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...     

基于位移的减震结构设计方法研究

针对减震结构的设计, 其振型分解反应谱方法不能反映阻尼器的非线性和结构在大震下的性能;时程分析法需要多次试算、十分繁琐的情况,采用以结构构件设计为主、线性粘滞阻尼器为强度补充的设计思想,将结构等效为单自由度体系,利用基于位移的设计方法对线性粘滞阻尼减震结构进行设计,并利用该方法设计1栋13层框架剪力墙结构,最后通过动力时程分析验证了该方法的可行性.     

新型扇形盘式消能器减震性能参数分析

提出了一种新型扇形盘式效能器(fanshaped disc-type energy dissipator,FDED),阐明了其原理、特点,导出其设计要点和设计理论,采用数值方法分析了FDED的减震性能,研究不同设计参数对FDED减震性能的影响。结果表明:FDED设计原理可行,减震机理明确,其转盘式的构造可起到有效的位移放大效果,使得消能器在小激励位移下发挥耗能作用;FDED具有明显的双线性恢复力特性和稳定的耗能性能,等效黏滞阻尼系数可达50%以上;阻尼件中橡胶硬度的改变对FDED初始刚度的影响不敏感,但对FDED屈服后刚度和等效黏滞阻尼系数的影响较为明显。随着橡胶硬度的增大,FDEDE的屈服后刚度上升,等效黏滞阻尼系数降低;保持阻尼层中橡胶层的总厚度不变,通过增减叠层钢板改变单层橡胶层的厚度对于调整FDED的减震性能影响不大;调整铅芯直径的大小主要影响FDED的屈服力和耗能性能。随着铅芯直径的增大,FDED的屈服力也增大,耗能能力逐渐提高。     

基于位移和剪力降低率的减震设计方法研究

附设黏滞阻尼器后的消能减震结构总阻尼比增加,结构各层位移和剪力明显降低。文中以位移降低率和剪力降低率为减震目标,推导附设黏滞阻尼器消能减震结构单自由度体系位移降低率和剪力降低率的计算公式,绘制减震目标与附加阻尼比的关系曲线,研究附设黏滞阻尼器减震结构中减震目标与附加阻尼比的合理匹配问题,提出基于位移和剪力降低率的黏滞阻尼器减震结构设计方法,并通过实际工程算例验证该设计方法在以一阶振型为主的多自由度框架结构体系中应用的可行性。该设计方法简单明确、操作方便,能够快速进行消能减震结构设计,为黏滞阻尼器在框架结构中的广泛应用提供理论指导。     

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。     

附加黏滞阻尼器结构基于性能的抗震设计

基于改进的能力谱法,提出了一种附加黏滞阻尼器结构的抗震设计方法.首先利用改进的能力谱法评估待加固结构抗震性能,若不满足要求则用简单方法计算待加固结构满足给定性能目标所需的附加阻尼比.然后按文中提出的阻尼器阻尼系数3种分配方式,将所需的阻尼比分配于各个楼层.将所提方法应用于10层钢结构的设计,最后对初步设计的消能结构进行非线性动力时程分析,验证了所提方法的精确性.3种阻尼器分配模式下消能结构非线性时程分析结果表明,阻尼力正比于楼层剪力分配模式能取得最保守的设计结果,用改进的能力谱法设计的附加黏滞阻尼器结构能较好地满足给定的屋顶位移性能目标,基本满足层间位移角性能目标.     

基于黏滞液体阻尼器的铁路钢桁梁桥减震研究

以某高墩大跨度铁路简支钢桁梁桥为实际工程背景,研究了黏滞液体阻尼器对结构纵向抗震性能的影响.采用非线性时程分析方法,对黏滞液体阻尼器的相关参数及布置位置进行了优化分析.分析结果表明:合理选择黏滞液体阻尼器的布置位置、个数及阻尼参数,高墩大跨铁路简支钢桁梁桥具有明显的减震效果.     

带刚性伸臂减震层高层结构抗震效果分析

带刚性伸臂减震层高层结构的抗震性能较好,但其相关研究却比较少。本文通过推导黏滞阻尼器的单周简谐振动耗能能力公式,得到黏滞阻尼器在高层建筑中合适的参数设置范围。假定总阻尼系数和单个阻尼器的其他参数不变,比较设置1~4道刚性伸臂减震层时结构的性能差异,可知多道减震层结构单个指标虽不是最好,但综合性能更好。假定单个阻尼器其他参数不变时,通过变化结构总阻尼系数,得知带刚性伸臂减震层高层结构附设阻尼器存在最优总阻尼系数(即最优附加阻尼比),通过对相应内力和位移规律的总结,得到结构合理总阻尼系数的选取规则。由此可知,附加阻尼比大小而非减震层数量才是决定此类减震结构抗震性能的关键。     

基于多点激励下黏滞阻尼器在斜拉桥中的减震效果分析

建立了一座主跨396m的全漂浮斜拉桥减震模型,对其进行了多点位移激励荷载作用下的抗震性能分析。研究了黏滞阻尼器安装位置以及阻尼参数对振动控制效果的影响,给出了合理选取阻尼系数C与阻尼指数α的建议。研究表明:减震效果与阻尼参数密切相关,增加阻尼系数与提高阻尼器的非线性(较低阻尼指数)有利于减小主梁的纵向位移,但对主跨中部弯矩有不利的趋势。根据选取阻尼参数的建议方法,考虑桥梁结构位移与内力双重控制条件,采用合理的阻尼器参数选取方案对关键点的位移与内力控制效果均有显著提高。     

基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法研究

针对现有附加有效阻尼比计算方法存在的问题,本文从能量的角度揭示了阻尼比对结构影响的机理。从结构设计的角度,提出一种在时程分析下基于楼层剪力的消能减震结构等效阻尼比计算方法。对布置黏滞阻尼器和软钢阻尼器的消能减震模型,采用本文提出的等效阻尼比计算方法,建立等效结构进行结构响应对比。结果表明,由该计算方法得到的等效阻尼比能够准确地评估阻尼器在结构中的耗能效果,建立的等效结构能够准确反映消能减震结构实际情况。基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法通过等效结构楼层剪力大于或等于消能减震结构楼层剪力判断迭代完成,该方法计算过程不涉及阻尼器参数及结构形式,适用于所有阻尼器类型与结构类型。计算得到的等效结构进行设计能够确保结构设计的安全。     

非线性粘滞阻尼器消能结构设计方法探讨

在建立非线形粘滞阻尼器消能结构性能曲线的基础上，建议了依据减震性能目标确定阻尼器参数的概略设计方法。提出了多自由度非线性粘滞阻尼器消能结构的等效阻尼比计算公式。在此基础上建议了适用于多自由度非线性粘滞阻尼器消能结构地震反应预测的模态叠加法，方法与时程分析结果对比吻合良好。为使各层阻尼器参数更好地满足减震性能要求，提出了将概略设计得到的层阻尼器参数依据减振性能目标进行调整的方法。     

Direct displacement-based design for seismic retrofit of existing buildings using nonlinear viscous dampers

This paper presents a direct displacement-based design procedure for seismic retrofit of existing buildings using nonlinear viscous dampers according to equivalent linear systems. Unlike conventional methods, the equivalent linear viscous damping provided by the nonlinear viscous dampers is derived based on the assumption that the average energy dissipated between the linear and the nonlinear viscous dampers is equal. Also, the equivalent period and viscous damping for the equivalent linear systems which are used for representing the behavior of bare frames (the buildings without dampers) are derived from the concept of average storage energy and average dissipated energy, respectively. It is shown from nonlinear time-history analyses that the nonlinear action of the retrofitted structures can be reasonably captured by the presented direct displacement-based procedure.     

体育场震后修复再建中混凝土结构消能减震设计研究

以往是用高层建筑防屈曲支撑的混凝土减震加固方法,以加固震后体育场混凝土结构的防屈曲支撑力为重点,存在的问题是未考虑结构不同部位节点的防屈曲消能减震支撑性能,加固效果差,需要深入研究混凝土结构建筑加固措施,提高震后体育场修复质量。研究采用基于性能和需求的消能减震设计方法,合理布置混凝土的消能支撑结构,在混凝土结构中底层节点设置防屈曲消能减震支撑,其他节点设置黏滞阻尼器,获取最佳阻尼器设置方案,提高结构减震加固效果。仿真实验说明,EL-Centro(NS)地震波和Newhall地震波情况下,所研究方法设计的消能减震新结构平均顶点侧移值分别比原结构小62 mm和110 mm;在不同震级的情况下,节点间位移角新结构小于原结构,说明该方法设计的体育场修复中混凝土结构减震稳定性强,是一种有效的减震加固方法。     

考虑阻尼器极限状态的耗能减震体系 斜拉桥抗震性能分析

在大震或特大震下,黏滞阻尼器可能因某个极限状态的出现而发生破坏。现有在斜拉桥上设置黏滞阻尼器的研究多集中在阻尼器的参数优化上,很少考虑到阻尼器失效对斜拉桥抗震性能的影响。针对这一问题,以某三塔斜拉桥为背景,利用OpenSees平台建立斜拉桥有限元模型和可以考虑承载力及行程极限的黏滞阻尼器模型;分析黏滞阻尼器的阻尼系数和阻尼指数对斜拉桥地震响应的影响,确定阻尼器参数的取值;对不安装阻尼器、安装不考虑极限状态及考虑极限状态阻尼器等多种工况的斜拉桥进行非线性时程分析,对比各工况斜拉桥的地震响应。分析结果表明,在大震下,考虑极限状态阻尼器的耗能能力及减震效果将显著降低;不考虑阻尼器达到极限状态后失效的情况将高估耗能减震设计斜拉桥的抗震能力。     

非线性粘滞阻尼器消能结构减振效果分析

应用并完善了非线性粘滞阻尼器消能结构地震反应预测的反应谱方法,通过与时程分析计算结果对比证明了方法的可行性。利用本方法研究了支撑刚度及阻尼器参数对非线性粘滞阻尼器减振效果的影响。通过数值分析,给出了位移降低率达到最佳时支撑刚度取值的建议式。提出了为保证剪力降低率不大于1时非线性粘滞阻尼器参数的控制方法。     

在振动台模型试验中黏滞阻尼器的设计方法

通过有限元分析,计算出原型结构中黏滞阻尼器的合理参数,然后利用阻尼力相似原则,对原型结构中黏滞阻尼器参数进行相似比运算,转化为模型结构中的黏滞阻尼器参数.运用该方法,在连续梁桥纵向消能减震振动台试验中设计模型黏滞阻尼器,从试验结果来看,黏滞阻尼器发挥了良好的消能减震效果.     

Seismic performance and damage evaluation of a reinforced concrete frame with hysteretic dampers through shake‐table tests

Passive energy dissipation devices are increasingly implemented in frame structures to improve their performance under seismic loading. Most guidelines for designing this type of system retain the requirements applicable to frames without dampers, and this hinders taking full advantage of the benefits of implementing dampers. Further, assessing the extent of damage suffered by the frame and by the dampers for different levels of seismic hazard is of paramount importance in the framework of performance‐based design. This paper presents an experimental investigation whose objectives are to provide empirical data on the response of reinforced concrete (RC) frames equipped with hysteretic dampers (dynamic response and damage) and to evaluate the need for the frame to form a strong column‐weak beam mechanism and dissipate large amounts of plastic strain energy. To this end, shake‐table tests were conducted on a 2/5‐scale RC frame with hysteretic dampers. The frame was designed only for gravitational loads. The dampers provided lateral strength and stiffness, respectively, three and 12 times greater than those of the frame. The test structure was subjected to a sequence of seismic simulations that represented different levels of seismic hazard. The RC frame showed a performance level of ‘immediate occupancy’, with maximum rotation demands below 20% of the ultimate capacity. The dampers dissipated most of the energy input by the earthquake. It is shown that combining hysteretic dampers with flexible reinforced concrete frames leads to structures with improved seismic performance and that requirements of conventional RC frames (without dampers) can be relieved. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

带耗能腋撑竖向不规则短肢剪力墙结构减震性能分析

在不影响建筑使用空间前提下,提出在抗侧构件不连续处设置耗能腋撑以改善竖向不规则结构抗震性能。以底部大空间短肢剪力墙结构为研究对象,利用大型通用有限元程序ETABS研究耗能器类型与场地土对耗能腋撑工作性能和竖向不规则结构受力性能的影响。研究表明,黏滞型耗能腋撑对文中分析模型各楼层地震反应有较好的控制效果,对转换层处层间位移角与层剪力最大值减幅最大,分别为40.14%和15.66%,对顶层加速度与基底剪力峰值的最大减幅分别为16.06%和23.57%,黏滞型耗能腋撑最大能耗散输入结构能量的42%,而黏弹型耗能腋撑对结构的控制效果不理想;当地震震级较大、震中距较小时,耗能腋撑对坚硬与软弱场地土的模型结构控制作用相差不大,减震位移比在转换层处达到最小值0.76;随着震级减小或震中距增大,耗能腋撑对该模型结构的控制作用随场地土变硬而逐渐增强,其减震位移比介于0.68～0.74之间。