基于能量平衡的含减震外挂墙板钢筋混凝土框架结构的设计方法研究

含减震外挂墙板钢筋混凝土框架结构在墙板与主体结构间引入U形钢板消能器,可有效利用两者间的相对水平变形耗散地震能量,从而提高结构的抗震性能。该新型结构通过合理的性能化设计,可以使得作为预期损伤部位的U型钢板消能器和框架梁、柱端塑性铰在设防烈度地震和罕遇地震下先后屈服耗散地震能量,使主体结构在设防烈度地震下保持弹性,罕遇地震下保持低损伤,从而具有良好的韧性。在已有研究的基础上,提出了适用于该种结构的基于能量平衡的实用抗震设计方法。采用该方法,设计了一栋8层含减震外挂墙板钢筋混凝土框架结构,并对其进行设防烈度地震和罕遇地震下的弹塑性时程分析。结果表明:所设计结构能够实现不同水准地震作用下的预期性能目标,该设计方法具有合理性和可行性。     

外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架足尺振动台试验研究

为真实反映地震作用下墙板与分层装配支撑钢框架的动力协同工作性能,设计了三层足尺分层装配支撑钢框架通过柔性减震连接件外挂PC复合墙板结构模型,通过振动台试验考察其动力损伤演化机制和变形特征。研究结果表明：外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架结构可以满足我国规范对于抗震安全性的要求,并且表现出损伤控制和低残余位移特性。多遇地震作用下结构和墙板完好无损;设防地震作用下结构无损,墙板微损;罕遇地震作用下结构损伤集中于柔性支撑,梁柱框架无损,墙板及连接无显著破坏;超大地震作用下梁翼缘局部进入塑性,墙板节点和墙板边缘及预埋件处有显著破坏但主体结构完好。采用柔性减震连接件外挂的PC复合墙板不会影响分层装配支撑钢框架的变形恢复能力,其相对于主体结构具有良好的变形适应性,提高了分层装配支撑钢框架的层间变形均匀性,在支撑松弛的情况下可以显著提高结构刚度,从而降低层间位移响应和扭转响应,并削弱了柔性支撑在动力作用下突然张紧产生的冲击效应。总体上,外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架结构具有优良的抗震性能和震后可恢复性。     

低层双面叠合夹心保温剪力墙结构足尺振动台试验研究

在双面叠合剪力墙结构中集成夹心保温材料,设计形成适用于低层建筑的双面叠合夹心保温剪力墙结构,该结构具有构件生产和施工优势,具有应用推广前景。为研究该体系的抗震性能,对一栋两层两开间足尺模型进行地震振动台试验,分析结构在不同工况下的损伤累积过程,研究试验模型动力特性和地震响应的变化规律。试验表明,该结构在7度多遇、7度设防地震作用下基本保持完好,在7度罕遇、8度罕遇、9度罕遇地震作用下,试验模型自振频率出现一定下降,外观出现裂缝并随着地震作用的增强而不断发展,但结构没有明显的破坏现象,基本性能稳定。试验模型能够满足现行抗震规范三水准的设防要求,在低层建筑中具有一定的应用优势。     

某框架结构消能减震分析与设计

采用黏滞阻尼器对层间位移角不满足规范要求的某框架结构进行消能减震设计,对比分析了多遇与罕遇地震下减震结构与非减震结构的地震响应,分析结果表明:1)多遇地震下,消能减震结构的层剪力较原结构减小40%以上;层间位移角远小于规范要求,具有良好的抗震性能及减震效果。等效附加阻尼比平均值为:X向13.82%和Y向20.63%,乘以安全系数0.7后分别为9.67%和14.44%,满足附加4%阻尼比的性能目标;2)罕遇地震作用下,结构层间位移角最大值仅为1/111,满足"大震不倒"的设计要求。大量框架梁先后进入屈服,竖向构件基本未进入屈服,实现了"强柱弱梁"的屈服机制;3)多遇地震、罕遇地震下,黏滞阻尼器滞回曲线饱满,耗散了大量地震输入结构的能量,有效提高了结构的抗震性能与安全储备。     

大跨斜撑无柱地铁车站结构地震响应分析

为研究大跨斜撑无柱地铁车站地震响应特性,基于三维静-动力耦合非线性有限元模型,分析在不同地震动作用方向下的地震响应规律,揭示结构地震损伤演化过程。分析表明:设防地震和罕遇地震作用下车站结构的最大层间位移角分别为1/1 352和1/602,满足规范要求;地震作用对斜撑轴力、侧墙端部剪力和底板跨中弯矩的放大作用显著;随输入地震动强度的增加车站顶板加速度放大系数依次减小,竖向地震动对相对竖向位移的影响不可忽视;斜撑两端、墙板交界处和开窗周围区域是结构的抗震薄弱部位;强震作用下,车站结构塑形损伤积累且地震动空间效应显著,宜按空间问题进行抗震分析。研究成果可为类似结构的抗震设计与分析提供参考。     

防灾科技学院科研中心消能减震结构设计

防灾科技学院学生及教师科技研发中心项目位于高烈度区,为提高结构抗震安全性,满足建筑功能使用要求,项目采用消能减震体系,共布置88个黏滞消能器。采用ETABS空间分析程序,通过不同水准地震作用下的结构弹性和弹塑性分析,得到消能减震结构的楼层剪力、层间位移角、能量耗散、塑性发展等,对该结构体系的抗震性能进行综合评价。结果表明,结构整体和关键构件均满足设计要求,结构抗震性能良好;设置消能器的减震效果明显,多遇地震下消能器提供7.8%附加阻尼比,罕遇地震下消能器提供2.6%附加阻尼比,结构滞回提供2.1%附加阻尼比;罕遇地震作用下,结构整体损伤状态属于中等破坏,满足"大震不倒"设防目标。     

某教学楼附加粘滞阻尼器减震控制研究

对处于高烈度地区的某中学教学楼进行了消能减震设计,对比分析了未附加阻尼器和附加粘滞阻尼器减震结构在多遇地震和罕遇地震作用下的抗震性能。结果表明:多遇地震作用下,附加粘滞阻尼器结构较常规结构基底剪力减少约30%,楼层侧移降低约15%,粘滞阻尼器消能减震效果明显;罕遇地震作用下,结构屈服机制合理,阻尼器耗能效果显著,与阻尼器相连接梁柱能可靠工作。     

附加金属阻尼器对钢框架结构减震性能研究

利用自编时程分析程序,研究10层钢框架结构在EL-Centro地震波作用下,附加金属阻尼器前后的地震响应,考查多遇地震和罕遇地震作用下阻尼器消能减震效果和附加金属阻尼器前后地震动输入给结构的能量大小.     

黏滞阻尼器减震技术应用

某项目为教学及行政楼,属性为办公、教学培训,根据《建设工程抗震管理条例》,结构需按照不低于重点设防类的要求来抗震设防设计,结合建筑功能特点,本项目采用以黏滞阻尼器为核心的消能器给结构附加阻尼,结构等效阻尼比增加,地震作用减小,以达到满足设防地震作用下建筑正常使用目标及优化部分构件截面的目的。项目减震还通过模拟多遇地震作用、设防地震作用和罕遇地震作用下时程分析,在设置消能器后,附加阻尼比和层间位移角限值均可控制在规范要求的结构减震目标范围内,同时对罕遇地震作用下的出铰情况分析,均可达到强柱弱梁的构造要求。     

高层建筑消能减震技术应用研究——以某疾控中心应急大楼为例

《建设工程抗震管理条例》(国务院令第744号)^[1]对重要建筑的承载力、变形以及构件损伤方面的性能目标提出了更高的要求,常规抗震方法设计此类结构有一定的难度。结构减震设计可以通过提供阻尼,比较有效地实现重要结构的抗震性能指标。以某疾控中心应急大楼为例,利用弹塑性动力时程分析方法,分别对采用BRB、采用VFD以及采用两者组合三种减震方案进行分析。通过对设防地震、罕遇地震下的层间位移角和基底剪力的比较,得出如下结论：BRB方案能有效控制结构在设防和罕遇地震下的层间位移角,但在设防地震作用下基底剪力略有增大;VFD方案在设防和罕遇地震下,均提供了较高的附加阻尼比,有效降低了结构的层间位移角和基底剪力,但在罕遇地震下,对结构位移的控制相对较弱;组合方案发挥了更好的性能优势,层间位移角和基底剪力显著降低。     

Y形偏心支撑-高强钢框架结构抗震性能试验研究

为研究Y形偏心支撑-高强钢框架结构抗震性能,在已完成的1∶2缩尺3层模型结构振动台试验的基础上,重新设计了耗能梁段,并对该结构再次进行振动台试验。试验中选取El Centro波、Taft波和兰州波作为地震动输入并考虑7度多遇到9度罕遇的地震水准,分析了结构在水平地震作用下的动力特性、加速度响应、位移响应、应变响应、剪力分布等,并与已有试验结果进行了对比。通过ABAQUS建立了有限元分析模型,与试验结果进行对比。结果表明：该结构在多遇地震作用下处于弹性状态,在罕遇地震作用下表现为耗能梁段的局部破坏;耗能梁段破坏后,结构刚度大幅下降,但未发生倒塌;在多遇地震和罕遇地震作用下,结构的最大层间位移角满足抗震规范层间位移角限值的相关要求;在罕遇地震作用下,耗能梁段进入塑性状态而进行耗能,其他构件仍保持弹性状态;所建立的有限元模型可以有效模拟振动台试验结果。     

高烈度区某办公楼消能减震设计

宿迁市某高层办公楼采用混凝土框剪结构,位于高烈度区,采用粘滞阻尼墙消能减震设计。根据结构特点,制定减震方案并确定减震目标;采用规范算法、能量对比法计算得到粘滞阻尼墙在多遇地震作用下的附加阻尼比。采用ETABS软件分析多遇地震作用下的结构响应、MIDAS软件分析罕遇地震作用下的结构响应。得到结论:1)粘滞阻尼墙减震方案能够满足结构在多遇地震和罕遇地震下的减震目标;2)采用减震设计后,主体结构在大震下抗震性能较好,满足现行规范要求。     

超高层建筑基于性能的组合消能减震结构设计及其应用

组合消能减震是在结构中组合应用速度型阻尼器和位移型阻尼器,地震作用下参与结构耗能,降低结构地震响应。基于性能的组合消能减震设计是从性能化设计理念出发,通过调整消能减震装置在结构中的布置位置和力学特性参数,在不同水准地震作用下分阶段发挥各阻尼器的作用,满足结构受力变形要求,提高结构抗震性能。以云南省昆明市一超高层建筑为工程背景,在结构中同时布置了速度型阻尼器和位移型阻尼器,研究了不同类型减震装置在结构中的较优布置位置,结果表明：本工程采用组合消能减震技术后,在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下,各类减震装置均能充分参与结构耗能,相比传统抗震结构,其地震响应和构件损伤可得到更好的控制,整体结构能够满足预期抗震性能目标要求。     

基于MIDAS的某超限混合结构的静力和动力弹塑性分析

利用MIDAS Building分别对某钢-混凝土混合结构进行7度罕遇地震作用下的静力弹塑性Pushover分析和动力弹塑性时程分析,并对两者的结果进行对比分析,结果表明两种方法结构在罕遇地震作用下的结构地震响应基本趋势相同,结构能够满足"大震不倒"的设防要求,Y向抗震性能优于X向抗震性能,但与静力弹塑性分析相比,动力弹塑性时程分析的塑性铰分布更符合实际情况,因此动力弹塑性时程分析更能反映结构的破坏机制。     

基础隔震在高烈度区大高宽比剪力墙结构中的应用与试验研究

根据预期减震目标,对总高度90.35m,高宽比达3.96,设防烈度为8度（0.2g）的玉溪公租房项目中基础隔震高层剪力墙结构,按照7度设防对上部结构进行设计,对其进行罕遇地震作用下静力弹塑性（Pushover）分析,并对隔震结构整体进行非线性时程分析。设计并制作了1∶12.5的缩尺模型,对其进行振动台试验研究。结果表明：基础隔震高层剪力墙结构呈现出良好的抗震性能及较高的地震安全储备;在8度多遇、设防地震作用下,结构完好,前5阶频率基本未发生变化,结构尚处于弹性状态;在8度罕遇地震作用下,仅少数连梁轻微开裂;结构层间位移角、隔震支座最大位移、支座应力均未超过规范限值;隔震层滞回曲线饱满、耗能显著;在9度超罕遇地震（0.7g）作用下,未出现倾覆、局部倒塌现象,仅少数连梁、剪力墙出现轻微损伤,频率最大衰减幅度小于10%,刚度下降不明显。     

超高层建筑基于性能的组合消能减震结构设计及其应用

组合消能减震是在结构中组合应用速度型阻尼器和位移型阻尼器,地震作用下参与结构耗能,降低结构地震响应。基于性能的组合消能减震设计是从性能化设计理念出发,通过调整消能减震装置在结构中的布置位置和力学特性参数,在不同水准地震作用下分阶段发挥各阻尼器的作用,满足结构受力变形要求,提高结构抗震性能。以云南省昆明市一超高层建筑为工程背景,在结构中同时布置了速度型阻尼器和位移型阻尼器,研究了不同类型减震装置在结构中的较优布置位置,结果表明:本工程采用组合消能减震技术后,在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下,各类减震装置均能充分参与结构耗能,相比传统抗震结构,其地震响应和构件损伤可得到更好的控制,整体结构能够满足预期抗震性能目标要求。     

采用粘滞阻尼器的框架结构消能减震设计

介绍了高烈度区某框架结构采用粘滞阻尼器的消能减震设计。借助有限元分析软件MIDAS Gen建立原结构模型和增设粘滞阻尼器的减震结构模型,采用时程分析法进行研究,分析多遇地震和罕遇地震作用下结构的抗震性能。研究结果表明:在地震作用下,粘滞阻尼器可大量耗散地震动能量,降低结构的地震响应,减震效果较为显著,结构抗震性能满足预期性能目标。     

无筋砌体结构多层住宅振动台试验与抗震性能评估

目前,我国城镇大量砌体结构老旧多层住宅面临抗震加固、功能提升等需求。为研究该类结构的抗震性能,进行一个5层无筋砌体结构模型的模拟地震振动台试验,测试分析了7度多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下的裂缝损伤发展状况以及楼层加速度、位移、自振频率、阻尼等变化规律。同时,进行非线性有限元分析,并用基于抗震鉴定标准、基于承载能力、基于位移和延性等不同方法,评估了试验模型对应原型结构的抗震性能。结果表明：试验模型纵向在7度多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下分别处于完好、轻微破坏和局部倒塌状态,不满足GB 50023—2009《建筑抗震鉴定标准》中对7度区A类建筑的抗震性能目标要求;罕遇地震作用下无筋砌体结构多发生薄弱层屈服破坏,整体结构延性很差,保证抗震墙面积率或楼层屈服强度系数是实现无筋砌体结构在罕遇地震作用下抗震性能目标的主要技术措施;采用基于位移的抗震性能评估方法可以客观地反映无筋砌体结构抗震性能随高宽比增大而降低的规律。     

某高度522m超高层结构振动台试验与理论分析研究

为验证8度抗震设防烈度区某522 m超高层结构的抗震性能,设计并制作了1/40缩尺结构模型,通过模拟地震振动台试验,研究结构在8度多遇、设防、罕遇地震作用下的动力特性,考察其在单向和三向地震动输入下的变形及损伤情况。此外,采用ABAQUS软件对结构进行了8度罕遇地震作用下弹塑性时程分析,考察了结构动力特性和位移反应,分析结构的损伤状态和薄弱部位,并与振动台试验结果对比。结果表明,该结构采用的巨型柱、巨型斜撑与环带桁架的外框筒和型钢-混凝土组合结构核心筒形成的双重结构抗侧力体系,具有较好的稳定性和结构效能,该结构在8度(0.3g)罕遇地震作用下未发生倒塌,能够很好地满足“小震不坏、大震不倒”的性能要求。     

某混凝土框架结构消能减震设计分析研究

以3层钢筋混凝土框架实际结构为例,根据实际工程情况布置粘滞消能支撑,在多遇地震和罕遇地震两个地震强度下开展时程分析计算,对比分析结构的减震效果.结果表明:多遇地震下消能减震效果较好,罕遇地震下层间位移角小于1/100的限值,满足现行抗震规范规定的"大震不倒"的抗震设防目标.