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。     

塔梁间设置BRB跨海斜拉桥减震约束体系及其地震反应

提出在塔(墩)梁间设置防屈曲支撑(BRB)的斜拉桥耗能减震新型结构约束形式.以某跨海斜拉桥为工程背景,建立包括全漂浮体系、塔(墩)梁间设置黏滞阻尼器,以及塔梁间设置BRB的三类斜拉桥模型.通过比较不同约束方式斜拉桥结构在地震作用下桥塔的位移与弯矩反应,关键位置的相对位移与内力,以及耗能装置的滞回耗能响应等,确定设置BR...     

连续摇摆墙-屈曲约束支撑框架抗震性能分析

高层摇摆墙的刚度和强度需求较大,且预制和吊装施工困难。为减小高层框架结构的位移响应和损伤集中效应,提出了连续摇摆墙-屈曲约束支撑框架(CRW-BRBF)结构体系,即连续摇摆墙控制层间位移分布模式,屈曲约束支撑承担地震作用并充当耗能减震装置,框架承担竖向荷载作用并作为抗震第二道防线。采用Open Sees软件对结构进行了22条地震波的动力时程分析,对比了屈曲约束支撑框架(BRBF)、摇摆墙-屈曲约束支撑框架(RW-BRBF)和CRW-BRBF的抗震性能。分析结果表明:连续摇摆墙可以减少BRBF结构的层间位移角不均匀系数;与RW-BRBF相比,CRW-BRBF中摇摆墙的弯矩和剪力需求均较小。     

基于混合消能减震技术非对称双塔连体结构抗震性能研究

以某非对称双塔连体超高层结构为研究对象,选取与建筑所在场地相匹配的地震波作为激励,通过对结构进行非线性动力时程分析,研究混合消能减震连体结构在各烈度地震作用下的消能减震效果,探讨了屈曲约束支撑(buckling-restrained brace, BRB)与黏滞阻尼悬臂桁架的位置变化对结构抗震性能的影响,同时对结构进行了全面的抗震性能评估。研究结果表明：在连体结构中、上部的加强层中布设阻尼器时,结构具有更佳的减震效果;在不同水准地震作用下,BRB与黏滞阻尼悬臂桁架耗能阶段不同且具有不同的耗能效率,混合消能减震技术可以综合不同类型阻尼器的优势作用,使连体结构具有更全面的抗震性能。在控制变形方面,其能够降低连体结构的扭转效应和层间位移角;在构件耗能方面,其减轻了主体构件进入塑性的程度,降低了结构主要受力构件的应力水平。将为混合消能减震技术在连体超高层结构中的进一步研究和应用提供借鉴。     

摩擦-SMA弹簧复合耗能支撑在周边支承单层球面网壳结构中的减震效应研究

提出了一种新型摩擦-SMA弹簧复合耗能装置(Friction-SMA spring Device,FSD),该阻尼装置由大尺寸超弹性SMA螺旋弹簧装置和摩擦耗能装置。基于SMA装置和摩擦装置的力学模型,建立了FSD的恢复力模型。将FSD用于周边支承单层球面网壳结构的耗能支撑(Friction-SMA spring Brace,FSB)。采用ABAQUS软件建立了整体结构的有限元模型,对其进行了多维地震作用下的动力弹塑性分析,对比分析了受控结构与无控结构中屋盖和下部框架的位移响应、加速度响应、等效塑形应变和能量响应。研究结果表明:设置于网壳屋盖下部结构中的FSB在强震作用下可提供饱满的滞回环,有利于发挥耗能作用;强震作用下受控结构主要通过FSB进行耗能,可有效减轻主体结构的塑形发展和地震损伤;FSB对网壳屋盖及其支承结构在水平方向的减震效果优于竖向减震效果。     

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。     

三阶屈服屈曲约束支撑耗能机理及设计方法研究

屈曲约束支撑(BRB)在拉压荷载作用下受力基本对称,其滞回曲线饱满,是一种耗能效果优良且广泛在工程中应用的耗能构件。传统屈曲约束支撑在多遇地震作用下不发生屈服,无法为结构提供耗能,且无法兼顾不同强度地震作用的使用需求。基于此,提出一种能够三阶屈服的屈曲约束支撑(TYBRB),并通过理论和模拟相结合对其工作原理及力学性能进行了系统的研究。介绍了TYBRB的构造组成及工作机理;在力学分析的基础上,建立了TYBRB的刚度方程,给出了各阶屈服力和屈服位移的计算方法;并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,分析了TYBRB受力性能和抗震优越性。研究结果表明：TYBRB可以在较小变形情况实现一阶、二阶屈服进行耗能,具有明显的三阶屈服效果,可兼顾不同强度地震作用实现分阶段屈服耗能,且耗能性能优越。     

LY315钢屈曲约束支撑耗能性能试验研究

采用新型抗震结构用软钢LY315作为内核材料,设计加工了3根全钢型装配式屈曲约束支撑。对支撑进行了拉压往复加载试验,并对其力学性能进行分析,研究此类新型屈曲约束支撑的耗能性能。结果表明:支撑构造合理,滞回曲线饱满,耗能性能稳定;试件的最大位移延性系数均大于15,抗拉应变强化系数在1.21~1.29,等效粘性阻尼比在0.442~0.465,累积塑性变形均大于500倍的屈服位移;对试件的疲劳加载进行分析,各项参数均满足JGJ 297-2013《建筑消能减震技术规程》的要求,表明试件有良好的低周疲劳性能。     

梭形空间桁架约束型防屈曲支撑的性能研究

防屈曲支撑的外围约束体系的革新研究始终是其核心内容。该文提出了梭形空间桁架约束型防屈曲支撑(STC-BRB)的概念,并以BRB工程应用中的四榀桁架约束体系为例,研究了STC-BRB的静力承载力和抗震设计方法。STC-BRB采用与其弯矩分布图相似的梭形桁架作为外围约束体系,具有提高材料利用率及外形美观等特点,适用于高层建筑和空间结构设置外露BRB的工程应用。该文建立了STC-BRB梁单元模型,采用ANSYS有限元软件对其弹性屈曲性能、弹塑性承载力和滞回性能展开研究,分别给出了基于承载力型和耗能型BRB约束比门槛值的设计方法。研究STC-BRB弹性屈曲性能,基于弹性屈曲荷载的理论和数值计算结果,提出了弹性屈曲荷载的计算公式,给出了BRB约束比的表达式。基于变化约束比的STC-BRB算例的计算结果,分别对其单调轴压弹塑性承载性能和拉压循环荷载作用下的弹塑性滞回耗能性能进行分析,研究了STC-BRB的失稳模式、极限承载力以及滞回耗能能力,获得了STC-BRB承载型和耗能型的约束比门槛值,建立了承载力和抗震设计的基本计算理论和设计方法。     

带耗能腋撑型钢混凝土转换框架结构地震易损性分析

综合利用钢-混凝土组合结构技术和耗能减震技术, 提出带耗能腋撑型钢混凝土新型转换结构, 利用耗能腋撑改善转换结构抗震性能差的问题。以普通和带耗能腋撑型钢混凝土转换框架结构为研究对象, 进行增量动力分析, 建立该新型转换结构地震易损性曲线方程, 研究防屈曲耗能腋撑对型钢混凝土转换结构破坏机制的影响。分析结果表明:防屈曲耗能腋撑有效降低型钢混凝土转换结构在中度、重度损伤破坏及倒塌破坏状态的超越概率, 可作为一道可靠的抗震防线。耗能腋撑的设置避免了普通型钢混凝土转换框架结构在转换层及其相邻楼层处形成层侧移机构, 减小转换构件的塑性变形, 有效地防止型钢混凝土转换结构发生整体或局部倒塌破坏。     

基于Park-Ang损伤模型的网壳结构地震作用下双参数准则研究EI北大核心CSCD

基于性能的抗震设计方法要求将结构划分为多个性能状态,并合理定义结构的性能指标。该文基于Park-Ang损伤模型,根据网壳结构的位移与耗能在地震作用下的响应特点,提出由最大变形与塑性耗能两项无量纲参数非线性组合的双参数模型。结合我国抗震规范、网壳结构自身特性与以往学者的研究成果,通过四个性能点LS-1、LS-2、LS-3与LS-4将网壳结构划分为五种性能状态:基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏与倒塌。通过216组考虑不同跨度、矢跨比、屋面质量、杆件尺寸与地震作用的覆盖性算例,拟合得到模型的待定参数取值,进而提出适用于网壳结构的双参数准则,在四个性能点LS-1、LS-2、LS-3与LS-4处相应的指标(D)值分别为0.3、0.6、1.0与∞。以两个大型网壳振动台试验验证准则的有效性和普适性。结果表明,该文提出的双参数准则与各性能点的指标值能够体现网壳结构的性能状态,具有良好的有效性和普适性。该准则可服务于网壳结构基于性能的抗震设计方法与地震风险评估。     

双层球面网壳的序列地震效应敏感性研究

为了研究双层球面网壳结构响应对于序列地震是否敏感、避免结构在主震后的余震作用下发生倒塌,首先建立了基于通用有限元软件ABAQUS的结构有限元模型,并对太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库中的主余震序列地震动数据进行了筛选,共收集到342对主余震序列地震动时程数据;利用全荷载域动力时程分析方法,获得了各序列地震作用下结构的特征响应随加速度幅值的变化规律,归类并定义了网壳结构多重地震效应的四种影响程度;然后,对大量算例的结果进行统计,得到了在主震结束时的网壳特征响应(最大节点位移、屈服杆件比例和结构损伤因子)与结构抵抗余震能力的关系;最终将屈服杆件比例作为衡量双层球面网壳抵抗余震能力的指标,并给出了各跨度双层球面网壳屈服杆件比例的敏感界限值。研究成果可为网壳结构的抗震设计及抗震性能评估提供参考。     

设置多功能摩擦摆系统的单层球面网壳结构地震响应分析

提出了一种新型多功能摩擦摆支座(MFPB),考察了其在周边支承单层球面网壳结构中减震控制性能。上诉隔震装置由摩擦摆支座、形状记忆合金(SMA)拉索和套筒式限位器组成;为了研究MFPB的隔震耗能机理,建立了此隔震支座的理论模型,进而,对MFPB的滞回行为进行了数值模拟,并分析了其性能特征;将MFPB隔震系统引入单层球面网壳结构中,基于ABAQUS软件建立了受控结构的分析模型;对结构进行了非线性时程分析,利用结构的动力响应指标,评估了受控和无控网壳的抗震性能。研究结果表明,所研发的新型隔震系统可有效降低结构的多维地震响应,且具备抵抗强震灾变的潜力,故有助于提升高位隔震空间网壳结构的总体抗震性能。     

爆炸冲击波超压加载伪随机网壳的分布规律研究

采用缩比模型爆炸试验与数值仿真相结合的方法,开展了爆炸冲击波超压加载伪随机网壳的分布规律研究。首先,选取具有代表性的某伪随机140面体网壳结构,开展了缩比模型爆炸试验,获得了表面特征测点的冲击波超压数据;之后,对比分析了试验与仿真结果的误差及原因,以试验数据为基础,建立了爆炸冲击波与某伪随机140面体网壳结构相互作用的数值仿真模型,并对空中爆炸和地面爆炸的3种不同距离共6种工况下,网壳结构的特征表面超压作用过程进行了计算和分析,拓展了试验结果;最后,对伪随机网壳表面冲击波超压分布规律进行了研究,并提出了增强网壳结构安全性的防护措施,为伪随机网壳结构抗冲击安全设计提供了参考。结果表明:与传统对称网壳结构相比,伪随机网壳在超压峰值分布规律和作用机制等方面都更为复杂,受到结构伪随机特性的影响,在相似位置表面,超压峰值也有明显差异;网壳迎爆面底部和中部超压峰值与其他部位相比,一般较高;在网壳外一定距离构筑防爆墙和加固网壳中部及底部节点的方法,可提升伪随机网壳结构的抗冲击安全性。     

小比例柱面网壳振动台试验及动力响应概率模型

针对单层网壳实验费用高、周期长及地震变异性大等问题,开展了一小比例单层柱网壳振动台试验模型试验,并基于该模型试验统计了考虑地震动变异性时单层柱面网壳的动力响应概率模型。参考孔洞胶接节点装配式单层球面网壳模型制作方法制作了一小比例单层柱面网壳模型;在此基础上,分别选用TAFT波、人工地震波和简谐波对该单层柱面网壳模型开展一系列振动台试验研究,包括弹性阶段的动力特性测试和弹塑性状态下的动力倒塌测试;立足于现场实测数据,基于通用有限元分析软件ABAQUS建模、并开展相应数值仿真分析,总结分析单层柱面网壳模型动力特性与破坏特征;基于40组动力实测数据研究地震变异性对单层柱面网壳动力特性的影响,并初步拟合出地震动变异性与该结构动力响应的概率模型。该研究对开展系列单层网壳振动台试验定性研究及空间网壳结构抗震规范的修订提供参考。     

板锥网壳结构的动力分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理，技术经济效益良好的新型空间结构形式。首先采用子空间迭代法对板锥网壳结构的自振特性及其影响因素进行了系统分析研究，并与普通双层网壳结构进行比较，然后分别采用振型分解反应谱法和时程分析法对板锥网壳结构进行了地震响应分析，得出了可应用于工程实践的重要结论。     

分段SFC预制壳壁抗震加固RC墩柱的效能研究

针对国内外强震作用下钢筋混凝土桥梁RC桥墩震损普遍存在的问题,在消化和吸收国内外已有RC墩柱抗震加固成果的基础上,研制开发一种了新型RC墩柱抗震加固措施-RC墩柱塑性铰区域外包分段钢纤维混凝土(Steel Fiber Concrete,SFC)预制壳壁,选取实际桥梁中的RC桥墩为原型,通过加固前后模型RC桥墩伪静力对比试验研究,校验这种新型RC墩柱抗震加固措施的有效性,试验结果表明新型RC墩柱抗震加固措施能在不改变RC桥墩塑性铰位置的前提下实现承载力和耗能能力的提高。此外,选取不同场地条件下的典型地震动,进行实验RC墩柱加固前后的非线性地震时程反应对比分析,进一步验证新型抗震加固措施的加固效能。     

新型装配式金属消能减震复合墙板抗震性能试验研究

为了研究新型预制装配式金属消能减震复合墙板的抗震性能,分别对新型预制装配式复合墙板以及传统夹心墙板进行了低周反复加载试验,对比研究了试件的破坏模式、滞回耗能性能、承载力与刚度、位移延性等变化。研究表明:新型预制金属消能减震复合墙板滞回曲线呈现"平行四边形",相对于传统复合墙板较为饱满,具有良好的抗震性能;相比于传统夹心复合墙板主要在墙板中部出现X形剪切裂缝,新型预制装配式金属消能复合墙板裂缝主要在墙板角部出现,具有良好的整体性能;新型预制装配式金属消能减震复合墙板具有较小的侧向刚度、较好的位移延性,能够降低围护墙板附加刚度约束效应;新型预制装配式金属消能减震墙板能够达到"小震下处于弹性,大震下屈服耗能"抗震设计目标。     

格栅式摩擦阻尼器的试验研究与数值模拟

位移型阻尼器具有较小的屈服后刚度,在大震下会出现刚度的突然减小,出现明显的损伤集中现象,造成修复成本较高。提出了一种由多种耗能单元组成的新型格栅式摩擦阻尼器,该装置具有屈服后硬化刚度、双重耗能机制、多节点耗能等特点。对耗能单元设计了含6组试件的系数比测定试验和2组试件的耗能单元拟静力试验,并建立了数值模型。系数比测定试验表明:与黄铜摩擦材料相比,无石棉树脂摩擦材料性能更稳定、摩擦出力大;无石棉树脂材料系数比逐渐减小至恒定值,而黄铜材料系数比先增后降至恒定值。通过耗能单元的拟静力试验发现,平动摩擦和转动摩擦行为协同工作良好,耗能单元具有预期的屈服后刚度硬化行为,表现了多阶段耗能特性;其出力中各组分比例可通过控制试件设计参数(如截面尺寸、杆件数量和施加扭矩)进行调整。最后建立了实体单元数值模型,表明数值模拟结果与试验值吻合较好。     

磁控形状记忆合金主动控制系统及试验研究

对磁控形状记忆合金材料进行了磁力学性能试验研究,建立了预加压力-磁场-应变等磁力学本构模型;系统地分析了磁控形状记忆合金作动器的工作原理和构造方法,并进行了相应的磁场-作动性能试验研究,得出了磁控形状记忆合金作动器的本构模型,集成和开发了主动控制系统,并对一凯威特型模型结构进行了相应的控制性能试验。结果表明,研发的磁控形状记忆合金主动控制系统可有效控制网壳结构的地震响应。