻灾害风险具有重要意义。系统总结了近年来国内外隔震技术和减振技术在大跨空间结构中的发展动态及工程应用情况。对于隔震技术,首先介绍了国内外大跨空间结构中常见的水平隔震支座,如橡胶隔震垫、摩擦滑板等的力学特性以及利用形状记忆合金等对常见水平隔震支座进行的改进。随后介绍了大跨空间结构三维隔震支座研发及力学性能研究现状,如早期的空气弹簧组合支座和液压组合支座,近年来研发的碟形弹簧组合支座和厚橡胶组合支座等,在总结现有研究成果的基础上指出了目前存在的问题以及继续研发具有抗拔功能和转动功能的新型三维隔震装置的必要性。随后分别介绍了大跨空间结构的隔震机理、分析理论和设计方法,考察了隔震前、后大跨空间结构的动力响应特性,分析了不同强度、不同类型的地震动以及行波效应等对隔震结构地震响应的影响等,证明了隔震技术能有效降低大跨空间结构的地震响应。最后介绍了隔震体系在大跨空间结构中的工程应用,展现了隔震技术在实际工程中的振动控制效果。对于减振技术,首先介绍了国内外学者利用形状记忆合金的超弹性和高阻尼对常见的摩擦阻尼器和黏滞阻尼器等进行的改造和创新,以及智能控制和智能材料在大跨空间结构中的应用。指出现有阻尼器存在构造复杂、后期维护困难等问题,有必要继续提高大跨空间结构减振装置的耗能能力、自复位能力、抗疲劳性能及可更换性。随后以大跨空间结构中广泛应用的TMD装置、黏滞阻尼器和黏弹性阻尼器为例,提出了阻尼器布置方法,研究了杆件替换率、地震动强度以及不同地震作用对减振效果的影响,证明了减振技术能有效降低大跨空间结构在地震、风等动力荷载作用下的响应。最后介绍了减振体系在大跨空间结构中的工程应用,展现了减振技术在实际工程中的减振效果。此外,探讨了大跨空间结构隔震减振体系面临的主要问题和发展方向。在隔震减振元件研发方面,还需进一步研发可应用的三维隔震支座以及同时具有耗能能力、自复位能力、抗疲劳性能及可更换性的新型减振装置;在理论分析方法方面,还需继续开展试验研究,提出准确、简单、实用的理论分析和设计方法;在智能控制方面,主动控制和半主动控制等在大跨度空间结构中的研究应用相对较少,还需继续开发新型智能材料,优化智能控制算法,改善被动控制控制效果不理想的问题;在抗震韧性评估方面,还需进一步提出大跨空间结构隔震减振体系韧性提升技术,为大跨空间结构的安全运行提供理论支撑和技术保障。可为大跨空间结构隔震减振体系的深入研究和进一步应用提供有益的参考。     

自复位消能桥墩抗震性能研究

介绍自复位消能桥墩的基本概念及研究意义,基于SAP2000平台建立自复位消能桥墩的多弹簧模型,提出用多线性弹性弹簧代替预应力筋,用弹塑性弹簧代替阻尼器的简化数值模拟方法,并对该模型进行Pushover分析,研究自复位组件及耗能组件对桥墩滞回性能的影响。同时对自复位消能桥墩和传统桥墩进行非线性动力时程分析,研究两种桥墩在地震波下的抗震性能。结果表明自复位消能桥墩多弹簧模型地震作用下性能稳定,地震作用下自复位消能桥墩的柱顶最大位移大于传统桥墩,残余位移明显小于传统桥墩结构,桥墩震后性能良好。     

某市民之家框架结构运用黏滞阻尼器的减震分析

在建筑结构中,采用减隔震技术可使结构的抗震性能得到了显著提升。采用黏滞阻尼器对某市民之家进行减震设计,采用时程分析法对比分析减震与非减震时结构的响应。分析结果表明,使用黏滞阻尼器的减震结构的地震响应明显减小。     

自复位黏滞阻尼器的构造设计与抗震韧性提升

为提高建筑结构抗震韧性，提出了一种将环簧阻尼器和黏滞阻尼器并联的自复位黏滞阻尼器构造，分析其工作原理，在元件和构件层次分别进行了静力和动力试验研究。试验结果表明：自复位黏滞阻尼器构造合理，在不同振动频率下表现出良好的自复位能力与无损伤耗能能力。采用基于性能的塑性设计方法，设计了屈曲约束支撑钢框架、自复位环簧支撑钢框架和自复位黏滞阻尼支撑钢框架，对比分析不同结构体系的地震响应。分析结果表明：基于性能的塑性设计方法可以实现自复位黏滞阻尼支撑钢框架的性能目标；在一致的性能目标下，自复位黏滞阻尼支撑钢框架相比自复位环簧支撑钢框架具有更低的承载力需求，降低了结构用钢量，同时降低了楼层加速度响应，减少非结构构件损失；相比屈曲约束支撑钢框架，具有与之相当的消能减震效果，同时能够有效地控制结构残余变形，进而提高结构的抗震韧性。     

新型自复位三维隔震结构动力响应数值模拟分析

针对常规水平隔震结构竖向加速度被放大、钢弹簧三维隔震支座抗拉能力差且易发生提离失效等问题,研发新型自复位抗拉三维隔震支座,使结构具有三维隔震能力,防止支座发生提离失效。通过有限元分析软件SAP2000建立采用叠层橡胶隔震支座的常规水平隔震结构模型和采用新型自复位抗拉三维隔震支座的三维隔震结构模型,并对比分析不同地震波作用下的结构动力响应。研究结果表明,常规水平隔震结构水平加速度响应相对于地面显著减小,但竖向加速度响应相对于地面显著增大;三维隔震结构水平加速度响应相对于地面显著减小,竖向加速度响应相对于地面未出现显著放大现象;在地面峰值加速度为0.6g的工况下,常规水平隔震结构隔震支座进入受拉状态,但三维隔震结构隔震支座一直处于受压状态。     

隔震层附加黏滞阻尼器对高层建筑基础隔震结构动力响应影响

隔震层附加黏滞阻尼器对高层基础隔震结构的动力响应影响研究较少。以某地医院15层病房楼为对象,选取隔震层附加黏滞阻尼器前后两种结构,进行三向地震动的弹塑性时程分析。结果表明,隔震层附加黏滞阻尼器后层间剪力增幅可达21.3%;首层层间位移角减小15%左右,中上部楼层层间位移角增加约4%左右;隔震层位移减小可达33.6%,可以有效降低隔震支座拉应力,但对压应力影响不明显。     

多级变频复合摩擦摆-隔震支座的力学性能和隔震效果研究

为避免摩擦摆隔震结构与上部结构发生共振破坏,研制出具有变曲率变摩擦系数圆弧滑动面的多级变频摩擦摆隔震支座。在阐述其力学性能和隔震机理的基础上,通过动力平衡方程分析得出该多级变频摩擦摆隔震支座的自振周期只与该摩擦摆摩擦系数μ、弧面半径R及摩擦摆水平限度位移有关。加工出实体模型,通过试验测试其恢复力模型和摩擦系数等力学性能;采用ABAQUS有限元软件对一栋安装此隔震支座的6层框架结构进行模拟分析,对比在地震作用下,隔震前后结构的动力响应。研究表明:多级变频摩擦摆具有良好的稳定性、变频能力、自限及自复位能力,且适应多级隔震,无需单独设置阻尼器,结构简单,应用方便,隔震效果良好。     

变性能黏滞阻尼器隔震结构体系抗风与隔震分析

高风压、高烈度地区的高层建筑隔震设计时存在隔震层抗风需求与减震效果难以协调的问题,且罕遇地震作用下隔震层位移过大需进行限制,为此,提出在隔震层中增设变性能黏滞阻尼器形成组合隔震体系,利用变性能黏滞阻尼器的分段式性能分别控制风、地震作用下结构响应。介绍了变性能黏滞阻尼器隔震体系的构造、作用机理、设计流程,并以某29层框剪结构为例进行了隔震设计分析。结果表明,变性能黏滞阻尼器隔震体系具有良好的耗能能力和隔震层限位效果,能够同时兼顾高层隔震结构抗风与减震需求,在高风压、高烈度地区的高层隔震建筑中有较好的工程应用价值。     

自复位黏滞阻尼器抗震性能研究

工程中消能减震技术采用的消能装置种类众多,大部分具有良好的耗能能力,在提升建筑结构抗震性能中被广泛使用。现今研究表明震后残余位移对结构的修复使用具有重要意义,因此如何有效减小震后残余位移成为工程界强烈关注的问题。相较于普通阻尼器,1种具有自复位能力的阻尼器成为新方向。以1幢6层混凝土框架结构为例,安装1种新型的自复位黏滞阻尼器,在有限元软件Open Sees中进行模拟计算,分析单参数指标和多参数指标进行抗震性能分析。研究结果表明,自复位黏滞阻尼器不仅可以有效耗散地震能量,降低结构地震响应,提高结构的抗震性能,而且可以依靠阻尼器旗帜型的滞回曲线为结构提供回复力,高效地减小结构的残余位移,甚至可以消除残余位移,为震后结构正常使用提供了保障,同时表明残余位移对于评估自复位黏滞阻尼器在框架减震作用中具有重要意义。     

设置碟形弹簧的自复位梁柱连接受力性能研究

为了降低框架结构的震后残余变形，降低结构震后维护成本，提出了设置碟形弹簧的梁柱连接，即弹性摩擦连接(resilient friction connector,简称RFC)。将RFC应用在梁端与柱连接形成弹性摩擦梁抗弯框架(resilient friction beam moment-resisting frame, RFB-MF)。基于RFB-MF的基本力学模型进行滞回曲线的理论预测；在ABAQUS软件中建立RFB-MF三维有限元模型验证其自复位性能；参数分析研究摩擦系数、螺栓预紧力、碟形弹簧刚度和坡口倾角对RFB-MF受力性能的影响。结果显示：RFB-MF的自复位性能显著，预测和模拟的滞回曲线都表现为“旗帜形”;初始刚度的模拟值约为预测值的50%;摩擦系数的改变对滞回曲线影响较小，当摩擦系数从0.14增加到0.20,初始刚度、第二刚度、启动力、临界力的增长率都小于20%;提高RFB-MF启动力的最有效方式为增大螺栓预紧力；第二刚度的大小与碟形弹簧刚度、坡口倾角呈正相关，与螺栓预紧力大小无关。     

某8度区近断层甲类建筑基础隔震分析与设计北大核心CSCD

以8度区西安市疾病预防控制中心病毒实验楼为研究对象,分析了近断层地震动特性及其对隔震结构的不利影响,确定了甲类建筑基础隔震设计所需的地震动参数和抗震性能目标。对比了橡胶隔震支座、橡胶隔震支座+黏滞阻尼器、橡胶隔震支座+黏滞阻尼器+滑板隔震支座三种隔震层设计方案,研究了黏滞阻尼器和滑板隔震支座对隔震层的影响。表明黏滞阻尼器能够有效控制隔震层在大震作用下的位移。根据分析结果选择橡胶隔震支座+黏滞阻尼器+滑板隔震支座的隔震方案。上部结构分别采用直接分析法和传统水平向减震系数法相融合的设计方法进行设计,通过楼层剪力对比验证该方法的合理性。采用PERFORM 3D软件对隔震结构进行了大震作用下的抗震性能评估,结果表明结构完全满足罕遇地震可修、极罕遇地震不倒的性能目标。     

设置阻尼负刚度系统的高层隔震结构地震响应分析

基于预压弹簧的变形受力特点设计了一种附带阻尼的负刚度系统，该系统通过预压弹簧的斜向变形出力可实现负刚度性能，并采用黏滞阻尼器提供阻尼性能。根据上述思想设计组装了负刚度模型装置并进行静力试验研究，基于试验结果提出了考虑弹簧刚度、弹簧长度、弹簧预压缩量的负刚度系统的力学模型，并进一步建立了负刚度隔震系统的动力分析模型，提出了负刚度装置的最优参数选取方法，指出了最优负刚度配比的选取由隔震支座的阻尼比决定。将所提出的负刚度系统应用于某高层隔震结构中并进行了动力分析，结果表明，附加负刚度系统不仅能够减小高层建筑在地震作用下上部结构的加速度响应、层间变形，而且可有效控制隔震层的位移响应，实现了在罕遇地震作用下同时降低上部结构的加速度响应和隔震层位移响应的目标。