同时附加位移和速度相关型阻尼的钢框架结构设计方法研究

在地震作用下,多高层钢框架结构主要发生剪切型变形,下部楼层相对位移较大,故应在下部楼层附加位移相关型阻尼器(如金属阻尼器).下部楼层附加金属阻尼器后对结构进行地震反应时程分析,可知上部楼层的层间速度明显大于下部楼层,因而可以在上部楼层附加速度相关型阻尼器(如黏滞阻尼器),如此就得到同时附加位移和速度相关型阻尼的钢框架消能减震结构.本文通过数值分析首先阐明同时附加位移和速度相关型阻尼的设计思想以后,介绍了基于等效线性化理论和减震性能曲线的消能结构设计方法,并利用此方法研究了结构同时附加金属阻尼器和黏滞阻尼器的消能减震结构设计方法.结果表明,该结构减震效果比仅附加金属或仅附加黏滞阻尼结构的减震效果要好.     

屈曲约束支撑与黏滞阻尼器的减震效果对比研究

以某钢筋混凝土框架结构工程实例为研究对象,选取与场地条件相匹配的地震动作为激励,在SAP2000程序中计算了该结构在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力反应,并在框架结构模型中分别设置屈曲约束支撑和黏滞阻尼器。通过试算确定消能减震装置的参数,使得两种消能减震结构在多遇地震作用下的位移减震率均为40%。在此条件下,对比分析了结构的层间位移角、楼层加速度、基底剪力、柱轴力、塑性铰分布和各层阻尼器的工作状态。分析表明：在多遇地震作用下,屈曲约束支撑增大了结构的加速度响应,而黏滞阻尼器能够减小结构的加速度响应;在罕遇地震作用下,二者均能有效控制楼层的加速度响应,而屈曲约束支撑的位移减震效果更好,但黏滞阻尼器对框架柱内力的减少效果更为显著。     

某超高层结构的不同减震方案对比分析

以某超高层建筑为例,分别对仅设置屈曲约束支撑,仅设置粘滞阻尼器和同时设置BRB与粘滞阻尼器的三种消能减震结构体系进行了多遇地震和设防地震下的地震反应分析。结果表明:方案B比方案A和方案C更能有效地减小结构的楼层位移、层间位移角和楼层剪力;方案B的阻尼器消能明显大于方案A和方案C的阻尼器消能;粘滞阻尼器在多遇地震和设防地震作用下均具有饱满的滞回曲线,有效地消耗了地震能量。     

多层钢筋混凝土框架结构减震方案对比分析

某3层幼儿园建筑,采用钢筋混凝土框架结构,抗震设防烈度为8度(0.30g),抗震设防类别为重点设防类,为了满足建筑净高和使用要求,减小框架柱截面,拟在结构中设置消能减震构件,故对比分析了分别在结构中设置防屈曲支撑(BRB)、金属剪切阻尼器(SD)、黏滞阻尼墙(VDW)的模型。通过无控模型、BRB模型、SD模型以及VDW模型在多遇地震下的弹性时程分析,对比了周期、层间位移、层剪力以及减震率;通过罕遇地震下的弹塑性时程分析,比较了层间位移、层剪力以及消能减震构件的耗能。经过分析比较,给出了BRB、SD、VDW在多遇地震、罕遇地震下的作用特点,为后续类似项目的消能构件的选型提供参考。     

粘滞阻尼器在某办公楼中消能减震分析与设计

以位于8度抗震设防烈度区的某框架结构办公楼为研究对象,建立有限元模型并布置粘滞阻尼器,基于ETABS软件进行有限元时程分析。在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下对该框架结构进行了非线性粘滞阻尼器控制下的阻尼减震控制研究。针对减震前后的楼层剪力、层间位移角、与阻尼器相连的框架内力进行对比分析,并对阻尼器耗能性能进行分析,并进一步细化减震方案,对粘滞阻尼器支撑截面进行了验算与设计。结果表明,结构中增设粘滞阻尼器,能有效降低结构的楼层剪力、与阻尼器相连的框架内力、减小层间位移角以及增加结构的附加阻尼比,提高结构抗震性能储备。     

使用黏滞阻尼器对某小学进行消能减震设计研究

以某位于8度抗震设防地区的小学为研究对象,研究了其在多遇以及罕遇地震作用下的结构动力响应及消能减震方案效果。按照规范要求,选取五条天然地震动和两条人工地震动,对结构进行弹性时程分析,通过对比多遇及罕遇地震作用下有控及无控结构的楼层剪力、层间位移角来分析消能减震方案的减震效果。结果表明,使用黏滞阻尼器可以有效控制结构在地震作用下的地震响应,提高了结构的可靠性,达到了预期的消能减震设计目标。     

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。     

菏泽市牡丹人民医院门诊妇儿楼消能减震分析与设计

菏泽市牡丹人民医院门诊妇儿楼采用框架-剪力墙结构体系,按8度0.20g进行设计.为降低地震输入响应,减小结构最大层间位移角,提高其抗震性能并满足结构减震目标,采用消能减震技术——黏滞阻尼器(VFD).采用YJK软件进行振型分解反应谱计算,ETABS振型分解反应谱(补充复核)、弹性时程和弹塑性时程分析计算;并将减震及非减震结构的结果进行对比分析.结果 显示,采用该消能减震技术后,多遇地震作用下结构基底剪力和层间位移角的减震效果显著,满足结构既定附加等效阻尼比要求;时程法结构基底剪力减震率远高于反应谱法结构基底剪力减震率;罕遇地震作用下结构减震效果良好,弹塑性层间位移角满足规范及既定性能目标要求.     

某工业建筑采用黏弹性消能支撑的减震设计研究

介绍了8度区某工业建筑采用黏弹性消能支撑的减震设计方案,阐述了黏弹性阻尼器及消能支撑的减震设计步骤,给出了地震反应计算方法和主要计算结果。计算表明,结构安装黏弹性消能支撑后,可按7度抗震设防要求设计,结构阻尼比增加10%左右,层间位移和加速度较原结构减小明显,在多遇、罕遇水平地震作用下,能分别满足承载力和变形的要求。     

底层柔性柱隔震结构半主动控制研究

为减小隔震结构底部柔弱层的过大变形,提出了一种底层柔性柱隔震结构半主动控制体系。将结构底层柱设计成柔性柱,在底部填充墙与二层梁之间安装磁流变阻尼器,根据主动控制算法来适时调整阻尼器的阻尼力,对结构实施限位和耗能的半主动控制。建立结构振动模型,通过数值模拟分析该体系的振动特点和减震效果。研究表明,这种结构控制体系能有效减小结构的地震反应,隔震层位移减小50%以上,防止结构因底部位移过大而倒塌。隔震层刚度对减震效果有明显影响,层间刚度比应在隔震层位移、层间位移和加速度之间权衡考虑,并保证底层柱在大震下不发生失稳。在没有半主动控制条件的情况下,在隔震层安装固定阻尼耗能器件进行被动控制,也可减小底层位移30%以上。     

水平双向地震作用对摩擦摆基础隔震结构隔震支座位移的影响

对不同场地条件下、不同周期的摩擦摆基础隔震结构在水平双向和单向地震作用下的隔震支座位移进行了对比分析,表明水平双向地震作用下隔震支座的总位移均明显大于水平单向地震作用下的支座位移。因而,在简化设计中确定摩擦摆基础隔震结构隔震支座位移时,可将水平单向地震作用下的隔震支座位移增大30%,以考虑水平双向地震作用对摩擦摆基础隔震结构隔震支座位移的影响。     

GPC和LQR算法在压电摩擦阻尼隔震结构中的应用

将压电摩擦阻尼器与叠层橡胶垫组成可控隔震系统,根据压电摩擦阻尼隔震系统的特性选择了线性二次型最优控制(LQR)和广义预测控制(GPC)作为整套隔震系统的控制算法,并将半主动控制算法作为控制输出策略;用时程分析法对结构的动力反应进行对比,验证了其隔振效果。结果表明:无论是多遇地震还是罕遇地震,这种隔震体系都可以大大降低结构的地震反应,其中各楼层加速度反应减小75%以上,层间位移减小70%~80%,结构的位移反应主要集中在隔震层;该控制算法大大降低了隔震层的位移,改善了控制效果。     

循环荷载作用下土拱效应的离散元研究

基于室内Trapdoor模型试验,采用PFC2D研究了循环荷载作用下不同路堤高度的土拱效应,从力链和位移的角度对路堤内土拱结构、填料移动的变化规律进行了宏观和微观分析。结果表明:抗扭转模型可以较好地模拟以铝棒相似土作为填料的Trapdoor试验; 在循环荷载作用下路堤内形成的土拱结构发生破坏,土拱效应得到削弱,土拱结构的破坏主要发生在初始加载阶段,并且在这个阶段高路堤底部土拱结构比低路堤受到外部荷载的影响要小; 随着加载的进行,路堤内部形成了新的稳定受力结构并基本保持不变; 在循环加载过程中低路堤加载板两侧的力链结构受到的影响和扰动比高路堤的大; 在循环荷载作用下,路堤表面发生了沉降,其中塑性位移主要发生在初始加载阶段,之后产生的几乎是弹性位移; 高路堤加载板两侧土体相较于低路堤在第一次加载时更不容易产生横向位移被挤向两端,加载板的竖向位移减少,从而减少加载板对底部土体的影响,使得路堤底部的土拱结构更不容易被影响。     

框架-核心筒结构中构件截面面积的合理分配

以40层超高层建筑为例,在保持材料用量基本不变的前提下,分别采用不均匀布置和均匀布置2种方案,采用通用有限元软件 MIDAS,对比分析了结构自振周期、扭转效应、抗侧刚度、结构侧移、层剪力、总框架承担的剪力、框架承担总剪力百分比、底层框架承担总倾覆弯矩百分比。结果表明,只要对杆件截面面积进行合理分配,既可加快框架-核心筒结构的施工速度,又可改善结构的受力性能。     

框架预应力锚杆加固多级高边坡地震响应数值分析

依托实际工程,基于Geostudio岩土分析软件,建立了框架预应力锚杆加固多级高边坡的动力分析模型。通过设置边界条件,输入水平地震作用,分析了边坡在地震作用下的位移响应、速度响应、加速度响应和锚杆轴力响应。结果表明:水平地震作用下,边坡内的位移、速度、加速度和锚杆的轴力等均随地震持时呈波动性变化。水平位移随时间变化显著且具有累积效应,边坡水平位移远大于竖直位移。坡体临空面水平加速度幅值明显增大,临空面对地震加速度具有放大效应。边坡总应力从坡底沿坡高递减,在坡底总应力最大。预应力锚杆的自由段与锚固段轴力均随地震持时波动性变化,自由段轴力较大,锚固段轴力沿远离自由段方向递减。分析结果可为框架预应力锚杆加固多级高边坡的地震响应提供一定的依据。     

水平地震作用下框支剪力墙结构的变形研究

对工程结构中常用的底部为多层大空间的框支剪力墙结构采用分区混合法，进行水平地震作用下结构的变形研究。将框支剪力墙结构分成转换层上部剪力墙结构和转换层下部框架剪力墙结构两部分，采用子结构法进行分析。在水平地震作用下，转换层上、下部先分别按剪力墙结构和框架一剪力墙结构的变形曲线公式计算其变形，再充分考虑上下两种不同结构的变形协调性，推导了框支剪力墙结构在水平地震作用下的侧移曲线公式，并给出了方便结构侧移曲线计算的图表。方法简单实用，可用于地震区高层建筑结构的初步设计。     

风荷载与地震耦合作用下超高层建筑的结构损伤与玻璃幕墙坠落研究

超高层建筑服役周期长,在其全寿命周期内有可能遭受风和地震同时作用,需针对主体结构和玻璃幕墙受风、地震单独和耦合作用进行研究。基于结构高度为300.5 m超高层框架-核心筒结构,依据相关规范要求建立主体结构与玻璃幕墙整体有限元分析模型,根据场地条件选取3组三向地震动记录,并通过已完成的1∶440缩尺模型风洞试验获得10、50 a和100 a重现期的风压时程。采用非线性时程分析方法,研究风荷载、地震单独与耦合作用对主体结构和玻璃幕墙受力性能的影响。结果表明：玻璃幕墙对主体结构的影响较小,而主体结构对玻璃幕墙的影响则较大,其变形超过玻璃幕墙由荷载直接作用所产生的变形。在风荷载或地震单独作用下,主体结构的非线性响应和玻璃幕墙的破坏情况均随荷载强度增大而增大;在地震作用下,主体结构进入非线性状态后,结构顶点位移和层间位移角的增幅超过基底剪力的增幅,但低于峰值加速度的增幅;在风荷载作用下,主体结构处于弹性工作状态,基底剪力和倾覆弯矩随风压增大呈线性增长,但因变形响应特性不同,变形产生非线性增长,结构扭转效应增大;在风荷载与地震耦合作用下,主体结构和玻璃幕墙的非线性响应超出风荷载或地震单独作用的简单叠加,结构变形为单独作用简单叠加值的110%~134%。结构刚度变化较大的加强层及其邻近1~2层,侧风面负风压较大,玻璃幕墙容易破坏而坠落,设计时需注意加强。     

Study on structural damage and falling of glass curtain wall of super high-rise building under coupling action of wind and earthquake

超高层建筑服役周期长，在其全寿命周期内有可能遭受风和地震同时作用，需针对主体结构和玻璃幕墙受风、地震单独和耦合作用进行研究。基于结构高度为300.5 m超高层框架-核心筒结构，依据相关规范要求建立主体结构与玻璃幕墙整体有限元分析模型，根据场地条件选取3组三向地震动记录，并通过已完成的1∶440缩尺模型风洞试验获得10、50 a和100 a重现期的风压时程。采用非线性时程分析方法，研究风荷载、地震单独与耦合作用对主体结构和玻璃幕墙受力性能的影响。结果表明：玻璃幕墙对主体结构的影响较小，而主体结构对玻璃幕墙的影响则较大，其变形超过玻璃幕墙由荷载直接作用所产生的变形。在风荷载或地震单独作用下，主体结构的非线性响应和玻璃幕墙的破坏情况均随荷载强度增大而增大；在地震作用下，主体结构进入非线性状态后，结构顶点位移和层间位移角的增幅超过基底剪力的增幅，但低于峰值加速度的增幅；在风荷载作用下，主体结构处于弹性工作状态，基底剪力和倾覆弯矩随风压增大呈线性增长，但因变形响应特性不同，变形产生非线性增长，结构扭转效应增大；在风荷载与地震耦合作用下，主体结构和玻璃幕墙的非线性响应超出风荷载或地震单独作用的简单叠加，结构变形为单独作用简单叠加值的110%~134%。结构刚度变化较大的加强层及其邻近1~2层，侧风面负风压较大，玻璃幕墙容易破坏而坠落，设计时需注意加强。     

钢-钢筋混凝土塔式组合结构模型振动台试验研究

对一利用太阳能发电的钢-钢筋混凝土塔式组合结构原型进行1/18缩尺比模型设计,并开展了模型结构模拟地震振动台试验,以研究结构的抗震性能。通过分析试验中加速度响应、位移响应和应变响应,得到钢-钢筋混凝土塔式组合结构在地震激励作用下的受力性能。结果表明：钢-钢筋混凝土塔式组合结构底部在水平向地震作用下,承受巨大的剪力,最早出现严重的水平向贯通性破坏裂缝;加速度放大系数沿着结构高度升高而逐渐增大;随着台面激励加速度输入值的增大,加速度放大系数逐渐减小;位移反应随着结构高度增加而逐渐增大,塔顶结构有明显的鞭梢效应;8度罕遇地震作用下,X向最大位移172mm;混凝土筒壁最薄处,结构应变反应最大。钢塔顶结构的塔柱底部和底部斜杆应力较大,出现了局部屈曲变形。