消能减震装置及其在工程中的应用

针对传统结构抗震思路,详细介绍了结构的消能减震是结构抗震的新思路,以及目前常用的消能减震装置及其适用对象,阐述了工程结构中的应用并列举大量实例.分析表明,消能减震结构具有优良的抗震性能,具有广阔的应用前景.     

短剪切型消能梁段的力学性能及其影响因素研究

已有研究表明,长度比小于1.0的短剪切型消能梁段与普通剪切型消能梁段的超强系数和塑性转角存在较大差异。该文基于Q235和Q345钢材,设计108个考虑加劲肋间距、翼缘与腹板面积比、翼缘强度和跨高比等因素的模型,并采用与已有试验结果对比验证的有限元分析方法,详细研究短剪切型消能梁段的力学性能及各因素的影响规律。结果表明,短剪切型消能梁段的超强系数和塑性转角分别能达到1.90和0.13,加劲肋间距系数和翼缘宽厚比可分别放宽至40和10√235/f_y。另外,增大翼腹比可有效提高短剪切型消能梁段腹板受剪屈服后的承载力,但改变翼缘强度和跨高比对其性能无明显影响。     

基于ABAQUS的凸轮式响应放大黏滞阻尼器消能体系抗震性能分析EI北大核心CSCD

针对所提出的凸轮式响应放大黏滞阻尼器(cam response amplification viscous damper,CRAD-VD),基于ABAQUS软件开发CRAD-VD耗能单元,编制相应消能体系非线性有限元分析的显式求解程序;将单自由度减震体系的ABAQUS计算结果与MATLAB程序分析结果进行对比,验证所开发CRAD-VD耗能单元及求解程序的准确性;进而开展装配式消能体系三维非线性模型的抗震性能分析。结果表明:开发的CRAD-VD耗能单元及求解程序可准确计算三维结构模型;三维结构体系串联小吨位黏滞阻尼器就可以得到直接安装大吨位阻尼器相似或更好的响应控制效果,有效降低装配式框架梁柱的损伤程度,体现出CRAD的响应放大效应;串联阻尼器的位移幅值始终等于预设偏心距,可避免阻尼器在极罕遇地震下位移超限而失效的问题。     

板式剪切型铅阻尼器的试验研究及有限元分析

提出一种新型的剪切型铅阻尼器,该装置中铅块直接嵌于滑动钢板与固定钢板的凹槽之间,构造简单。基于性能试验和有限元分析对该装置的滞回性能及关键参数进行了研究,研究结果表明:该阻尼器的滞回性能可以采用双线性模型加以模拟;阻尼器屈服阻尼力由铅块的剪切面积决定;加载曲线中弹性阶段与完全塑性阶段之间的过渡弧段的曲率半径与剪切铅块的长厚比成反比。     

消能伸臂体系减震性能的参数变异性影响分析

为研究结构参数变异性对消能伸臂体系减震性能的影响,推导了该体系的有限元振动方程,同时提出地震响应简化分析的"Maxwell型阻尼器计算法",并结合Gauss-Hermite降维算法分析了确定性激励、随机地震激励作用的参数变异影响情况.结果表明:Gauss-Hermite降维算法既能保证精度又能提高计算效率;确定性激励时...     

耗能型辅助墩抗震性能数值研究

耗能型辅助墩可以有效地实现大跨度斜拉桥的地震损伤控制。刚度和强度是耗能型辅助墩的关键设计参数,因此,该文对安装剪切型连梁和屈曲约束支撑两种耗能构件的双柱墩进行理论分析,推导了耗能型辅助墩的刚度和强度的简化计算公式,能够快速准确地估算其弹性刚度和屈服强度。通过有限元模型,仿真分析了其滞回性能,可以准确地模拟耗能型辅助墩的非线性行为,为大跨度斜拉桥的整体弹塑性分析提供了可靠的依据。与试验结果对比,验证了简化公式和有限元模型的准确性。对比研究了安装耗能构件的双柱墩试件和拆除耗能构件的裸双柱墩试件的性能差异,结果表明耗能构件能够显著提高辅助墩的抗震能力。最后,对安装屈曲约束支撑的辅助墩抗震性能进行了参数分析。     

基于位移的消能减震结构抗震设计方法

通过以结构构件设计为主,消能器为强度补充的设计思想减少以往基于位移设计方法中大量的迭代过程。在现阶段我国没有合适的位移设计反应谱情况下,建议采用规范中加速度转化为绝对位移的方法来建立位移反应谱。两个数值算例分别采用具体地震记录建立的位移反应谱及加速度转化的绝对位移反应谱来设计,通过加速度时程分析分别验证了该设计方法的准确性与实用性。     

不同参数钢筋混凝土核心筒抗震性能研究

为了研究钢筋混凝土核心筒的破坏机理和在不同参数下的抗震性能,该文采用基于性能结构分析软件PERFORM-3D,对钢筋混凝土核心筒在静力水平荷载作用下的受力性能进行了三维非线性数值模拟,通过与模型试验结果的对比,验证了所选弹塑性模型分析钢筋混凝土核心筒抗震性能的有效性和准确性。在此基础上,对混凝土核心筒进行参数分析,系统分析了轴压比、连梁跨高比、连梁纵筋配筋率、试件高宽比等不同参数对钢筋混凝土核心筒抗震性能的影响规律。计算结果表明,混凝土核心筒承载力随着轴压比的增大而提高,但当试验轴压比达到0.4后,承载力出现降低,变形能力随轴压比增大而降低;随着高宽比的增大,核心筒承载力降低,变形能力提高,同时,试件破坏模式也发生变化;增大连梁刚度较大地提高了试件承载力,但也严重降低了试件的延性变形性能。此外,通过核心筒试件的弹塑性损伤分析,得到核心筒试件损伤发展顺序以及各构件屈服情况。     

消能限位型钢支撑抗震性能试验研究及结构地震易损性分析

该文提出一种消能限位型钢支撑以期改善建筑结构抗震性能,设计了5个钢支撑,设计参数为限位位移、限位块数量、钢芯截面尺寸及长度。通过低周往复加载试验对5个钢支撑的破坏特征、滞回特性、骨架曲线和刚度等抗震性能进行了研究。基于IDA分析评估了含钢支撑框架结构模型的抗地震倒塌性能。结果表明:该钢支撑构造合理,滞回性能稳定;增设限位块后可发挥限位作用,并可提供较大的附加刚度;限位块数量和截面尺寸以及其与支撑工作段连接面焊缝的刚度影响附加刚度的提升程度;该文提出的钢支撑各阶段刚度计算公式所得结果与试验值符合较好,可为钢支撑设计提供参考;设置含有限位块的消能限位型钢支撑结构的倒塌储备系数提高,有利于改善底层柔性结构的抗倒塌能力。     

剪切型消能连梁的循环屈曲特性研究

该文对剪切型消能连梁的循环屈曲特性展开了试验研究,并建立了连梁的数值分析模型,分析了不同参数对连梁腹板循环屈曲特性的影响规律。研究表明:轴向位移约束对连梁的腹板的屈曲特性基本没有影响,轴力不大时也基本不影响连梁的腹板的屈曲特性。参数分析表明:腹板高厚比对连梁屈曲位移角的影响最为显著;腹板宽高比和横向加劲肋间距与腹板高度的比值对屈曲位移角的影响也十分明显,但腹板宽高比和横向加劲肋间距与腹板高度的比值超过2之后,其对屈曲位移角的影响变得很小;等效连梁长度系数和材料强化特性对屈曲位移角基本无影响。建立了腹板循环屈曲位移角的理论预测方法,试验和数值验证表明:该方法具有较高的可信性。     

新型耗能辅助墩抗震性能的参数研究

基于地震损伤控制设计的思想,作者提出了一种耗能型辅助墩结构形式。为了研究辅助墩的抗震性能,保护强震作用下超大跨斜拉桥的主塔,该文采用非线性静力分析方法对辅助墩的各种参数进行了分析,探讨了墩柱尺寸及间距,软钢剪力连杆尺寸、布置道数及间距等参数变化对辅助墩抗震性能的影响。结果表明:混凝土墩柱和剪力连杆的刚度需要一个合适的比例,墩柱间距应满足剪力连杆发生剪切型屈服的要求,剪力连杆布置方式的影响可以忽略。     

耗能伸臂桁架抗震性能的试验研究

该文以某8度区超高层框架-核心筒-伸臂桁架结构为工程背景,采用1：3比例缩尺,对三个不同构造形式的伸臂桁架抗震性能进行了拟静力试验研究。试验表明普通伸臂桁架由于腹杆整体屈曲,以及弦杆受弯屈服后翼缘局部失稳等原因,存在承载力退化速度快、延性差和耗能能力不足等缺点。将腹杆改为防屈曲支撑（BRB）可有效提高腹杆的耗能能力。采用截面削弱（RBS）构造形式可以有效提高弦杆的变形能力,防止受弯屈服截面翼缘发生局部失稳。而腹板焊接构造形式则在焊接处易发生低周疲劳破坏,不能充分发挥BRB的耗能作用。试验结果表明该研究提出的RBS与BRB相结合的伸臂桁架变形性能良好,滞回曲线饱满且承载力保持稳定,取得了良好的抗震设计效果。研究结果可以为伸臂桁架结构抗震设计提供参考。     

普通钢板墙柱型剪切耗能装置抗震性能研究

提出了一种上、下由普通钢板焊接的刚度较大的约束板、中部核心耗能区段由退火热处理后的普通钢板制作的墙柱型剪切耗能装置。完成了不同加劲肋方式的8个足尺试件的拟静力试验,并从滞回曲线、承载力、延性等方面分析耗能装置的抗震性能。研究表明：该装置具有初始刚度大、承载力高和耗能性能优良等特点;改变中间耗能区段上的加劲肋方式和尺寸,有助于改善钢板剪力墙的承载力和刚度,延缓并减轻滞回曲线中的“捏缩效应”;当耗能装置丧失承载力,大多会出现中部耗能区段的局部小区格内钢板疲劳开裂、中部耗能板整体出现面外屈曲失稳、板角焊缝被撕裂等现象。     

设置自复位耗能支撑的斜拉桥横向抗震性能研究

为减小斜拉桥横桥向的地震响应,提出一种设置预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥横向减震体系及支撑参数的设计方法。以一座斜拉桥为研究对象,对支撑参数进行了设计,并对塔梁固结体系和采用支撑的减震体系进行地震时程分析,从关键位置的地震响应、耗能能力等方面对支撑体系的抗震性能进行了研究。结果表明,横桥向采用预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥减震体系利用支撑良好的滞回耗能特性,有效减小桥塔位移和应变,改善桥塔受力,减小主梁的残余位移。附加预压弹簧自复位耗能支撑对斜拉桥地震响应有良好减震控制效果,是一种合理的抗震体系。     

型钢混凝土L形柱空间角节点抗震性能分析

为研究型钢混凝土L形柱空间角节点的抗震性能,对8个节点试件进行低周反复荷载试验和有限元模拟,二者结果吻合较好。基于此考虑了柱配钢形式、轴压比和加载角度3个变化参数,通过ABAQUS非线性有限元模拟,分析了变化参数对其峰值荷载、耗能和延性的影响规律,并提出可供工程设计参考的建议。研究结果表明,型钢混凝土L形柱空间角节点破坏形态以剪切斜压和弯曲破坏为主,扭转伴随黏结破坏为辅;实腹配钢试件综合抗震性能最好,其峰值荷载较空腹配钢试件提高了10%;随轴压比的增加,不同配钢形式试件的位移延性下降程度不同,实腹配钢试件下降缓慢,建议轴压比限值设计值为0.5;45°加载角度以内,随着加载角度的增加,峰值荷载增加,耗能和延性逐渐降低,45°加载试件与0°平面节点相比,峰值荷载提高了约30%,延性系数降低约10%,最不利加载方向为0°加载。     

局部采用纤维增强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为了提高梁柱节点受剪承载力、变形能力及耗能能力,同时避免节点钢筋拥挤而导致的施工困难,采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土作为节点核心区基体材料,考虑轴压比和节点核心区配箍率的影响,进行了7个FRC梁柱节点和1个钢筋混凝土(RC)梁柱节点对比试件的拟静力试验,分析其破坏形态、承载力、变形能力、耗能能力、节点核心区剪应力-剪应变曲线和梁端塑性铰区弯矩-转角曲线。结果表明,在节点核心区主斜裂缝出现前,试件已具有很高的受剪承载力和变形能力;当轴压比试验值为0.07~0.28时,随着轴压比增大,FRC试件的受剪承载力、侧向变形能力、耗能能力及节点核心区的剪切强度和剪切变形能力增加;增加节点核心区配箍率,承载力退化有所减缓;FRC试件梁端塑性铰转动能力有较大提高。     

消能减震剪力墙结构体系的最优设计

提出了一种消能减震剪力墙结构最优阻尼比的设计方法.采用连续化方法,将剪力墙连梁处的阻尼器参数连续分布在墙肢上,从墙肢的微元体的力学平衡方程出发,建立了墙肢的动力偏微分方程,并映射成为双变量的常微分方程.求导建立最优函数方程,将两种极限状态参数代入最优函数方程,获得一个关于阻尼比的超越方程,用数值解法确定最优阻尼比.数值分析结果表明了设计方法的有效性.该设计方法的特点是物理概念明确,计算过程的物理信息不丢失,工作量少,可推广应用在高层建筑的消能减震设计中.     

开孔形式影响装配式耗能支撑滞回性能研究

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑是由腹板开孔H型钢和传力槽钢通过螺栓连接组成的新型耗能支撑,可有效避免支撑构件失稳。为了研究腹板开孔形状对这种支撑的耗能性能的影响,进行了装配式耗能支撑试件低周往复加载试验,并采用有限元软件进行了模拟计算。试验结果表明:装配式H型钢腹板开孔耗能支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。在轴向荷载作用下,试件主要依靠开孔腹板孔间板件进入塑性变形耗能阶段,腹板开长圆孔的试件与腹板开椭圆孔的试件孔间板件端部为薄弱部位,腹板开菱形孔的试件孔间板件中间部位为薄弱部位,加载过程中这些部位首先进入塑性变形阶段并最先发生断裂。加载过程中螺栓与槽钢始终处于弹性变形状态。有限元分析表明:改变腹板宽度对于腹板开长圆孔的耗能支撑的承载能力与初始刚度影响最大,对于腹板开椭圆孔的耗能支撑影响最小;改变孔间板件宽度对于腹板开菱形孔的耗能支撑影响较小。改变腹板厚度对于三种腹板开孔形式耗能支撑的承载力与初始刚度影响相近。当试件主体过早失稳,可通过增大高宽比、减小腹板厚度或选用翼缘更大的槽钢来避免。耗能板件螺栓连接部位安全可靠,未见变形或破坏,布置螺栓时孔距不应超过4.5d₀。     

设置自复位支撑的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

提出了一种能准确描述预压弹簧自复位耗能（PS-SCED）支撑滞回性能的力学模型,引入状态变量区分支撑不同工作阶段从而确定其力学响应。基于ABAQUS平台对该力学模型进行二次开发,将开发的PS-SCED支撑单元模拟结果与支撑力学性能试验结果进行对比,并对设置PS-SCED支撑的3层钢筋混凝土框架结构进行抗震性能分析。结果表明：该支撑单元模拟得到的滞回曲线与试验结果吻合较好,可准确描述支撑在动力荷载作用下的力学性能;强震作用下,PS-SCED支撑能够充分耗散地震能量,有效控制结构的塑性变形;此外,PS-SCED支撑框架结构相比于原框架结构残余变形减小了72.1%~92.1%。PS-SCED支撑具备良好的耗能能力和自复位特性,能够显著提高钢筋混凝土框架结构的抗震性能。