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。     

双肢消能摇摆柱受力机理及应用于混凝土框架的减震性能

针对钢筋混凝土框架结构在强震作用下出现薄弱层破坏的问题,提出了能够防止框架结构发生薄弱层破坏的消能减震构件,即双肢消能摇摆柱。在构件层面,通过分析受力机理,提出了双肢消能摇摆柱在侧向荷载作用下的弹性理论分析模型和弹塑性等效分析模型,并采用足尺试验结果及精细有限元分析结果对所提模型进行了验证,表明双肢消能摇摆柱具有良好的滞回耗能及刚度连续特性。在结构体系层面,通过纯混凝土框架与双肢消能摇摆柱 框架的动力弹塑性时程响应结果对比,表明利用双肢消能摇摆柱可较好地减轻混凝土框架结构的最大地震层间位移响应,并抑制混凝土框架结构的层间变形集中,从而防止潜在的地震作用下混凝土框架结构的薄弱层破坏。     

黏滞阻尼器在钢结构加层改造中抗震性能研究

在加层钢框架结构中的中心支撑上设置消能减震装置——黏滞性阻尼器,用来调整加层结构整体阻尼比、消耗地震能量．分析表明：消能减震体系主要是减小加层钢框架过大侧向层间位移,解决钢结构直接加层产生的鞭梢反应,降低层剪力与柱轴力,控制层间位移角出现的位置与时间,从而对加层结构振动反应进行有效抑制,使结构整体满足抗震规范的要求．     

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。     

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 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。     

双重耗能摇摆桁架-钢框架结构体系的抗震性能分析

为了提高结构的抗震性能,提出了一种双重耗能摇摆桁架-钢框架结构体系,即在摇摆桁架和钢框架连接处安装黏滞阻尼器,并在桁架底部设置自复位支撑(SCED).建立了该系统的数值模型,并与摇摆桁架-钢框架对比分析,以研究其在地震下的抗震性能.结果表明:黏滞阻尼器在地震作用下充分发挥耗能能力,自复位支撑在地震作用下的残余应变基本为...     

山地掉层框架-摇摆墙结构抗震性能研究

竖向刚度不均匀是山地掉层框架结构的突出特点,其在地震作用下的动力反应特性与普通框架结构存在较大的差异,山地掉层框架结构在地震中易在上接地层出现层屈服破坏机制。为改善该类结构的抗震性能,在山地掉层框架结构外部附加底部铰接、具有一定转动能力的摇摆墙,形成山地掉层框架-摇摆墙结构体系。对3个总层数为七层的掉不同层不同跨的山地掉层框架摇摆墙结构进行动力弹塑性分析结果表明,附加摇摆墙的山地掉层框架结构的基本周期较原结构的相差不大。摇摆墙设置在不同位置的山地掉层框架摇摆墙结构动力反应特性不同。摇摆墙的加入能够均匀结构各层层间变形,有效改善山地掉层框架结构的抗震性能,可避免原薄弱层上接地层的破坏集中现象,实现了整体耗能机制。     

某框架结构消能减震分析

通过对某框架结构进行分析,重点讨论了结构增设粘滞阻尼器后在多遇地震、罕遇地震下的整体力学性能,得出结构在罕遇地震下的弹塑性发展趋势。结果表明,合理设置粘滞阻尼器可增加结构阻尼比,减小地震响应,起到预期消能减震的效果。该结构位移角满足规范要求,同时有效改善了结构薄弱层的抗震性能。     

Seismic performance of MR frames protected by viscous or hysteretic dampers

This study concerns the behaviour of steel frames protected by different anti‐seismic devices (dampers). Typical hysteretic and viscous dampers are arranged in three steel moment‐resisting frames (MRFs) having different dynamical features but are designed to accomplish determined performance objectives. The proposed devices are selected following an iterative procedure based on the use of a suitable damage functional, which has been applied to control the behaviour of the protected structures under a specific seismic record. The outcomes obtained by implementing incremental dynamic analyses, carried out on the basis of seven historical records characterized by different features, allow to analyse the improvement of the structural performance due to the considered dampers and, therefore, to provide design information about their employment. The comparison of results is carried out taking into account the dampers capacity to protect the structures from damage, the inter‐storey drifts, the residual deformations and the possible amplification effects. In conclusion, the equivalent behaviour factors for each damper type are given, with the aim of providing useful design parameters for the implementation of simplified conventional linear analyses. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于摇摆与剪切协同的柱脚叉接木框架抗侧荷载-位移曲线模型

榫卯连接木框架是传统木结构中的基本承力构件,研究表明其在竖向和水平荷载共同作用下具有摇摆和剪切两种抗侧机制。文章综合考虑木框架摇摆与剪切变形,根据变形协调和弯矩平衡条件,推导竖向荷载和水平荷载共同作用下,柱脚叉接榫卯连接木框架抗侧荷载-位移关系的曲线模型,提出木框架抗侧弹性极限荷载点、峰值荷载点及其切线刚度和下降段刚度的计算方法。基于叉接柱脚木框架抗侧试验对模型进行验证,结果表明:理论模型与试验结果吻合较好,模型计算结果误差小于15.5%。理论研究成果对于传统木结构抗震性能分析和设计具有参考价值。     

Analytical expressions for preliminary design of dissipative bracing systems in steel frames

In this paper a direct displacement-based design (DDBD) method for seismic design of steel frames equipped with dissipative braces is proposed. Attention is focused on concentric braced steel frames with pinned beam-to-column joints in which the bracing system (with viscoelastic or elastoplastic dissipative devices) is the main seismic resistant component. The proposed design method uses an equivalent continuous model where flexural deformability and shear deformability are related respectively to columns and diagonals of the bracing system. In this way, analytical expressions of the required flexural and shear stiffness distributions are obtained. These expressions are quite simple and can be conveniently used in preliminary design of dissipative diagonal braces and columns. Examples are shown for steel frames with dissipative braces based on elastomeric dampers (viscoelastic devices) and steel frames with buckling-restrained braces (elastoplastic devices). Results of time history analyses are illustrated and discussed in order to evaluate the effectiveness of the proposed DDBD procedure.     

高层钢-混凝土混合结构弹塑性地震反应简化分析模型

将高层钢 混凝土混合结构分为外部钢框架和内部混凝土核心筒两部分。外部钢框架进一步简化为半刚架和相应的弹性阶梯形等效弯曲杆的串联体系 ,这种简化模型能考虑柱轴向变形对结构动力反应的影响 ;内部混凝土核心筒则采用弯剪两弹簧墙单元模型 ,简化后的框架和混凝土芯筒之间通过位于楼面标高处的水平刚性连杆连接。考虑到几何非线性对高层结构动力反应的影响 ,再用一竖向受载杆与上述简化结构并联 ,从而得到了高层混合结构简化动力分析模型。对一个 2 5层混合结构的 1 /2 0试验模型进行了理论分析 ,并与模拟地震振动台试验结果进行对比。分析表明 ,提出的简化模型能反映混合结构主要的动力特征 ,可大大减少计算自由度和降低计算工作量 ,且具有较好的计算精度。     

摇摆结构及自复位结构研究综述

放松结构与基础间约束或构件间约束,使结构与基础或构件间接触面处仅有受压能力而无受拉能力,则结构在地震作用下发生摇摆,通过自重或预应力使结构复位,形成摇摆结构及自复位结构。已有研究表明,结构的摇摆降低了地震作用和结构本身的延性设计需求,减小了地震破坏,节约了结构造价。本文首先回顾了摇摆及自复位结构的发展历史,简要介绍了摇摆及自复位结构的基本原理,综述了摇摆桥墩、摇摆及自复位钢筋混凝土框架结构、摇摆及自复位钢框架结构、摇摆及自复位剪力墙结构、摇摆框架－核心筒结构等不同结构体系的发展现状,总结了摇摆及自复位结构发展趋势,并指出后张预应力和消能减震等多种技术的联合应用为摇摆及自复位结构的未来发展方向之一。     

A proposed structural design method considering fluid viscous damper degradations

The purpose of this study is to perform a seismic assessment of the moment resistant steel structures enhanced with viscous dampers where the dampers are degraded due to possible leak of viscous fluid. This paper proposes a design procedure based on corrected response spectrums as a result of seismic assessments based on nonlinear time series analyses on three‐, five‐, and seven‐story steel frame structures denoted as “generic structures.” The proposed design procedure is a seismic displacement‐based design methodology for buildings with viscous dampers as passive energy dissipation systems. Prior literature on these types of structures often overlook the viscous dampers degradation due to the fluid leak. In this paper, in order to study these effects, a target displacement is specified at first and the lateral forces and required stiffness are obtained. The effectiveness of the proposed procedure is verified with the collapse fragility curves of the generic structures according to the ASCE 7‐10 and displacement‐based design methodology. The results show that the structures designed based on proposed procedure demonstrate acceptable performance with degrading dampers.