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。     

昆明国家开发银行大楼混合减震分析

昆明开发银行办公楼处于高烈度区,且建筑平面为"凹"形,对结构抗震不利,钢框架及钢框架—支撑结构体系不能满足设计要求。为改善结构的抗震性能,采用了钢框架+防屈曲耗能支撑+黏滞阻尼器的混合减震结构体系,实现了各地震作用下设定的抗震设计性能目标。该混合减震结构的减震特点是在小震时,防屈曲支撑处于弹性变形阶段,以黏滞阻尼器耗能为主;在中震时,部分防屈曲耗能支撑开始耗能,黏滞阻尼器的阻尼力仍随速度增长而变大,黏滞阻尼器与防屈曲耗能支撑都对结构进行耗能减震;在大震时,大部分防屈曲耗能支撑发挥耗能作用,形成饱满的耗能滞回曲线,对结构的整体耗能占主导作用。     

天津某超高层框架-核心筒结构消能减震技术研究

建筑结构设计需进行抗震分析,超高层框架-核心筒结构为抵抗地震作用,若采用传统设计方法增大构件尺寸,往往会使得地震作用进一步增大,从而造成结构抗震性能的降低。以一个超高层框架-核心筒结构工程为实例,在伸臂桁架楼层设置黏滞性阻尼器并进行时程分析,通过对比无阻尼器模型和增设阻尼器模型的楼层剪力及位移等指标,并分析其耗能情况,揭示了阻尼器对超高层框架-核心筒结构的减震效果。研究发现,在中震作用下,增设阻尼器可以提供大约0. 5%附加阻尼比,首层剪力减小约3. 8%,加强层剪力减小约4. 0%,顶层位移减小约4. 7%,伸臂桁架内力减小约4%。可见,在伸臂楼层设置黏滞性阻尼器能够发挥阻尼器的耗能作用,降低核心筒剪力墙的损伤,提高结构在地震作用下的性能。     

基于高强钢环簧的摩擦耗能自复位消能减震阻尼器受力性能与试验研究

可恢复功能结构是目前地震工程研究的热点,也是未来发展趋势,以可恢复功能结构为背景,提出了基于高强钢环簧摩擦耗能的自复位消能减震阻尼器,分析了阻尼器的工作原理并给出了构造方案。通过低周往复加载试验考察多次序列地震作用下阻尼器的抗震性能。试验结果表明：采用高强钢环簧的自复位消能减震阻尼器变形能力可调节、自复位性能优良;滞回性能稳定,具有良好的抗震可恢复性;环簧锥形摩擦面处理工艺对阻尼器自复位性能与耗能能力会产生一定影响,当摩擦系数增大时,自复位性能有所降低,但耗能能力增大;所提出的阻尼器理论刚度预测公式计算结果与试验结果吻合较好,可为工程设计提供参考。     

摇摆减震框架结构抗震性能试验研究

摇摆防屈曲支撑-框架新型结构体系是通过将防屈曲支撑框架柱端与基础断开并在柱脚设置耗能阻尼器,以放松支撑框架柱端与基础之间的受拉约束,在强烈地震中允许支撑框架柱端抬起,产生结构摇摆。通过对一榀固接防屈曲支撑-钢筋混凝土框架与两榀摇摆防屈曲支撑-钢筋混凝土框架进行拟静力试验对比研究,得到:摇摆防屈曲支撑结构滞回曲线饱满,耗能能力良好;层间位移角达到1/150时,摇摆柱脚抬起,基底剪力减小,柱脚裂缝数量减少,变形能力增强;摇摆防屈曲支撑结构具有防屈曲支撑、耗能阻尼器、框架梁、柱等多道抗震防线,整体抗震性能好。     

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。     

黏滞阻尼伸臂桁架布置对超高层建筑抗震性能的影响

超高层建筑中利用伸臂桁架布置黏滞阻尼器,可避免传统刚性伸臂桁架所带来的不利影响.为探讨伸臂桁架布置形式对超高层建筑结构中黏滞阻尼器的减震效果和对局部构件受力的影响,以一个8度区、407m高的巨型斜撑框架-核心筒结构为例,通过动力弹塑性时程分析,研究黏滞阻尼伸臂桁架分别按通过内柱或避开内柱直接由核心筒悬挑两种方案设计时结构的整体抗震性能和构件内力.结果表明:两种设计方案均可有效协同核心筒和外框架共同受力,但当伸臂桁架经过内柱且弦杆布置在楼面时,因桁架端部受楼面约束,黏滞阻尼器变形受到限制,不能充分发挥作用.当伸臂桁架改为避开内柱、直接由核心筒悬挑,且弦杆脱离楼板约束可自由变形时,黏滞阻尼器耗能能力大幅提升,即使主体结构因塑性损伤产生一定偏位,黏滞阻尼器仍可适应变形继续耗能;因黏滞阻尼器耗能作用明显,主体结构变形得到有效控制,与其相连的巨柱和核心筒负担减轻,结构抗震性能得到一定改善.     

自复位结构抗震性能研究综述

自复位结构体系是为了使结构在地震后不发生破坏或破坏发生在可更换构件上,以保证地震后结构较快恢复使用功能而提出的。阐述了自复位结构抗震性能研究的重要性和自复位结构体系的组成及其分类,分别介绍了放松柱脚与基础间约束的自复位摇摆结构、放松梁柱间约束的横向自复位框架结构、自复位耗能支撑及自复位支撑框架的抗震性能最新研究进展。表明将摇摆技术应用于结构并在摇摆(开合)界面设置耗能减震元件能有效提高结构的抗震性能,将损伤控制在可更换的耗能元件上,减小主体结构震后残余变形。由于地震作用的不确定性,自复位结构在不同水准地震下的破坏模式、极限状态还需进一步研究,对于工程实际的应用,提出一种有效的自复位结构抗震设计方法也十分迫切。     

位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架减震效果及动力试验研究

为提高黏滞阻尼伸臂桁架在地震作用下的耗能效率,设计了一种带位移放大装置的黏滞阻尼伸臂桁架。对分别设置传统型和位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架的超高层结构进行有限元分析,对比了结构的地震响应及阻尼器的工作状态。通过动力荷载试验,考察两种黏滞阻尼伸臂桁架的滞回性能,对比阻尼器的位移及耗能,研究位移放大系数的变化规律,分析伸臂桁架刚度对黏滞阻尼伸臂桁架工作效率的影响。结果表明：相比传统型黏滞阻尼伸臂桁架,采用位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架可将阻尼器的耗能效率提高至原来的1.5~1.8倍,使结构获得更好的减震效果;位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架滞回曲线光滑、对称、饱满,具有良好的工作性能,且能有效放大阻尼器的工作位移并增大耗能;提出了黏滞阻尼伸臂桁架的位移放大系数的计算式,计算值与试验值吻合较好;为保证黏滞阻尼伸臂桁架的工作效率,建议伸臂桁架的刚度比取值不小于9。     

某框架-剪力墙结构优化设计与减震控制

为研究某框架-剪力墙结构的截面优化和抗震性能,建立ETABS三维有限元模型,提出对结构进行截面优化并且增设黏滞阻尼器的优化方案。在8度多遇和罕遇地震作用下,分析对比了原结构与优化减震结构的动力响应,分析了黏滞阻尼器的耗能情况,并且计算了黏滞阻尼器的附加阻尼比效应。结果表明:优化减震结构中黏滞阻尼器有效发挥了耗能特性,降低了结构在地震荷载作用下的动力响应;优化减震结构建筑使用面积相对原结构约增大79.9m2,非线性黏滞阻尼器能够给结构提供3.98%的附加阻尼比。     

摇摆耗能自复位钢结构研究发展

在国内外关于摇摆耗能钢结构体系研究成果的基础上,对其结构体系与受力特点进行总结分析：主要有节点摇摆耗能和整体摇摆耗能,试验研究表明,摇摆耗能自复位钢框架具有震后残余变形小、抗震性能良好、结构可恢复等优点,具有很好的工程应用前景。     

消能摇摆高位隔震结构体系的地震反应特性

双段消能摇摆结构体系是通过两段串联的摇摆结构,控制主体结构各楼层在地震作用下均匀变形,抑制薄弱层的产生,也降低了主体结构对于摇摆结构的刚度需求。在变形集中的摇摆结构底部布设位移型阻尼器,可进一步提高结构的抗震性能。但是该体系存在承载力较低、上段结构地震反应相对较大的不足。基于此,提出了消能摇摆高位隔震结构体系,即在双段消能摇摆结构体系的分段楼层位置增设劲性支撑,以抑制上段结构的摇摆运动,提高结构的刚度与承载力;同时,下段结构允许发生摇摆,发挥高位隔震层的作用。以消能摇摆高位隔震结构体系为研究对象,分析对比了其他三种结构体系：传统支撑框架结构体系、双段消能摇摆结构体系、不含位移型阻尼器的摇摆高位隔震结构体系。采用OpenSees软件建立了弹塑性有限元分析模型,对四种结构体系进行弹塑性抗震分析和增量动力时程分析。研究表明,消能摇摆高位隔震结构体系的刚度与承载力较高,地震反应较小,抗震性能与抗倒塌性能良好。在摇摆结构分段位置加设劲性支撑层,可以抑制上段结构在地震作用下的变形,并发挥下段摇摆结构的隔震作用。布设于分段位置与摇摆结构底部的阻尼器,可以充分消耗地震能量,提高结构体系的抗震性能。     

Experimental study on seismic performance of prefabricated rocking wall frame structure

为避免罕遇地震作用下传统混凝土摇摆墙的开裂损伤且充分利用装配式结构的便捷性，设计了采用双层钢板混凝土墙的摇摆墙结构体系，在浇筑混凝土时双层钢板可充当摇摆墙构件的外模板。跨越结构上、下层的摇摆墙之间采用高强螺栓连接，摇摆墙在工厂预制后运到施工现场进行安装。选用金属阻尼器作为耗能连接件连接摇摆墙与主体框架结构，同时传递层剪力并耗散地震能量。为研究该装配式摇摆墙-框架结构的抗震性能，设计并制作了一个纯框架和两个摇摆墙-框架，其中两个摇摆墙-框架的区别在于金属阻尼器的安装位置不同。通过拟静力试验分析了其破坏模式及抗震性能。试验结果表明：预制装配式摇摆墙与主体框架结构协同工作性能良好，金属阻尼器耗能效果得到充分利用，结构承载力、耗能能力大幅增加；在水平位移较大时摇摆墙竖向发生刚体位移，对整体结构的抗震性能产生一定影响，后续将采用附加预应力的形式减轻摇摆墙竖向抬升的影响。     

装配式摇摆墙-框架结构抗震性能试验研究

为避免罕遇地震作用下传统混凝土摇摆墙的开裂损伤且充分利用装配式结构的便捷性,设计了采用双层钢板混凝土墙的摇摆墙结构体系,在浇筑混凝土时双层钢板可充当摇摆墙构件的外模板。跨越结构上、下层的摇摆墙之间采用高强螺栓连接,摇摆墙在工厂预制后运到施工现场进行安装。选用金属阻尼器作为耗能连接件连接摇摆墙与主体框架结构,同时传递层剪力并耗散地震能量。为研究该装配式摇摆墙-框架结构的抗震性能,设计并制作了一个纯框架和两个摇摆墙-框架,其中两个摇摆墙-框架的区别在于金属阻尼器的安装位置不同。通过拟静力试验分析了其破坏模式及抗震性能。试验结果表明：预制装配式摇摆墙与主体框架结构协同工作性能良好,金属阻尼器耗能效果得到充分利用,结构承载力、耗能能力大幅增加;在水平位移较大时摇摆墙竖向发生刚体位移,对整体结构的抗震性能产生一定影响,后续将采用附加预应力的形式减轻摇摆墙竖向抬升的影响。     

消能摇摆钢框架结构抗震性能的影响因素与设计方法

消能摇摆钢框架结构包含主体钢框架结构、摇摆结构和耗能阻尼器三部分。刚度较大的摇摆结构可以使主体钢框架在地震作用下发生均匀的层间变形,抑制薄弱层产生。布设于摇摆结构底部的阻尼器,能够耗散地震动能量,减小整体结构的地震反应,提高结构的抗震性能。文中对消能摇摆钢框架结构抗震性能的影响因素进行参数分析,并基于我国建筑抗震设计规范的原则提出了抗震设计方法。根据消能摇摆钢框架结构的受力机理,提出简化分析模型,通过弹塑性地震反应分析,验证简化模型的有效性。基于简化分析模型对无量纲参数进行参数分析,根据各参数的影响规律得到无量纲参数的建议范围。结合我国“三阶段”抗震设防要求,提出消能摇摆钢框架结构的设计方法,并结合算例进行验证。研究表明,消能摇摆钢框架结构抗震性能良好,设计合理的摇摆结构与阻尼器能够抑制钢框架的薄弱层、减小结构的地震反应。     

设置碟形弹簧的框架-摇摆墙结构抗震性能试验研究

受控摇摆墙通常采用预应力筋的形式实现，预应力筋基础锚固施工困难，墙体摇摆幅度很小且易与基础发生碰撞。为解决上述问题，研发了一种受控摇摆墙，主要通过基于碟形弹簧的装置实现墙体的受控约束，墙体与主体框架、基础分别采用耗能连接件和V形支撑连接。设计制作了缩尺比为1∶2的对比框架与框架-摇摆墙试件，通过低周往复加载试验研究其抗震性能、破坏模式和自复位特性。结果表明，设置碟形弹簧的框架-摇摆墙较对比框架承载力提高了107.1%，且具有更好的刚度退化性能与耗能性能，框架结构的变形模式得到改善，使得各层的层间位移趋于均匀。连接件是影响框架-摇摆墙结构耗能及协调层间变形的关键，应进一步研究其改进措施及优化设计。     

装配式自复位摇摆钢框架抗震性能研究

为了减轻传统钢框架在强震作用下的损伤与破坏,提出了具有自复位柱脚的装配式摇摆钢框架结构,阐述了该结构的构造形式与工作机理。设计并加工了一榀缩尺比例为1/4的摇摆钢框架,对其进行了低周反复加载试验和有限元模拟,研究其抗震性能。结果表明：利用复合组合碟形弹簧的弹性恢复力能够实现柱脚在强震作用下的可控摇摆,通过梁柱节点的消能减震装置有效控制了结构的累积损伤与残余变形;摇摆钢框架的滞回曲线是较为饱满的旗帜形,表明其具有较好的自复位性能和耗能性能;在加载至层间位移角1/30时,梁柱节点和柱脚没有发生任何屈服或屈曲,主体结构保持为弹性,损伤与破坏集中在消能减震装置处,拆卸和更换消能减震装置后,再加载曲线与原曲线基本吻合,有效实现了消能构件地震损伤可更换以及结构功能可恢复的设计目标;有限元的模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建立的有限元模型能够较好地模拟摇摆钢框架在循环加载时的滞回性能。     

梁端铰型受控摇摆式钢筋混凝土框架抗震性能振动台试验研究

受控摇摆式钢筋混凝土框架(CR-RCF)采用梁柱铰接节点,后张预应力钢筋提供结构整体恢复力,并采用层间阻尼器耗散地震能量、控制结构整体位移。通过模拟地震振动台对比试验,研究受控摇摆式钢筋混凝土框架的抗震性能。介绍了CR-RCF结构的摇摆机制及摇摆节点的构造形式,设计了受控摇摆式钢筋混凝土框架和常规框架两个振动台试验模型,输入El Centro地震波,得到了不同地震动峰值加速度下结构的动力响应,对比分析了两个模型的振动台试验结果。结果表明：CR-RCF结构较常规框架具有更小的抗侧刚度,故其地震加速度响应更小;CR-RCF结构设置了层间阻尼器耗能装置,地震作用下的结构整体位移得到有效控制;在经历罕遇地震作用后,仅层间阻尼器进入屈服状态,主体框架承重构件保持完好,无任何损伤,表现出优异的“免损伤”特征。     

带中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架拟动力试验

为解决较大跨度自复位钢框架结构层间位移角可能超限或耗能不足的关键问题,课题组前期提出将中间柱型阻尼器应用于装配式自复位钢框架。但是因门窗开洞等要求而不能在跨中处设置中间柱型阻尼器,从而提出了带双中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架,对其进行了拟动力试验,并与带单中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架的拟动力试验进行了对比,分析了其位移响应、滞回性能、中间柱摩擦阻尼器滑动、索力及典型部位应变变化等。结果表明,两榀框架震后短梁-长梁连接界面处残余转角和索力降低均较小,具有良好的开口闭合机制,耗能能力较优,能够有效避免主体结构的损伤,且带双中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架控制结构侧移效果更好,耗能性能更优,适用于较大跨度的多高层结构。     

复合自复位结构基于概率的性能评估

复合自复位结构体系由基本功能分区（主结构）和损伤控制分区（次结构）组成,对于基本功能分区,可实现结构的正常使用功能,承担大部分的地震作用和全部的重力荷载,由传统的框架结构实现;对于损伤控制分区,可实现自复位和耗能,分担剩余的地震作用和降低结构的层间位移集中程度,可由自复位耗能框架实现。基于刚度需求的设计方法分别设计了无耗能机制、以BRB作为耗能机制和以自复位阻尼器作为耗能机制的三种复合自复位结构。将最大层间位移角和残余层间位移角作为变量,采用联合概率密度函数对三种复合自复位结构和无控结构进行性能评估。根据对联合概率密度函数演化、易损性曲线和层间位移集中系数的分析,结果表明：复合自复位结构可以有效降低结构最大层间位移角和残余层间位移角的均值和离散性,其中,以自复位阻尼器作为耗能机制的复合自复位结构具有最好的控制效果;复合自复位结构可以有效降低残余位移对结构损伤概率的影响;复合自复位结构可以较好地控制结构层间位移集中系数,降低薄弱层出现的可能性。