混合控制消能减震伸臂桁架上海中心抗震性能研究

在超高层建筑结构体系中,相对于传统伸臂桁架,新型消能减震伸臂桁架能显著提高结构的抗震性能,但同时也存在一些不可避免的问题。屈曲约束支撑伸臂桁架在小震下仅提供刚度不耗能,在中震下屈服耗能有限;黏滞阻尼伸臂桁架因黏滞阻尼器自身最大阻尼力限制,在中震和大震下对结构侧移控制效果不佳。混合控制消能减震伸臂桁架结构综合利用多种消能构件,同时为结构提供足够刚度和附加阻尼,具有更为全面的抗震性能。本文以上海中心为研究背景,研究了混合控制消能减震伸臂桁架结构在各烈度地震作用下的消能减震效果,同时探讨了黏滞阻尼伸臂桁架与屈曲约束支撑伸臂桁架相对数量变化对结构抗震性能产生的影响。将为消能减震伸臂桁架超高层结构体系的进一步研究和应用提供借鉴。     

高层建筑中伸臂桁架的耗能性能研究

伸臂桁架是超高层结构中的关键构件,改善其耗能能力对提升结构的抗震性能具有重要意义.常见的伸臂桁架形式主要有普通支撑型伸臂桁架、屈曲约束支撑型(BRB)伸臂桁架和阻尼型伸臂桁架等.该文从框架-核心筒-伸臂桁架结构体系入手,对普通支撑型、屈曲约束支撑型和阻尼型伸臂桁架的受力性能和耗能性能进行了研究.结果表明,结构采用不同的...     

牺牲-耗能型伸臂桁架的设计和试验研究

伸臂桁架是超高层建筑中的重要抗侧力构件。该文以一个超高层框架-核心筒-伸臂桁架结构为研究对象,分别采用普通伸臂桁架和防屈曲支撑（BRB）伸臂桁架进行独立设计,得到两个结构模型—普通伸臂桁架结构（CO）和BRB伸臂桁架结构（BO）。罕遇地震弹塑性分析结果表明,由于BO模型中的BRB伸臂桁架始终保持较高强度,反而导致结构中其他构件的塑性耗能比例增加,最终其塑性耗能效果不如CO模型中的普通伸臂桁架。因此,该文提出了一种新型牺牲-耗能型伸臂桁架,通过试验研究和有限元模拟分析了牺牲-耗能型伸臂桁架的主要设计参数及抗震性能。结果表明：牺牲-耗能型伸臂桁架的牺牲段和耗能段强度最优比为6∶4左右;将CO及BO模型中的伸臂桁架分别按照等刚等强原则替换成对应的牺牲-耗能型伸臂桁架后,结构中伸臂桁架的塑性耗能明显增加,剪力墙的塑性耗能明显减少,其他构件如连梁、梁的塑性耗能基本呈减少趋势,牺牲-耗能型伸臂桁架起到了保护结构中其他构件的作用。     

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。     

新型软钢阻尼器的减震性能研究

提出了设计软钢阻尼器的新思路：利用钢板平面内受力提高初始刚度，并通过改变钢板平面几何形状增加变形耗能能力。通过对具有不同几何形状的软钢阻尼器模型进行拟静力往复加载试验研究，验证了此种软钢阻尼器具有良好的塑性耗能性能。数值计算表明，在地震动作用下装有新型软钢阻尼器框架体系具有良好的减震效果。     

消能减震伸臂桁架超高层结构抗震性能研究

随着结构总高度的不断刷新,如何使超高层结构满足抗震设计要求已成为工程界关注的主要问题。近年来超高层结构体系广泛采用了中间核心筒与外围框架相结合的结构形式,通过设置伸臂桁架来协调核心筒与框架间的受力和变形。本文针对一240米高超高层建筑结构,对比无伸臂桁架、一道伸臂桁架、二道伸臂桁架的抗震效果;提出在伸臂桁架与外框架间布置粘滞阻尼器,即通过在结构刚度较大、变形较大的部位引入附加阻尼来减小结构在强震作用下的反应,并对带5种不同阻尼器布置伸臂桁架结构的抗震效果进行了分析。本文将为今后消能减震伸臂桁架超高层结构研究打下基础     

芯筒式双法兰刚性连接平面及减震框架试验对比分析

该文提出一种芯筒式双法兰刚性连接平面钢框架及其减震框架,设计并完成了两种框架的子结构拟动力试验,通过对比分析两榀框架的滞回性能、典型部位应变变化、抗侧刚度、耗能能力等指标,研究该类框架的抗震性能。结果表明:在8度多遇及设防地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器可以提供刚度,控制层间位移角,减轻甚至避免结构塑性损伤;在8度罕遇、8度(0.30 g)罕遇、9度罕遇地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器进行滑移摩擦耗能,耗能能力稳定,有效延缓结构塑性损伤,减震框架结构刚度、耗能能力均优于平面框架,平面框架和减震框架芯筒式双法兰刚性连接节点抗震性能良好且减震框架节点抗震性能优于平面框架。     

分级屈服型金属阻尼器抗震性能研究

提出一种由两个不同尺寸的环形金属阻尼器套在一起形成的分级屈服型金属阻尼器。采用低周往复加载试验对其抗震性能进行了全面研究,揭示该阻尼器的分阶段屈服耗能机理与破坏机制,研究其滞回耗能性能、强度和刚度退化性能以及抗疲劳性能。试验结果表明,该阻尼器不仅有效实现分级屈服耗能,而且变形能力强、滞回环饱满稳定、抗疲劳性能优良。通过参数化有限元分析回归得到环形金属阻尼器的初始刚度修正系数,并提出计算分级屈服型阻尼器三折线骨架曲线性能点的计算公式,通过该计算公式获得的骨架曲线与试验结果吻合较好。同时,也可由阻尼器的性能需求确定其几何尺寸。该文的研究成果初步为该新型分级屈服型金属阻尼器在工程中的应用奠定了基础。     

自复位粘弹性腹杆的力学原理与滞回性能研究

为改善超高层建筑伸臂桁架抗震性能,消除传统斜腹杆屈曲后强度刚度退化明显、耗能不足和残余变形较大等问题,该文设计了一种兼具稳定刚度、耗能和复位功能的自复位粘弹性斜腹杆（SC-VEDM）代替传统型钢腹杆。通过合理的构造措施,将粘弹性材料、预应力筋和型钢组装起来,利用粘弹性材料剪切变形提供耗能能力,预应力筋始终受拉提供复位能力;建立SC-VEDM的理论力学模型,分析不同工作阶段的受力特征,推导其理论恢复力模型;利用通用有限元软件MSC.Marc建立SC-VEDM的精细有限元模型,对其滞回性能进行了模拟预测。结果表明,该文提出的构造措施可行,设计的SC-VEDM具有稳定的刚度、较好的耗能和复位能力。且SC-VEDM的数值模拟结果与理论恢复力模型结果吻合良好,腹杆第一刚度相对偏差为0.4%,受压承载力最大相对偏差约为4.64%,累积滞回耗能最大相对偏差约为10.9%,为后续SC-VEDM的试验和设计方法研究奠定了基础。     

位移放大型转动摩擦阻尼器增强榫卯节点抗震性能试验研究

古建木构中的榫卯节点属于典型的弱连接,地震作用时常常早于构件产生损坏,是预防性加固的关键节点。为提升榫卯节点的抗震性能,提出并设计了一种位移放大型转动摩擦阻尼器。通过对1组未设置阻尼器和3组设置阻尼器的足尺单向直榫节点进行了拟静力试验,得到并对比分析了加固和未加固节点的破坏状态、弯矩-转角关系、骨架曲线、强度退化曲线、刚度退化曲线以及耗能能力,分析了阻尼器的位移放大效应和拔榫抑制能力。结果表明:相对于未加固节点,设置摩擦型阻尼器节点的抗弯承载力最高提升了2.3倍;摩擦阻尼器具有显著的位移放大作用,其最大转动角度为榫卯节点转角的4.5倍;在不显著提升节点刚度的同时大幅度提高了榫卯节点的滞回耗能能力,且提高程度随螺栓预拉应变的增大而增大,最大可提升3.9倍;所研发阻尼器可有效抑制节点拔榫量,且抑制作用随螺栓预拉应变的增大而显著提高。研究结果可为古建木构的科学加固提供技术借鉴。     

新型分阶段屈服型软钢阻尼器的试验研究及数值模拟

为弥补现有软钢阻尼器存在的不足,本文在耗能钢片的形状及组合规律方面加以改进,研发了一种剪切弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器。采用试验和有限元模拟相结合的研究方法,探讨其基本性能和抗疲劳性能。试验结果显示这种阻尼器具有稳定的滞回性能和抗疲劳性能,表明了这种分阶段屈服型软钢阻尼器耗能效果明显,实现了两阶段屈服耗能机制,具有较好的减震效果,数值模拟结果与试验结果吻合良好。该型阻尼器构造简单,制作方便,可采用模块化组装设计方法,有广阔的工程应用前景。     

附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构双梁-柱节点动力试验研究

将减震技术应用到传统风格建筑钢结构中,在梁-柱节点位置以粘滞阻尼器替代“雀替”。设计了三个传统风格建筑钢结构双梁-柱节点,包括两个附设粘滞阻尼器的节点试件和一个无阻尼器的对比节点试件,模型比例均为1∶2.6。通过周期性动力加载试验研究了滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力以及刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构节点试件的滞回曲线更加饱满,耗能能力优于无阻尼器的对比节点试件,峰值荷载相比提高了34%~46%;各节点试件的位移延性系数介于1.79~1.96,表明附设粘滞阻尼器对节点试件位移延性系数的影响较小;有控节点的等效粘滞阻尼系数是无控节点的1.1~1.5倍,说明设置于梁-柱节点处的粘滞阻尼器发挥了良好的抗震性能。     

O型钢板-高阻尼黏弹性复合型消能器的力学性能试验与分析

提出了一种由O型钢板金属阻尼器与高阻尼黏弹性阻尼器并联而成的复合型消能器,阐述了其构造形式和工作机理,对其进行了低周反复加载试验。研究结果表明：复合型消能器具有较强的变形能力和饱满的滞回曲线;其力学性能稳定,受加载频率影响较小;该消能器兼具位移型阻尼器与速度型阻尼器的优点,小变形时,黏弹性阻尼器发挥主要的耗能作用,O型钢板金属阻尼器提供一定的附加刚度,大变形时,二者共同耗能;相比单一类型的消能器,该复合型消能器提高了阻尼力和抗震安全储备;采用Bouc-Wen模型建立了该消能器的力学模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

滚轴式金属屈服耗能阻尼器数值模拟研究

桥梁用阻尼器通常吨位和变形需求巨大, 普通金属屈服耗能阻尼器难以满足其性能要求. 为此该文提出一种新型的滚轴式金属屈服耗能阻尼器, 并对其进行数值模拟研究. 该阻尼器由一块平直耗能钢板及一组可转动辊轴组成, 耗能钢板在辊轴之间穿过, 受辊轴挤压产生塑性变形, 从而耗散地震能量. 该文采用在大型通用有限元软件ABAQUS建立了滚轴阻尼器的模型, 通过该模型研究了辊轴个数以及辊轴间隙对阻尼器耗能性能的影响. 分析结果表明：该阻尼器耗能性能受辊轴间隙和辊轴个数控制, 通过合理的设计可以保证滚轴式金属屈服耗能阻尼器具备优良的变形能力和耗能能力. 该文还提出了该阻尼器的恢复力计算公式, 结合有限元仿真结果对计算公式进行了修正.