新型软钢阻尼墙的试验研究及性能分析

本文提出的新型软钢阻尼墙是一种设计新颖、耗能能力很强的剪切型金属阻尼器。给出了该新型软钢阻尼墙试件的构造形式。基于提出的加载方案对试件分别进行了基本性能试验和疲劳性能试验,分析了试件的滞回性能与疲劳性能等。试验结果表明该新型软钢阻尼墙具有稳定、良好的滞回性能和疲劳性能。采用ABAQUS软件对其建立了精细化有限元模型,并对其进行了有限元分析。数值仿真结果与试验结果很接近。这种新型软钢阻尼墙耗能性能优越,构造简单,且施工方便,有广阔的工程应用前景。     

组合连梁RC框剪结构地震损伤控制研究

框架-剪力墙结构作为多层及高层结构普遍采用的建筑结构形式之一,是抗震设计与加固的重点与热点。组合连梁技术为降低墙肢损伤,震后快速恢复结构功能,降低社会灾后重建的成本提供了新的思路。但目前对组合连梁框架-剪力墙结构体系的研究仍不充分,组合连梁对于整体结构的控制效果仍有待确认。本文通过子结构试验与数值分析的方法,系统地研究了组合连梁的力学性能,给出了合理的组合连梁设计参数,并提出了基于连续化方法的带组合连梁的剪力墙结构的抗震分析方法。本文的主要工作及成果如下:(1)带缝钢板阻尼器力学性能试验研究。通过带缝钢板阻尼器低周拟静力循环加载试验研究,研究了开缝宽度和工艺、连接构造措施、弯曲单元跨高比等关键因素对带缝钢板阻尼器力学性能的影响,同时研究了带缝钢板阻尼器的延性、超强系数及低周疲劳性能。并通过精细化有限元分析对缝宽为2mm的阻尼器试验进行了模拟,讨论了损伤模型及损伤参数的取值,并为试验结果补充了分析参数。通过Bouc-Wen宏观模型,对缝宽为6mm的阻尼器试验进行了模拟,通过回归分析,建立了Bouc-Wen形状控制参数与阻尼器力学性能控制参数之间的关系。(2)传统连梁与带缝钢板阻尼器组合连梁对比试验研究。通过一组传统连梁与组合连梁的对比试验研究,验证了组合连梁在连梁和墙肢的损伤控制、相同位移角下的耗能能力,变形能力等方面的优势,同时研究了超强系数对组合连梁的影响。(3)大比例传统剪力墙和组合连梁剪力墙子结构试验研究。根据某18层原型结构,制作了1/3缩比的6层传统连梁剪力墙和组合连梁剪力墙试验体,进行了子结构拟动力试验及低周拟静力循环加载试验研究,研究了组合连梁剪力墙结构的力学性能及损伤破坏模式,证明了组合连梁墙片在结构层间位移角、地震力输入方面的控制效果,同时测量了组合连梁的变形需求。(4)组合连梁框剪结构参数分析。在验证模型正确的基础上,应用有限元软件Marc对消能墙片进行了参数分析,研究了在10层、20层、30层3种不同高度下,组合连梁的跨高比、刚度参数及强度参数对于整体框架-剪力墙结构的地震响应的控制作用,分析了结构的层间位移角、楼层剪力分布、结构沿楼层的耗能分布等结构响应随参数的变化关系,并给出了组合连梁设计参数的合理范围。(5)基于等效弹性连续化方法的组合连梁剪力墙结构的抗震分析方法。基于传统双肢剪力墙的连续化方法,考虑了组合连梁以及墙肢的塑性能力,通过计算组合连梁剪力墙的周期与振型、组合连梁的附加阻尼比,并结合MPA方法,提出了基于等效弹性连续化方法的组合连梁剪力墙抗震分析方法,为阻尼器参数及优化分析奠定了基础。     

装配式复式钢管混凝土柱-钢板剪力墙框架数值模拟

为研究复式钢管混凝土钢板剪力墙框架的抗震力学性能,基于装配式复式钢管混凝土柱-钢板剪力墙框架结构拟静力试验研究,合理采用材料本构关系并引入了损伤因子来考虑混凝土的损伤退化,利用ABAQUS软件建立两榀框架的有限元模型,并且对结构进行有限元计算。有限元模拟所得框架的滞回曲线与试验所得吻合良好,验证了有限元模拟的正确性。基于此,分析了整体框架以及各构件在受力过程中的应力分布,验证了钢板对于该类结构抗震性能有明显的提升及结构试件设计的合理性;最后对该类框架结构进行了参数分析,研究了轴压比、钢材强度及钢板剪力墙厚度对结构抗震性能的影响,为此类框架结构试验以及工程应用提供参考。     

黏滞阻尼墙力学模型及其减震结构设计方法研究

目前国内外对黏滞阻尼墙消能减震机理和力学模型研究有限,针对阻尼墙力学特点的结构优化设计方法研究更少。本文通过缩尺黏滞阻尼墙力学性能试验,总结分析了黏滞阻尼墙的力学特性及消能减震机理,提出了适用于广域激励范围的黏滞阻尼墙力学模型,以及带黏滞阻尼墙消能减震高层结构的实用设计方法。     

用于应急避险的城市绿地标致性景观塔抗震设计

为了确保应急避险的城市绿地标志性景观塔抗震设计在城市绿地中能够发挥重要作用,需要进一步研究城市绿地景观塔的抗震设计内容。提出基于Logistic模型的城市绿地景观塔抗震设计方法,该方法介绍用于应急避险的城市绿地的规划、用于应急避险的城市绿地标志性景观塔中功能模块的作用、城市绿地标志性景观塔抗震设计理念,并分析Logistic模型在城市绿地景观塔抗震设计中的应用。结合模拟工程实例分析,利用抗震系数和地震灾害影响因子分析城市绿地标志性景观塔的抗震性能以及抗震设计是否合理。实例结果证明,城市绿地标志性景观塔的抗震性能较好,并且抗震设计具有合理性,能够符合应急避险绿地要求,具有较好景观效果。     

带粘弹性阻尼器结构振动台试验设计——基于OpenSees的阻尼器尺寸选择

基于带粘弹性阻尼器钢框架结构振动台试验,提出了基于OpenSees的阻尼器尺寸选择方法。首先,通过试验获得一种特定尺寸阻尼器的滞回曲线,根据粘弹性阻尼器相似理论,将其转换为一系列不同尺寸的阻尼器滞回曲线。使用Bouc-Wen模型对它们进行参数识别并添加到结构分析模型中,利用OpenSees软件对添加阻尼器结构和纯框架结构进行不同水准的3条地震波下动力时程分析。最后,通过综合考查阻尼器的减震效果和最大应变来确定合适的用于振动台试验当中的阻尼器尺寸。结果表明,本方法可避免对不同尺寸阻尼器逐个进行性能试验,Bouc-Wen模型可较准确地模拟阻尼器力学性能,OpenSees非线性动力时程分析可准确模拟试验过程,根据提出的选择指标能简单方便地确定阻尼器的尺寸。     

基于等效框架模型的砌体结构抗震模拟及验证

等效框架模型采用宏观模型来模拟砌体墙在平面内的抗震性能。砌体墙的墙柱和墙梁采用同时考虑轴向弯曲和剪切变形的基于力法的纤维截面进行模拟,且两者的连接视为刚性区域。轴向压缩及弯曲效应在截面纤维模型中考虑,而剪切效应由V-γ剪切恢复力模型表达,弯曲和剪切在单元层面进行耦合。通过统计和分析,确定骨架曲线的计算方法,并基于Ibarra-Krawinkler模型提出剪切恢复力模型。通过算例得出:该模型在单调加载和循环加载下的数值计算结果与试验结果均吻合较好。     

基于耗能连梁钢板阻尼器的高层结构耗能减振分析及应用

为改善传统连梁钢板阻尼器的适用性,提出了一种新型耗能连梁钢板阻尼器的设计方法,通过对阻尼器工作区域的划分与设计,使新型阻尼器充分发挥耗能作用,有效地提高了结构整体耗能能力。基于有限元软件ABAQUS模拟低周反复荷载作用下墙肢与阻尼器的应力应变状态,以验证所提出的新型阻尼器的设计方法及端部嵌固区的可靠性,并通过对原结构和实施耗能连梁钢板阻尼器结构进行弹塑性时程分析,探讨其改进后的抗震性能。研究结果表明,新型嵌固区构造不仅能够保证阻尼器与墙肢协同工作良好,还能大大降低施工难度;通过实施该阻尼器,可形成耗能连梁及抗震多道防线,在连梁钢筋混凝土部分损伤较为严重的情况下,仍能保证连梁具有一定的延性和耗能能力。     

带钢板暗支撑叠合板式剪力墙恢复力模型研究

大量的研究结果表明,在叠合板式剪力墙中引入钢板暗支撑能够有效提高叠合板式剪力墙的抗震性能。为了指导该种带钢板暗支撑叠合板式剪力墙的抗震设计,利用已有的带钢板暗支撑叠合板式剪力墙的试验数据,基于四折线骨架模型,对开裂点、屈服点、峰值点、极限点的荷载、位移及刚度进行计算分析,同时采用逐步回归分析得到了残余位移计算模型,进而构建了带钢板暗支撑叠合板式剪力墙的恢复力模型。通过与试验结果的对比发现：建立的四折线骨架模型获得的各受力阶段的荷载、位移及刚度与试验结果吻合良好,提出的逐步回归分析得到的残余位移模型可以较好地预测带钢板暗支撑叠合板式剪力墙各加载循环的残余位移,因此,文中提出的恢复力模型与残余位移模型能够较为真实地反映带钢板暗支撑叠合剪力墙的滞回特性,可为其抗震设计提供理论依据。     

双钢板高强混凝土组合剪力墙滞回性能模拟

以3个双钢板高强混凝土组合剪力墙的拟静力试验为依据,运用OpenSees软件,建立了双钢板组合剪力墙的纤维模型。计算结果与试验结果的对比表明:基于OpenSees的纤维模型能较好地反映双钢板组合剪力墙在往复荷载作用下的滞回性能,具有较高的计算精度和运算速度,适用于双钢板高强混凝土组合剪力墙的抗震分析以及性能设计。     

基于性能的联肢钢板剪力墙抗震设计与评估研究

联肢钢板剪力墙能通过连梁耗能实现多重抗侧体系,其优良的抗震性能被越来越多的学者研究论证。本文基于能量平衡原理和Chao和Goel提出的弹塑性层剪力分布模式,预设目标侧移及屈服机制等性能参数,归纳出完整的联肢钢板剪力墙结构塑性设计流程,并采用该方法基于8度(0.3g)抗震设防条件下设计了12个联肢钢板剪力墙结构算例。利用有限元分析软件ABAQUS对结构进行了Push-over分析,研究了刚度退化、构件屈服顺序和结构整体变形等方面的结果。结果表明：设计算例能够实现多重抗震机制,并满足预期性能目标。     

Seismic design and response evaluation of unbonded post‐tensioned hybrid coupled wall structures

This paper presents an analytical investigation on the seismic design and response of coupled wall structures that use unbonded post‐tensioned steel coupling beams. Both monolithic cast‐in‐place reinforced concrete wall piers and precast concrete wall piers are considered. Steel top and seat angles are used at the coupling beam ends for energy dissipation. The seismic design of prototype structures to achieve target displacement‐based performance objectives is evaluated based on nonlinear static and dynamic time history analyses. Additional recommendations are provided on shear design. Comparisons with ‘conventional’ structures that use embedded steel coupling beams as well as isolated walls with no coupling are provided. The results indicate that while the peak lateral displacements of unbonded post‐tensioned coupled wall structures are larger than the peak displacements of structures with embedded beams, the residual displacements are significantly reduced as a result of the restoring effect of the post‐tensioning steel. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

利用有限元方法模拟力学拉伸试验以钢纤维混凝土为例

力学试验是获取岩石等许多工程材料力学性能的主要方法之一。 但是对某些特殊材料, 由于影响其力学性能的因素众多, 单纯通过试验来获取其力学性能, 成本高, 过程复杂。 如工程抗震中目前普遍使用的钢纤维混凝土(SFRC), 很难单纯通过力学试验来获取钢纤维的分布对其力学性能的影响。 本文基于随机方法对钢纤维混凝土建立有限元模型, 利用数值模拟的方法来估计钢纤维的分布和体积率对钢纤维混凝土拉伸性能的影响。 通过与试验结果比较验证了其可行性, 结果表明钢纤维的分布对钢纤维混凝土屈服前的力学性能影响较小, 对屈服后的应力-应变特征影响较大。 当钢纤维体积率从1%变化到2%, 钢纤维混凝土的屈服强度与体积率大致为线性关系, 强度随之增加。     

基于动力可靠度的隔震结构参数模糊优化

分别选取Bouc—Wen和退化Bouc—Wen模型描述隔震层及上部结构滞变回复力，采用虚拟激励法进行隔震结构随机响应分析。用各层最大层间位移响应和累计疲劳损伤指数建立双参数的功能状态方程，用一次二阶矩理论计算隔震结构失效概率。选用一个隔震框架作为数值算例，探讨了低频过滤器、隔震阻尼比和隔震刚度对隔震结构各子系统条件失效概率的影响。建立了隔震结构参数多目标优化模型，用失效概率确定单因素评判的隶属度，并采用最大隶属度法对隔震参数进行模糊优化。     

设置黏滞阻尼器的钢结构实用减震设计方法

黏滞阻尼器作为一种有效的消能减震装置,已在钢结构建筑中得到了大量应用.然而由于钢结构的延性和阻尼特征,实用的钢结构附加黏滞阻尼器设计方法仍需深度探讨.文中提出一种基于黏滞阻尼器延性需求的减震设计方法.首先,根据钢结构需求量化层间位移角性能目标及目标附加阻尼比,计算黏滞阻尼器延性需求,并确定黏滞阻尼器布置数量、进行控制效...     

阻尼修正条件均值谱及其在时程分析地震波选择中的应用

目前时程分析选波常采用目标谱法,即选择反应谱与目标谱有较好匹配的地震波,条件均值谱(CMS)已成为目前国内外广受关注及认可的目标谱。通常的CMS是基于5%阻尼比建立的,当结构阻尼比并非5%时,则需要对CMS进行阻尼修正。本文旨在建立1种CMS阻尼修正方法和计算公式,以便于不同阻尼比结构抗震时程分析的选波工作。以美国SAC Steel Project计划提出的针对洛杉矶地区设计的9层抗弯钢框架为场地和结构实例,建立了3种地震危险性水平(50年超越概率50%、10%和2%)下2%阻尼比的CMS目标谱,并进行了时程分析地震波选择及结构反应的计算。研究表明:提出的CMS的阻尼修正方法可不受衰减关系影响,适用的阻尼比范围(0.5%~30%)及周期范围(0.01s^10s)均较广泛,可用于各种类型的结构的抗震分析。     

阻尼器连接填充墙在柔性框架结构中的应用研究

阻尼器连接填充墙采用黏滞阻尼器与主体框架结构连接,是一种新型填充墙与框架的柔性连接方式,能满足柔性框架结构的大变形需求.为使得阻尼器连接填充墙达到最优的力学性能,结构布置和构件力学参数的选择十分重要,采用有限元软件ABAQUS分别建立了柔性钢框架结构和阻尼器连接填充墙-框架结构的有限元模型,考察不同阻尼系数阻尼器连接填...     

非经典振型分解法求混凝土房屋及其上钢塔的地震响应

钢结构与混凝土结构阻尼比不同,混凝土房屋与其顶上钢塔组成了非比例阻尼结构系统。本文用非经典振型分解法求解该类结构系统的线弹性地震响应,发现只用前几阶振型响应迭加的结果即可逼近直接积分法的精确度。     

Actual seismic response controlled building with semi-active damper system

This paper presents the first application of a semi-active damper system to an actual building. The Semi-active Hydraulic Damper (SHD) can produce a maximum damping force of 1000 kN with an electric power of 70 W. It is compact, so a large number of them can be installed in a single building. It is thus possible to control the building's response during a severe earthquake, because a large control force is obtained in comparison with a conventional active control system. This paper outlines the building, the control system configuration, the SHD, the control method using a Linear Quadratic Regulator, the response analysis results of the controlled building, and the dynamic loading test results of the actual SHD. The simulation analysis shows that damage to buildings can be prevented in a severe earthquake by SHD control. The dynamic loading test results of the SHD are reported, which show that the specified design values were obtained in the basic characteristic test. The control performance test using simulated response time histories, also shows that the damping force agrees well with the command. Finally, it is confirmed that the semi-active damper system applied to an actual building effectively controls its response in severe earthquakes. Copyright © 1999 John Wiley & Sons Ltd.     

Nonlinear surface ground analysis via statistical approach

A statistical approach is proposed for nonlinear surface ground analysis. In contrast to the conventional method which deals with only a single ground motion for equivalent linearization of soil properties, a design response spectrum defined at the upper level (bottom of the surface ground) of an engineering bedrock can be handled as the target design earthquake in the present paper. The effective shear strain in each soil layer is evaluated by means of a statistical procedure in which the mean peak shear strain is computed in terms of its standard deviation and the corresponding peak factor. The stiffness and damping ratio of each soil layer are obtained iteratively from the nonlinear relation of stiffness reduction factors and damping ratios with respect to the strain level. After the evaluation of the equivalent stiffness and damping ratio of every soil layer, the ground surface response spectrum is transformed from the design response spectrum defined at the upper level of the engineering bedrock via the one-dimensional wave propagation theory. The reliability and accuracy of the proposed analysis method is examined through the comparison with the results by the conventional method (represented by the program) for many simulated spectrum-compatible ground motions.