消能减震在基于性能的抗震设计中的研究

消能减震设计是基于性能抗震设计的一个实现手段,它是传统的抗震设计的深化,代表了未来抗震设计的发展方向.通过对结构体系的动力计算模型的分析,得出阻尼比对结构的影响至关重要,以简化的方法计算结构的等效阻尼比.通过算例,对钢筋混凝土规则框架进行基本性能目标与重要性能目标的消能减震时程分析.实例分析证明,安装阻尼器后的结构,位移、加速度和层间位移角明显减小,并从投资效益方面作了对比,说明消能减震技术具有较大的实用性.     

现浇混凝土消能减震框架抗震性能试验研究

抵抗地震荷载时实现“强节点弱构件”的破坏模式是框架结构可发挥其良好抗震性能的前提条件,为确保“强节点弱构件”破坏模式的实现提出了加装扇形铅黏弹阻尼器（SLVD）保护节点区的消能减震技术方案。为研究加装SLVD对框架节点区的保护效果及对整体结构抗震性能的影响,设计并制作尺寸、材料及配筋完全相同的二层二跨普通现浇混凝土框架试件和加装SLVD的现浇混凝土消能减震框架试件各一榀。通过拟静力试验,对比分析两种框架的破坏模式、滞回性能、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能特性等变化情况。试验结果表明：普通现浇框架的节点区发生严重剪切破坏,现浇混凝土消能减震框架节点区没有发生严重破坏;SLVD起到良好的耗能保护作用,延缓并控制了节点核心区裂缝的出现与开展,减轻了整体结构的损伤;SLVD在框架中起到“耗能腋撑”作用,提高了框架结构的承载能力、抗侧刚度和耗能能力;加装SLVD改变了框架结构节点区附近的内力分布及传力路径,减小了传递到节点区的剪力与弯矩,但同时改变了梁柱构件的内力分布,在消能减震子结构设计时应予以考虑。节点区加装SLVD有利于框架结构“强节点弱构件”抗震设计理念的实现,现浇混凝土消能减震框架的抗震性能优于普通现浇混凝土框架。     

基于MIDAS设置阻尼器的刚框架地震时程分析

为了验证粘弹性阻尼器对结构消能减震作用的效果,通过运用有限元分析软件MIDAS/GEN建立典型六层钢框架模型,对设置粘弹性阻尼器和未设置粘弹性阻尼器的两种结构分别进行地震作用下非线性时程对比分析.分析的结果从各种方面显示了粘弹性阻尼器对结构效能减震的优越性.     

超限高层框架结构采用粘滞消能减震支撑的抗震性能分析

针对采用粘滞消能减震支撑的超限高层框架结构抗震性能的复杂性,为了提高超限高层的抗震性能,对天津市某高校超限图书馆结构设计中结构选型、消能减震支撑的选择和布置进行反应谱和非线性时程的分析计算.分析结果表明消能减震支撑能有效地提高结构的抗震性能;粘滞阻尼器的数量不能决定消耗能量的多少,只有合理布置,才能更好地提高结构的抗震性能.     

消能减震装置的工程应用

介绍了消能减震装置运用的工程背景、消能原理及分类,通过工程实例中采用ETABS与PKPM同时建模对比分析、采用EPDA程序对结构进行静力弹塑性分析,最终得出消能减震装置能够在不增加配筋量和改变结构截面尺寸的情况下满足了抗震设防要求.     

单跨多层混凝土框架教学楼减震加固设计

为了解决既有单跨多层混凝土框架存在的结构体系不合理、抗震能力差等问题,以某典型单跨多层混凝土框架为背景,采用防屈曲支撑(buckling-restrained brace,BRB)消能减震加固技术对其进行加固.梳理应用该技术的工程技术条件、减震加固方案的设计流程以及BRB加固连接方式的工程应用条件等,对某单跨教学楼进行直连式减震加固改造,进行非线性推覆分析和时程分析,完成节点构造抗震加固设计.研究结果表明:利用该技术加固单跨框架可行,且能达到较高的抗震设防目标要求.     

被动消能减震结构的抗风动力可靠度

利用虚拟激励法和Davenport脉动风速谱模型获得了具有非比例阻尼特征的消能减震结构在风荷载动力作用下的结构随机响应功率谱,利用首次跨越理论分析了消能减震结构在风荷载作用下的动力可靠度,算例表明消能装置可以提高结构的抗风可靠度,尤其在强风作用时效果更为明显.     

基于等效线性化方法的软钢阻尼器结构设计方法

结构进行消能减震设计的关键是准确合理估计消能器的动力行为,位移型消能器的等效刚度及其附加给结构的有效阻尼比与结构位移大小有关.该文提出一种基于等效线性化方法的消能减震结构设计方法,该方法可迭代计算出消能器的等效刚度及其附加给结构的有效阻尼比,从而可采用基于弹性理论的振型分解反应谱法计算消能减震结构的地震反应,并采用一工程实例验证了该设计方法的正确性与有效性.     

不规则消能减震结构的地震反应分析

本文运用有限元软件SAP2000,对不规则高层RC框架结构进行地震反应分析,分别计算原结构和布置粘弹性阻尼器的消能减展结构的自振周期、总位移、层间位移等,并进行对比分析。计算表明,消能减震结构在地震作用下总位移明显小于原结构的总位移,总位移降幅在50%-60%,层间剪力降幅在20%左右,从而达到明显的消能减震效果。     

阻尼器在消能减震结构中的应用

介绍了在建筑结构中常用的两种阻尼器（液体粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器）的消能减震,利用时程分析法介绍了阻尼器在消能减震结构中的计算.包括这两种阻尼器的工作计算模型和工程应用实例。     

基于能量分析的复阻尼模型结构抗震性能

由于当前动力分析中所使用的阻尼模型无法描述结构内未知的材料非线性能量耗散,基于应力相关复阻尼理论,推导出多自由度复阻尼系统的震动能量方程,研究了复阻尼模型的结构震动响应和材料能量耗散规律,计算了构件和结构的时变材料损耗因子.研究结果表明,在地震总输入能量中,材料阻尼耗能占很大比例,并随时间单调增加,结构的材料阻尼耗能及其变化率、动能、应变能均随着能量输入的增加而增加.通过对损耗因子的计算表明,与传统方法相比,采用时变形式而非常数形式的材料损耗因子能够更精细地体现材料阻尼效应.     

耗能框架体系的动力分析

研究了带有金属阻尼器及其与粘滞流体阻尼器串并联组合平面框架体系。分别采用Bouc-Wen模型和粘滞阻尼模型模拟金属和粘性流体阻尼器的滞回特性,建立耗能体系的动力分析方法。数值分析表明,阻尼器采用并联组合方式对位移和加速度的减振效果要优于串联组合方式。     

地震动特性对单自由度系统地震能量响应的影响

合理地选取了4类场地320条强震记录,基于SDOF体系的地震能量方程,利用弹塑性动力分析程序,研究了地震动特性对SDOF体系的地震能量响应及其分配规律的影响,结果表明,SDOF体系的地震总输入能、滞回耗能、阻尼耗能都随着震级的增大而增大,阻尼耗能是中长周期结构在小震作用下消耗地震能量的主要方式,而滞回耗能则是结构在大震作用下消耗地震能量的主要方式;随着场地土质的变软,各类地震能量响应都呈递增趋势,它们的增幅也随着场地土质的变软而加剧;只要以某一设防烈度为标准,并给出相应的能量反应谱,则其它设防烈度的能量反应谱就可以根据PGA设防烈度与PGA标准烈度比值的平方调整得到.     

后张预应力摇摆墙动力耗能机制分析

为分析后张预应力摇摆墙的墙-基摇摆碰撞冲击阻尼在地震动能量输入中的能量耗散贡献。基于ABAQUS建立摇摆墙精细化模型,结合模态分析确定摇摆墙结构动力特性,模拟发生大侧移下摇摆墙自由衰减振动,获得墙顶位移、速度和加速度动力时程响应,以摇摆墙恢复系数作为冲击阻尼量化指标,综合评价了不同高宽比和预应力水平摇摆墙的包含碰撞耗能多机制耗能能力。结果表明：所提出的模型能够精确还原摇摆墙试验模型的动力响应;高宽比对摇摆墙动力特性影响显著,减小高宽比可明显提高碰撞耗能占比,最高为78.3%;初始预应力水平对摇摆墙动力特性和自由衰减振动响应影响并不明显,但可显著提高耗能能力,将耗能占比提高至36.8%。     

秦氏旧宅厅堂木构架体系动力性能分析

为了保护现存文物建筑并对其进行维修设计,以秦氏旧宅厅堂木构架建筑为研究对象,建立有限元模型并进行动力性能分析。采用模态分析探讨木构架体系的动力特性,对木构架进行罕遏地震作用下的动力时程分析。结果表明：结构第1阶振型的自振周期为2．1127S,体现木构架建筑的长周期特性;纵向刚度小于横向刚度;节点刚度对结构振动模态影响显著;随着梁架层高度的增加,各梁架层的位移峰值随之增大;各梁架层加速度峰值随着梁架高度增加有减小的趋势,层间动力放大系数均在1左右;榫卯连接起到耗能减震的作用,其中七架梁层处的榫卯结构耗能效果最为显著;所得研究成果可为同类木构架体系的保护、修缮提供技术支持。     

基于位移的钢筋混凝土框架结构整体等效阻尼比模型

现有针对钢筋混凝土框架结构的等效阻尼比公式大多使用简化的单自由度滞回模型等效推导得出,难以充分反映结构的整体非线性滞回特征。按现行抗震规范设计了66个不同层数和跨度的规则钢筋混凝土框架结构,并对其进行单向推覆分析,选出其中主要通过梁铰变形耗能的51个结构进行往复推覆分析,基于等能量耗散原则建立了适用的整体等效阻尼比模型,分析表明,基于该等效阻尼比的结构位移需求预测值总体偏低。为此,进一步通过动力时程分析对其进行修正,采用修正后的整体等效阻尼比模型进行拟静力非线性分析,所得结果与时程分析得到的平均最大位移基本一致,说明该模型具有较好的适用性,可以更好地反映结构整体耗能特性。     

高层结构屋顶构架风振控制设计与研究

以合景大厦为工程背景,介绍了屋顶构架风振控制设计,并给出了基于弯曲错动耗能的阻尼片的试验性能分析及屋顶构架控制的数值计算结果.分析结果表明:增加阻尼材料厚度和钢板厚度均可增加阻尼片的耗能能力;在结构中布置阻尼片可以有效地降低屋顶构架及结构顶层的动力响应,能够较好地改善屋顶构架的层间相对位移,满足结构舒适度要求.构架层间位移角最大控制效果为41.4%,构架顶点位移响应最大值控制效果为13.9%,结构顶点加速度响应最大值控制效果为38.3%.在本工程采用的耗能减振技术,具有明显的技术经济效益.     

新型耗能器的减震数值分析

提出了一种新型铅组合耗能器,这种耗能器可用于梁端塑性铰的耗能减震。通过对安装这种耗能器的框架减震耗能效果进行分析,发现该耗能器能有效增加结构的阻尼比,减震效果明显。建立了铅组合阻尼器的计算模型,分析表明,铅阻尼器能有效减小结构的地震反应,提高了建筑物的抗震性能,是一种高效的耗能器。     

塑性耗能支撑钢筋混凝土框架的低周反复荷载试验研究

通过对三榀普通钢筋混凝土框架、钢支撑框架和塑性耗能支撑框架单元１／３比例模型在低周反复荷载作用下进行对比试验，研究三类不同型式的钢筋混凝土框架结构的破坏形态、位移延性系数、强度退化与累计耗能等抗震性能指标，为塑性耗能支撑框架的深入理论分析和工程设计提供依据     

单层楼阁式木架动力与耗能性能试验研究

中国传统楼阁式木构由柱基层、柱架层、铺作层和屋架层组成,地震作用下各结构层间出现的非线性响应表明了楼阁式木构是一个高度非线性的结构体系,其中蕴含了丰富的减隔震机理,而整体楼阁式木架的抗震机理复杂且各结构层协调工作机制、动力及耗能性能尚未被完全揭示。为了探究楼阁式木架的动力及耗能性能,基于先前研究内容对1/16缩尺的观音阁单层木架简化模型进行了振动台试验。将三条地震波缩尺并调整地震动峰值加速度（PGA）后输入,分析木架在单向地震激励下的动力响应。试验结果表明,当输入地震动加速度较小时,三条地震波作用下木架响应都较小,当输入地震动加速度较大时,三条地震波作用下木架均会出现柱摇摆、柱脚滑移和柱脚提离等结构响应;木架层间位移角主要由柱架层提供,且随着PGA增大,铺作层层间位移占比减小,柱架层层间位移占比增大。基于试件位移响应和加速度响应,进而分析木架表现出的滞回特性,结果表明在柱摇摆前滞回曲线呈现较大初始刚度,在柱摇摆后滞回曲线呈现二阶刚度,在柱脚提离后滞回曲线呈现负刚度;同时对不同地震激励下的木架累积耗能及耗能占比进行了分析,结果表明,随PGA增大,柱脚摩擦滑移耗能占比越大,且PGA越大,柱架层摇摆耗能占比越大,铺作层耗能占比越小。