增设节点阻尼器的外附钢框架结构抗震性能试验研究

提出一种组合型减震结构,由钢框架、节点阻尼器和原结构连接组成,外附钢框架将节点阻尼器连接在原混凝土框架结构上形成的增设节点阻尼器的外附钢框架结构,节点阻尼器的剪切滞回变形可以减小结构自身需要消耗的能量,从而提高原结构抗震性能。对原混凝土结构和增设节点阻尼器的组合型结构进行了的振动台试验。通过分析结构在不同地震波激励下的加速度和位移响应,得出楼层加速度和层位移的减震效果。研究结果表明:该结构体系在小震作用下通过提高结构刚度来增强其抗震性能;在大震作用下则可借助节点阻尼器的变形耗能来提升结构耗能能力,结构加速度减震系数达到53%,层间位移减震系数高达72%,验证了增设节点阻尼器的外附钢框架结构的减震效果。     

分级屈服型金属阻尼器减震性能分析

本文提出一种由两个不同尺寸的环形金属阻尼器套在一起形成的新型分级屈服型金属阻尼器,阐述了其构造形式和耗能机理,提出其三折线骨架模型并采用三折线随动强化模型模拟分级屈服型金属阻尼器的滞回性能,与试验结果进行了对比分析。利用SAP2000有限元分析程序,分别对纯混凝土框架结构和装有分级屈服型金属阻尼器的混凝土框架结构进行小震、中震和大震下的弹塑性动力时程分析。研究结果表明,分级屈服型金属阻尼器的滞回环饱满,三折线随动强化模型可以较好地模拟阻尼器的滞回特性,其预测结果与试验结果吻合较好。装有分级屈服型金属阻尼器的混凝土框架结构在不同水准的地震作用下均具有较好的抗震性能,结构的地震位移响应明显减小。小震下阻尼器内环开始屈服耗能,外环保持弹性,为结构提供附加阻尼和附加刚度。中震下阻尼器外环开始屈服,和内环一起耗能,实现了内外环分级屈服耗能。大震下阻尼器能有效地控制结构的位移响应,提高结构的整体抗震性能。     

墙式组合型金属阻尼器的有限元分析与工程应用研究

提出一种新型的耗能稳定的墙式组合型金属阻尼器,能够提供充足的开放空间与开口需求,提高建筑结构抗震能力的同时增加了建筑物使用舒适度。文中利用通用有限元软件ANSYS研究了其在不同位移幅值下的力学性能,探讨了阻尼器初始刚度与铅块金属厚度的关系,并结合工程实例分析论述了该类型阻尼器的耗能减震效果。非线性时程分析结果表明,该阻尼器小震下可提供较大附加刚度和阻尼,有效减小结构的水平变形的同时改善了结构在地震作用下的内力,大震下滞回曲线饱满,耗能稳定,有效地保护了结构构件。     

设置金属阻尼器的某高层建筑耗能减震分析

为了研究金属阻尼器在高层建筑中的耗能减震效果,在研究金属阻尼器耗能特性的基础上,利用非线性动力时程分析方法,对使用金属阻尼器的某高层建筑进行了8度大震作用下结构的弹塑性反应分析,对比了建筑物的白振周期和振型,绘制了3种地震波作用下的层间位移角曲线,并作了比较分析.结果表明,金属阻尼器耗能特性较好,高层建筑层间位移角明显减小,墙与连梁的破坏程度减小,达到了良好的耗能减震效果.该成果对金属阻尼器在高层建筑中的应用具有一定的参考意义.     

金属阻尼器在高烈度区学校建筑的应用研究

提高学校公共建筑在地震作用下的抗震能力是自汶川地震后一直备受关注的研究课题。高烈度地区对地震设防烈度要求较高,该类建筑的结构抗震设计难度较大。通过对常规框架结构方案及增设金属阻尼器的消能减震方案进行对比分析,发现在地震作用下阻尼器发生剪切变形,小震工况即屈服耗能,能够提供1%的附加阻尼比。相比于传统框架结构,消能减震方案能够有效减小结构构件的尺寸,进而满足学校建筑对于净高的要求。在罕遇地震作用下,该结构体系满足"强柱弱梁"的设计准则,结构位移角满足规范要求,抗震性能较纯框架结构好。研究结论可为金属阻尼器的设计和进一步研究提供参考。     

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。     

混合控制消能减震伸臂桁架超高层结构抗震性能研究

<正>在超高层建筑结构中,相对于传统伸臂桁架,消能减震伸臂桁架能显著提高结构的抗震性能,但同时也存在一些问题。屈曲约束支撑伸臂桁架在小震下仅提供刚度并不耗能,在中震下屈服耗能有限;而黏滞阻尼伸臂桁架因黏滞阻尼器最大阻尼力的限制,在中震和大震下对结构侧移控制效果不佳。因此,提出了混合控制消能减震伸臂桁架的概念,在超高层结构速度起控制作用的部位设置黏滞阻尼器伸臂桁架,在位移起控制作用的部位设置屈曲约束支撑伸臂桁架,实现屈曲约束支撑伸臂和黏滞阻尼器伸臂的优势互补。     

考虑SSI效应的设圈梁构造柱农村民居振动台试验研究

将参数化建模的方法引入减震结构的分析与设计中,通过预设目标和迭代优化计算,以天水市某高层住宅消能减震结构为例,寻找最优的阻尼器布置方案。为评估和验证该消能减震结构的抗震性能,分别采用Perform 3D和ETABS等软件分析结构在多遇和罕遇地震作用下的结构响应,分析结果表明：小震作用下,消能减震结构的楼层位移、层间位移角、楼层弯矩及楼层剪力均减小6.5%以上,达到了设计要求;大震作用下,结构框架柱、框架梁、剪力墙和阻尼器能够满足既定的性能要求,层间位移角满足规范限值,能够达到“大震不倒”的设计目标,研究结果为实际工程预设减震目标和阻尼器优化布置提供参考。     

屋盖悬挑端加固减振试验研究

大跨网架屋盖挑檐部分风致响应较大,提出附加杆件、粘弹性阻尼器及粘滞阻尼器三种加固减振方法。设计制作正置四角锥体单元空间网架足尺子结构试验模型,基于带悬挑平屋盖风压分布风洞试验数据,对三种加固足尺子结构试验模型进行不同风向角下风荷载时程的加载。分析结构风致加速度与位移响应,结果表明:附加杆件加固后网架刚度增大,加速度响应增大,位移响应减小;附加粘弹性阻尼器,结构加速度与位移响应均降低;附加粘滞阻尼器,结构加速度响应减小,位移减小效果不明显。     

某周期比超限偏心结构地震反应控制分析

本文以周期比超限的某偏心结构工程为研究背景,基于SAP2000建立三维有限元模型,采用黏滞阻尼器、黏弹性阻尼器、软钢阻尼器、复合铅黏弹性阻尼器和钢支撑五种减震方案对其进行扭转控制,针对不同扭转控制方案分别进行了模态分析、反应谱分析和动力时程分析,对比研究了多遇地震作用下各控制方案的周期比、层间位移、支撑内力及阻尼器的耗能能力。研究表明:五种控制方案均具有有效抑制结构扭转振动响应的能力,降低结构的最大层间位移角,并使之满足规范要求;后四种控制方案能明显减小结构的周期比,将结构第一扭转反应控制在第三振型;对于此类偏心结构体系的扭转振动控制,本文建议阻尼器设置应尽量远离刚度中心,以达到最佳扭转控制效果。     

某耗能减震框肢剪力墙转换结构分析

采用复合型铅粘弹性阻尼器对带转换层框肢剪力墙结构的某酒店进行了耗能减震设计,对耗能减震结构和钢支撑结构进行了对比分析,包括反应谱和局部非线性多遇地震作用和罕遇地震作用下的时程分析。结果表明,底部框架结构布置复合型铅粘弹性阻尼器后,在多遇和罕遇地震情况下层间位移能满足《建筑抗震设计规范》要求,并且采用耗能减震结构能优化整体结构,不会对转换层上部结构产生不利的影响,能更好地改善结构的抗震性能。     

新型黏弹性阻尼器足尺性能试验研究

黏弹性阻尼器是一种典型的被动控制装置,它可以通过黏弹性材料的剪切滞回耗能起到提高结构阻尼和减小结构地震或风振响应的作用。自主研发了损失系数不小于0.5的黏弹性材料,并基于此材料研发了新型国产黏弹性阻尼器。通过对黏弹性阻尼器足尺试件进行不同应变幅值、加载频率工况下的基本力学性能试验、以及低周疲劳性能试验,研究了不同工况下新型黏弹性阻尼器力学参数及其变化规律。试验结果表明:新型黏弹性阻尼器的损失系数在多数工况下处于0.3~0.4之间;其基本力学性能与加载频率相关性较小,随着应变幅值的增加表现出一定程度的软化特征,但在各应变幅值下均具有稳定的耗能能力;新型黏弹性阻尼器有良好的变形能力,在150%的应变下能保持稳定的基本力学性能,应变350%时仍未破坏;新型黏弹性阻尼器的疲劳性能较好,经低周疲劳加载后各项基本力学指标变化率均不超过25%。     

一种新型金属变摩擦耗能器的研发与应用

基于被动控制理论,提出一种新型的金属变摩擦耗能阻尼器。通过改变金属摩擦面的摩擦面积,使摩擦系数具有随位移改变而变化的特性。在金属摩擦学理论的基础上,建立了金属变摩擦耗能器的阻尼力计算模型与产品的开发。理论计算与实验数据表明：新型金属变摩擦耗能器的减震性能显著优于常规阻尼器,避免了传统阻尼装置（如油阻尼器）存在的造价高、维护复杂、易漏油的问题;克服了常规摩擦耗能器不能在不同大小荷载作用下保持同样控制效果的缺点,能做到抗震耗能器在不同荷载下保持很好的抗震效果,真正做到＂小震小位移少耗能,大震大位移多耗能＂的智能控制。     

Analytical and experimental study on mild steel dampers with non-uniform vertical slits

This study proposes a novel mild steel damper with non-uniform vertical slits. The infl uence of different shapes of vertical slits of the core energy plate on the energy dissipation and buckling resistance capacities is analyzed. Based on the theoretical analysis, formulas of key parameters of the dampers, including the elastic lateral stiffness, shear bearing capacity and yield displacement, are derived. The effectiveness of the proposed damper is demonstrated through pseudo static tests on four 0.25-scale specimens. Performance of these dampers, i.e. cyclic deformation, stress distribution, energy dissipation capacity, etc., are presented and discussed. Using the numerical models of dampers calibrated through test data, earthquake time-history analyses were conducted, and it is observed that the dampers significantly reduce the seismic responses of the prototype frame and have a desirable energy dissipation capacity.     

Development of steel dampers for bridges to allow large displacement through a vertical free mechanism

Isolation bearings and dampers are often installed between piers and superstructures to reduce the seismic responses of bridges under large earthquakes. This paper presents a novel steel damper for bridges. The damper employs steel plates as energy dissipation components, and adopts a vertical free mechanism to achieve a large deformation capacity. Quasi-static tests using displacement-controlled cyclic loading and numerical analyses using a finite element program called ABAQUS are conducted to investigate the behavior of the damper, and a design methodology is proposed based on the tests and numerical analyses. Major conclusions obtained from this study are as follows:(1) the new dampers have stable hysteresis behavior under large displacements;(2) finite element analyses are able to simulate the behavior of the damper with satisfactory accuracy; and(3) simplified design methodology of the damper is effective.     

消能减震技术在某公共建筑改造加固中的应用

本文以某公共建筑改造工程为背景,针对改造过程中存在的大量梁、柱承载力不足,且主控参数超限等问题,提出了在框架结构中适当位置增设黏滞阻尼器的加固方案,使改造后的结构形成消能减震体系,减小地震作用。采用有限元软件分析了加固方案下结构在多遇和罕遇地震作用下的时程反应,研究了消能减震效果。结果表明,经加固改造后,各主控参数均可满足现行规范要求,大幅度提高了罕遇地震作用下结构抗震性能;通过合理设置黏滞阻尼器,减小了地震作用,大幅度缩小了梁、柱加固范围。     

Design of hysteretic dampers with optimal ductility for the transverse seismic control of cable‐stayed bridges

Cable‐stayed bridges require a careful consideration of the lateral force exerted by the deck on the towers under strong earthquakes. This work explores the seismic response of cable‐stayed bridges with yielding metallic dampers composed of triangular plates that connect the deck with the supports in the transverse direction. A design method based on an equivalent single‐degree of freedom approximation is proposed. This is proved valid for conventional cable‐stayed bridges with 200‐ and 400‐m main spans, but not 600 m. The height of the plates is chosen to (1) achieve a yielding capacity that limits the maximum force transmitted from the deck to the towers, and to (2) control the hysteretic energy that the dampers dissipate by defining their design ductility. In order to select the optimal ductility and the damper configuration, a multi‐objective response factor that accounts for the energy dissipation, peak damper displacement and low‐cycle fatigue is introduced. The design method is applied to cable‐stayed bridges with different spans and deck–support connections. The results show that the dissipation by plastic deformation in the dampers prevents significant damage in the towers of the short‐to‐medium‐span bridges under the extreme seismic actions. However, the transverse response of the towers in the bridge with a 600‐m main span is less sensitive to the dampers. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.