双段消能摇摆结构体系弹性地震反应的简化分析模型及参数分析

双段消能摇摆结构体系是基于单段摇摆结构体系应用于高层建筑的发展,由两段串联的摇摆结构、主体结构、刚性连杆以及位移型阻尼器组成,可以减小高层建筑结构在地震作用下的动力响应,控制主体结构变形更加均匀,并削弱结构高阶振型的影响,提高结构的抗震性能。基于双段消能摇摆结构体系的刚度组成,建立了双自由度简化分析模型,并结合有限元分析模型进行验证。提出了影响双段消能摇摆结构体系弹性地震反应的无量纲控制参数,结合参数分析的结果,给出了无量纲控制参数的建议范围。研究表明,双自由度简化分析模型可以准确模拟双段消能摇摆结构体系的弹性地震反应,并较准确地反映了主体结构刚度、阻尼器刚度对结构弹性动力响应的影响,降低结构的计算成本;相比于单段摇摆结构,双段摇摆结构能够减小高层建筑下段结构的弹性地震反应,提高高层建筑的抗震性能。     

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。     

摇摆墙在框架结构抗震加固中的应用

介绍一种摇摆墙体系及其在框架结构抗震加固中的应用。摇摆墙是采用特殊构造、底部具有一定转动能力和较大抗侧刚度的结构墙体,它能够有效控制结构在地震作用下的侧向变形模式,且能够以多种方式与消能减震装置结合,提高结构的耗能能力,进而提升结构整体的抗震能力。通过集中质量层模型的动力弹塑性分析研究了摇摆墙的刚度需求,介绍国际上首个采用摇摆墙体系抗震加固的11层钢骨混凝土框架结构实例,并对加固前后的结构抗震性能进行对比分析。结果表明,摇摆墙体系能够有效降低结构在不同地震动输入下的平均地震响应,且可显著减小结构地震响应的离散性,使结构的损伤模式和抗震性能更加易于控制。     

基于变形和能量双参数损伤的消能摇摆架-框架结构抗震性能分析

为研究消能摇摆架对钢筋混凝土(RC)框架结构的损伤控制作用及其应用于工程抗震加固的可行性,对一栋五层设计有消能摇摆架-框架的RC混凝土框架结构,与设计有屈曲约束支撑加固的消能减震结构、设计有摇摆墙加固的抗震结构和基础隔震结构进行抗震性能对比,通过分析在近场脉冲地震动、近场无脉冲地震动和远场地震动作用下各结构的位移、耗能情况,计算各结构的楼层损伤指数。分析结果表明:消能摇摆架能够有效抑制RC框架结构层间变形发展,减少结构耗能,降低RC框架结构的损伤,可用于结构的抗震加固。     

框架-摇摆消能桁架减震体系抗震性能分析

提出了框架-摇摆消能桁架这一新型摇摆结构体系,摇摆消能桁架是由抗弯刚度较大的型钢或组合截面的立杆通过水平连杆和消能斜撑相连而成,消能桁架与框架主体采用铰结连接。利用通用有限元软件SAP2000对比分析了框架与摇摆消能桁架在不同地震强度影响下体系的弹塑性地震响应和层间变形特征,结果表明,摇摆消能桁架可以减轻结构地震响应,使结构各层层间变形趋于均匀。同时研究了耗能元件与主体结构在不同水平地震时耗散地震能量的性能,摇摆消能桁架可以在地震强度不大时就可以发挥耗能功能保护主体结构。研究结果表明,摇摆消能桁架在减轻震害保护建筑方面具有优势,具有一定应用前景。     

西安石油宾馆采用粘弹性支撑减震设计与研究

对8度区的西安石油宾馆采用粘弹性消能支撑进行减震设计与研究。首先利用时程分析计算原结构在多遇地震作用下的变形,针对原结构不满足抗震要求,采用粘弹性支撑对原结构进行抗震加固;随后阐述了粘弹性阻尼器及消能支撑的设计,简述了阻尼器位置的优化。通过对该宾馆加与不加粘弹性支撑的时程分析,计算结果表明,粘弹性阻尼器可有效降低结构的振动反应,是一种性能良好的消能减震装置。     

钢框架消能减震体系研究与工程应用

对上海地区的一幢7层钢结构办公楼采用普通支撑和消能减震支撑两种抗侧力体系,在7度地震作 用下的抗震性能进行对比分析。消能减震支撑由钢支撑、粘滞阻尼器和橡胶支座组成。计算结果表明当两种 抗侧力体系对位移控制效果接近的情况下,普通支撑体系增加了刚度,同时也增加结构的层间剪力、与支撑相 连柱的轴力,而消能支撑体系能有效减少这些结构内力,故比前者大大提高了主体结构的抗震性能。同时试 验也表明所选阻尼器性能良好。     

某多塔连体高层结构抗震性能化分析

某多塔连体高层建筑由3栋高度不同的高层建筑和高位钢结构连接体组成,连接体与主体结构之间设置摩擦摆隔震支座,支座位移较大的位置设置黏滞阻尼器。对整体结构进行了考虑支座非线性的整体建模分析,并与单塔独立模型的模拟结果进行对比。结果表明：设计所选用的弱连接有效减小了连接体对主体结构的影响,设置摩擦摆隔震支座和黏滞阻尼器减小了各塔楼的地震响应。最后,对整体结构进行了动力弹塑性时程分析,研究了结构的位移和层剪力、摩擦摆隔震支座和阻尼器的响应以及构件的损伤变化过程。结果表明：整体结构、摩擦摆隔震支座和黏滞阻尼器、结构构件均满足预定的抗震性能设计目标,该多塔结构在罕遇地震作用下的弹塑性反应及破坏机制,符合结构工程抗震概念设计的要求。     

采用被动控制的四塔连体结构振动台试验研究

某四塔连体结构在顶部通过300m长的空中连廊在高度235m处连接,形成复杂的多塔楼高位连体结构。为减小地震作用下的结构响应及结构构件内力,采用被动控制方案,空中连廊与四栋塔楼的连接节点采用摩擦摆隔震支座,并设置阻尼器进行耗能与限位。为检验四塔连体高位减（隔）震结构的抗震性能,进行了1/25缩尺模型的模拟地震振动台试验研究。结果表明：采用被动消能减震的四塔连体结构满足抗震设计要求;摩擦摆隔震支座与黏滞阻尼器产生了良好的隔震与消能减震效果,空中连廊构件在罕遇地震作用下保持弹性工作状态。     

偏心结构消能减震技术的分析研究

由于偏心结构质量中心与刚度中心不重合,在地震作用下会产生扭转振动,对结构整体抗震性能十分不利。工程设计通常在远离刚度中心的抗侧结构中,采取设置支撑等增加刚度的措施,减小结构的偏心程度。本文采用消能减震技术,在偏心响应较大的抗侧结构中设置消能减震阻尼器,来减小偏心结构的扭转地震响应。论文通过弹塑性时程分析方法,研究了偏心结构、设置普通支撑、设置速度型阻尼器和位移型阻尼器四种结构方案在常遇、设防和罕遇地震作用下的扭转响应,研究了消能减震技术对偏心结构的减震控制效果。分析结果表明,消能减震技术可以有效控制偏心结构的扭转响应,在大震条件下较好的控制主体结构构件的受力。最后本文针对王府井大厦偏心结构工程进行了阻尼消能减震结构的设计。     

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。     

Experimental study on a novel replaceable yielding‐based energy dissipater for rocking and seesaw buildings

The use of energy dissipaters for creation of earthquake‐resilient buildings has been paid more and more attention in recent years, and some newly developed structural fuses or dampers have been proposed to be employed in rocking and seesaw buildings. In this study, a new type of yielding‐based dampers, called curved‐yielding‐plates energy dissipater (CYPED), is introduced. CYPEDs are installed at the bottom of rocking or seesaw building's circumferential columns at the lowest story and have hysteretic behavior in their deformation occurring in vertical direction. The initial curvature of the yielding plates prevents them from buckling and gives the device a smooth force–deformation behavior. First, by performing a set of cyclic tests on three specimens of CYPED, their hysteretic force–displacement behavior was investigated. Then, to show the efficiency of this energy dissipating device in reducing the seismic response of buildings, they were employed numerically as multilinear plastic springs in the computer models of a sample seesaw steel building, and a series of nonlinear time history analysis (NLTHA) were performed on both seesaw building and its conventional counterpart. Results of NLTHA show that the proposed seesaw structural system equipped with appropriate CYPEDs not only gives the building a longer natural period, leading to lower seismic demand, but also leads to remarkable energy dissipation capacity in the building structure at base level and, therefore, keeping the seismic drifts in elastic range in all stories of the building. In this way, the building structure does not need any major repair work, even after a large earthquake, while the conventional building suffers from heavy damage and is not usable after the earthquake.     

某底层框架砖房的消能减震设计

研究了底层框架砖房采用消能减震技术的抗震设计方法,介绍了宿迁某底层框架砖房采用粘弹性阻尼器的消能减震设计,给出了多遇地震和罕遇地震作用下的主要计算结果。计算表明,设置粘弹性阻尼器后,上部结构在多遇、罕遇地震作用下均能满足承载力与变形的要求。     

带阻尼器高层方钢管混凝土框架结构模拟地震振动台试验研究

对一幢带阻尼器高层方钢管混凝土框架结构的1/15缩尺模型进行了模拟地震振动台试验,深入研究了该结构的动力特性和地震反应特征,并通过比较考察了阻尼器的作用效果.结果表明：该结构未出现明显的薄弱层,结构整体扭转反应相对较小,阻尼器发挥了较好的消能减震作用,但结构抗侧刚度较小,层间弹塑性位移角未能满足规范对消能减震结构所规定的宜采用的限值（1/80）,结构设计中已根据试验结果进行了改进,满足了规范要求.     

新建减震结构优化设计方法

基于隔震理论提出减震结构优化设计方法,对某8度区11层框架结构进行了减震设计,通过附加粘滞阻尼器达到设防目标,根据振型分析调整隔震层层高,使安装阻尼器楼层位置降低至底部2层;将选取的7组加速度时程曲线分为4种工况,采用ETABS对减震结构进行了多遇地震作用下的时程分析,比较了各工况下阻尼器耗能总量和最大层间位移角。研究结果表明:将主体结构与减震装置看作有机整体对减震结构进行设计可取得较好的减震效果;将隔震层主体结构抗侧刚度作为减震装置设计参数,使隔震层基本周期与场地特征周期相等可取得最佳减震效果。     

Prediction of nonlinear seismic demands of high‐rise rocking wall structures using a simplified modal pushover analysis procedure

This study presents a simplified analysis procedure for the convenient estimation of nonlinear seismic demands of high‐rise rocking wall structures. For this purpose, the displacement modification approach used in the nonlinear static procedure of ASCE/SEI 41‐13 is adopted. However, in the current study, this approach is extended to every significant vibration mode of the structure whereas the displacement modifying coefficients for different modes are calculated using the typical flag‐shaped hysteresis behavior of rocking walls. The parameters of this hysteresis behavior are selected to represent rocking walls with a practical range of energy dissipation capacity and postgap‐opening stiffness. The computed peak inelastic‐to‐elastic displacement ratios are presented as mean spectra, which can be used for the convenient estimation of pushover target displacement for every significant vibration mode. The accuracy of proposed procedure is examined using the seismic demands obtained from the nonlinear response history analysis of a 20‐story case study rocking wall structure. Furthermore, a modal decomposition technique is used to determine the individual modal seismic demands. The proposed procedure is found to predict both the combined and the individual modal demands with a reasonable accuracy and can serve as a convenient analysis option for the design and performance evaluation of high‐rise rocking wall systems.