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。     

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。     

高烈度区项目隔震层中黏滞阻尼器的设计与应用

介绍了高烈度区项目隔震层中黏滞阻尼器及隔震橡胶支座的组合设计思路,通过调节黏滞阻尼器及隔震支座力学参数的选取,以某9度区高层剪力墙结构为例,对主体结构进行了敏感度分析计算。研究结果表明：高烈度区项目在隔震层中增设黏滞阻尼器,可以在一定程度上降低罕遇地震下隔震支座的拉应力,同时减小隔震支座位移量,提高结构的抗震性能,为高烈度区高层剪力墙结构提供经济可行的隔震设计方案。     

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。     

基础隔震与黏滞阻尼器减震性能对比研究

采用基础隔震或在结构中布置黏滞阻尼器均可以有效减轻钢筋混凝土框架结构在地震中产生的震害。以一栋7层钢筋混凝土框架为研究对象,选取与场地条件相匹配的地震波作为激励,通过试算确定隔震构件和黏滞阻尼器的型号、布置,使这两种结构在多遇地震作用下位移减少量相同。采用SAP2000进行建模,计算了结构在罕遇地震下的非线性动力响应,并对比了结构的层间位移角、楼层加速度和塑性铰分布情况。分析结果表明:采用基础隔震的结构的抗震性能要好于设置黏滞阻尼器的结构。     

2022年泸定地震某隔震建筑隔震层及上部结构地震反应分析

在2022年9月5日四川泸定6.8级地震中,位于震中附近的一栋地上6层地下1层的隔震建筑的隔震层黏滞阻尼器、穿越隔离缝的管线、隔离缝附属非结构构件等发生破坏。在介绍该建筑主要震害的基础上,通过基于简化分析模型和邻近台站实际强震记录的非线性地震反应分析,推测该建筑的最大地震反应,为分析破坏原因提供定量讨论的基础。分析结果表明,该建筑的隔震层在地震中启动工作并在沿结构短边方向发生了逾200 mm的水平变形,对减小上部结构的地震反应发挥了积极作用。隔震层中的12个黏滞阻尼器对于减小隔震层和上部结构反应的减震效果非常有限。由于黏滞阻尼器及其锚固连接的实际力学性能不明,尚无法对其大量破坏的原因得出确定性结论,可能的原因涉及设计、产品、施工等环节。     

考虑近断层地震的隔震结构增设黏滞阻尼器效果分析

介绍了新疆近断层地震动特点及其对隔震结构的影响。在太平洋地震工程中心地震记录数据库中选取2条近断层地震记录EL-CENTRO ARRAY#6波和CHY101波,再加上按规范反应谱拟合的人工时程一起作为输入。以喀什地区某医院隔震加固为背景,对采用铅芯叠层橡胶支座的隔震体系和铅芯叠层橡胶支座与黏滞阻尼器组合的隔震体系进行动力时程对比。分析结果表明,采用铅芯叠层橡胶支座与黏滞阻尼器组合的隔震体系在人工地震动和近断层地震动作用下的隔震效果都比较明显,而仅采用铅芯叠层橡胶支座的隔震体系在近断层地震作用下无明显隔震效果,结构安全性无法保证。为保证隔震结构在各种地震动作用下的稳定性及安全性,应在隔震层中增设黏滞阻尼器,以增大结构的附加阻尼,提高隔震效果。     

黏滞阻尼器减震结构地震反应分析的一种空间协同模型

如何控制结构在地震作用下的扭转作用是结构抗震设计中经常遇到的问题。采用建筑结构的空间协同模型动力分析方法,推导了黏滞阻尼器减震结构的附加阻尼矩阵、动力平衡方程,分析地震作用下高层钢结构中设置黏滞阻尼器的减震效果。改进后的程序能够计算黏滞阻尼器减震结构在双向地震波作用下的动力时程反应。空间力学模型可考虑局部楼板变形对结构地震反应的影响,考虑了错层结构、大底盘上部多塔结构、连体结构等复杂的结构形式,可沿任意角度输入相互垂直的两个水平地震动分量,可求解结构每层及结构构件和黏滞阻尼器的内力和变形。分析结果表明,黏滞阻尼器能够大量消耗地震输入能量,减小主体结构的地震反应。     

黏滞阻尼器控制偏心结构扭转耦联振动效果分析

为了有效控制地震作用下偏心结构扭转耦联振动所引起的灾变问题,在理论分析和数值计算的基础上,建立了地震作用下偏心结构的扭转耦联运动方程,通过研究黏滞阻尼器对偏心结构扭转耦联振动的控制效果,对比分析4种黏滞阻尼器常用布置方案下偏心结构的地震响应,量化了黏滞阻尼器和钢支撑共同保护作用下对偏心结构减震效果的影响。研究结果表明:设置有黏滞阻尼器的偏心结构,在双向地震作用下偏心结构最大层位移和层间位移角均得到有效的控制;在多遇地震作用下黏滞阻尼器人字型布置方式对控制偏心结构扭转效果明显,罕遇地震作用下不同布置方式的控制效果相差不大,其结果可为地震作用下类似的偏心结构扭转效应的振动控制提供借鉴参考。     

高层隔震结构非平稳随机地震响应与动力可靠度分析

考虑地震动的非平稳特性,运用虚拟激励法对高层隔震结构在非平稳激励下的随机地震响应进行研究。采用Bouc-Wen模型与刚度退化的Bouc-Wen模型分别模拟隔震层与上部楼层的滞变特性,建立高层隔震结构的非线性化运动方程。运用精细积分法对每一时刻的响应进行求解,得到高层隔震结构在非平稳地震激励下各楼层响应的时变方差。基于首次穿越准则,研究非平稳随机地震激励下各楼层与结构整体的可靠度。运用上述理论,分析某高层基础隔震结构在8度与9度罕遇地震作用下的随机地震响应,隔震后上部结构各楼层层间位移方差较非隔震结构大幅减小。研究表明：结构的位移响应呈现强烈的非平稳性,且具有明显的时滞现象;高层隔震结构在强震作用下各楼层可靠度较非隔震结构有很大的提高,说明高层隔震结构具有足够的安全性。运用可靠度理论进行分析亦能发现结构的薄弱部位,该方法对结构的性能设计与性态控制具有指导意义。     

近场脉冲型强震下基础隔震结构的非线性反应与限位分析

近场地震动是具有长周期、短持时、高能量的速度脉冲运动,其对基础隔震的减震性能产生不利影响。建立一幢10层钢筋混凝土框架基础隔震的有限元模型,分析其在近场脉冲型强震与常规强震作用下的非线性反应,探讨速度脉冲对层间弹塑性位移、层间剪力、隔震层变形及隔震结构塑性铰分布的影响。提出在隔震层增设黏滞阻尼器,形成混合隔震方案,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:基础隔震在速度脉冲近场强震作用下的非线性反应较常规强震显著增大;隔震层最大变形显著增加,远超过了隔震支座容许变形值。考虑近场影响系数不能有效反映长周期速度脉冲对隔震结构的不利影响。混合隔震能有效控制隔震层上部结构的非线性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。     

某高层剪力墙结构隔震设计及抗震性能分析

某高层住宅位于地震高烈度区河北省唐山市,为提高该结构抗震性能对其进行隔震设计;为了研究采用隔震技术的剪力墙结构的抗震性能,分别建立了非隔震结构和隔震结构有限元模型并进行非线性时程分析。分析结果表明:隔震层偏心率和抗风设计结果均满足规范要求;多遇地震作用下,隔震结构水平减震系数不大于0.38,上部结构最大层间位移角小于1/800;罕遇地震作用下,黏滞阻尼器有效控制了隔震层变形,各支座均未出现受拉现象,隔震结构抗震性能良好,隔震方案可行。     

黏滞阻尼器凸轮式响应放大单自由度减震体系的地震反应分析

为了研究黏滞阻尼器凸轮式响应放大装置的减震控制,基于对其工作机理和阻尼力计算公式的已有研究,建立了安装黏滞阻尼器凸轮式响应放大装置的单自由度体系运动方程和能量方程,对安装黏滞阻尼器的单自由度体系和安装黏滞阻尼器凸轮式响应放大单自由度体系进行了地震反应分析对比,包括:对具有相同阻尼系数的黏滞阻尼器,进行了多遇地震作用下的控制效果分析和能量分析;对El Centro波作用下具有相同位移控制效果的不同阻尼系数的黏滞阻尼器,进行了罕遇地震作用下的控制效果分析和能量分析.结果表明,该装置在不同强度地震作用下对位移、速度、阻尼力等响应具有明显的放大作用,安装阻尼系数较小的阻尼器可达到直接安装阻尼系数较大阻尼器相同的减震和耗能效果,且具有在不同强度地震作用下位移不失效的优点.     

黏滞阻尼器凸轮式响应放大单自由度减震体系的地震反应分析

为了研究黏滞阻尼器凸轮式响应放大装置的减震控制,基于对其工作机理和阻尼力计算公式的已有研究,建立了安装黏滞阻尼器凸轮式响应放大装置的单自由度体系运动方程和能量方程,对安装黏滞阻尼器的单自由度体系和安装黏滞阻尼器凸轮式响应放大单自由度体系进行了地震反应分析对比,包括:对具有相同阻尼系数的黏滞阻尼器,进行了多遇地震作用下的控制效果分析和能量分析;对El Centro波作用下具有相同位移控制效果的不同阻尼系数的黏滞阻尼器,进行了罕遇地震作用下的控制效果分析和能量分析.结果表明,该装置在不同强度地震作用下对位移、速度、阻尼力等响应具有明显的放大作用,安装阻尼系数较小的阻尼器可达到直接安装阻尼系数较大阻尼器相同的减震和耗能效果,且具有在不同强度地震作用下位移不失效的优点.     

惯性减振和基础隔震混合控制研究

隔震结构是最为常见的减震方式之一,通过设置隔震层可以有效减小上部结构的地震反应,但同时隔震层也将承担较大的位移反应,这往往成为隔震结构设计时的主要限制因素。通过在隔震结构上加装调谐质量阻尼器(TMD)可以在一定程度上减小隔震层的位移反应,但是其减震效果受到质量比的限制。基于此,本文拟对一种新型的惯性减振装置(旋转惯性双重调谐质量阻尼器(RIDTMD))和基础隔震混合控制结构进行地震作用下的响应分析。RIDTMD在传统的弹簧单元和阻尼单元外又加入了质量单元,利用质量单元的旋转惯性进行减震,从而实现较大的表观质量,使减震效率和鲁棒性均有所提高。以某8层基础隔震结构为算例,研究了RIDTMD对混合控制体系控制效果的影响,并对TMD与惯性减振装置在隔震结构中的减震效果进行了比较。     

设置粘滞阻尼器的基础隔震结构地震响应分析

基础隔震结构中隔震支座的的恢复力-变形行为采用Bouc-wen模型模拟,建立运动方程进行时程分析,利用MATLAB自编程序实现数值分析,对比了相同隔震层控制效果的前提下设置线性阻尼器与非线性阻尼器对结构响应的影响,并对体系进行了能量分析。研究表明,非线性阻尼器能以较小的阻尼力控制隔震层位移,而线性阻尼器更有利于抑制上部结构的地震响应,但线性阻尼器输出力要求大,制作成本也高,实际应用中可优先考虑线性阻尼器,合理选择阻尼系数以获得较低成本及良好的控制效果,另外从能量角度分析得阻尼器的耗能机理。     

TLCD-偏心基础隔震结构减振控制

为了减小隔震层和上部结构偏心造成的结构扭转破坏,本文对偏心基础隔震结构和调频液柱阻尼器(TLCD)相结合的混合系统进行了研究,采用分部计算方法,分别先建立单层和多层上部结构、隔震层、TLCD运动方程,再建立基础隔震结构方程,得到TLCD–基础隔震结构耦联方程。根据偏心基础隔震结构动力特性合理放置TLCD,利用偏心结构TLCD转化TMD方法初步设计单个TLCD频率和阻尼比,并采用状态空间方程优化多个TLCD参数。编写MATLAB软件对比偏心基础隔震与偏心结构混合控制系统动力响应。通过对某三层偏心基础隔震结构进行数值模拟,四条地震波作用下对偏心隔震结构、TLCD–偏心隔震结构进行了时程分析,得出TLCD–隔震结构比隔震结构能更好地控制各层平移–扭转耦联响应。     

中新天津生态城十二年制学校隔震设计与研究

中新天津生态城十二年制学校工程位于8度区(0.3g),对其中的教学楼和体育馆建筑进行了隔震设计,采用基础隔震形式,设置了355个隔震支座、211个U形钢棒阻尼器、58个黏滞阻尼器,是目前国内首次将U形钢棒阻尼器应用于隔震建筑的项目。隔震分析中计算了中震减震效果,并采用ABAQUS软件对隔震结构进行了大震作用下的验算。计算分析表明,采取隔震措施可显著降低上部结构的地震作用,解决扭转不规则问题,优化建筑布置。     

同时附加位移和速度相关型阻尼的钢框架结构设计方法研究

在地震作用下,多高层钢框架结构主要发生剪切型变形,下部楼层相对位移较大,故应在下部楼层附加位移相关型阻尼器(如金属阻尼器).下部楼层附加金属阻尼器后对结构进行地震反应时程分析,可知上部楼层的层间速度明显大于下部楼层,因而可以在上部楼层附加速度相关型阻尼器(如黏滞阻尼器),如此就得到同时附加位移和速度相关型阻尼的钢框架消能减震结构.本文通过数值分析首先阐明同时附加位移和速度相关型阻尼的设计思想以后,介绍了基于等效线性化理论和减震性能曲线的消能结构设计方法,并利用此方法研究了结构同时附加金属阻尼器和黏滞阻尼器的消能减震结构设计方法.结果表明,该结构减震效果比仅附加金属或仅附加黏滞阻尼结构的减震效果要好.     

某多塔连体高层结构抗震性能化分析

某多塔连体高层建筑由3栋高度不同的高层建筑和高位钢结构连接体组成,连接体与主体结构之间设置摩擦摆隔震支座,支座位移较大的位置设置黏滞阻尼器。对整体结构进行了考虑支座非线性的整体建模分析,并与单塔独立模型的模拟结果进行对比。结果表明：设计所选用的弱连接有效减小了连接体对主体结构的影响,设置摩擦摆隔震支座和黏滞阻尼器减小了各塔楼的地震响应。最后,对整体结构进行了动力弹塑性时程分析,研究了结构的位移和层剪力、摩擦摆隔震支座和阻尼器的响应以及构件的损伤变化过程。结果表明：整体结构、摩擦摆隔震支座和黏滞阻尼器、结构构件均满足预定的抗震性能设计目标,该多塔结构在罕遇地震作用下的弹塑性反应及破坏机制,符合结构工程抗震概念设计的要求。