某教学楼框架结构的黏滞阻尼器减震加固设计

介绍了位于抗震设防烈度Ⅶ度区的某中学6层教学楼所采用的黏滞流体阻尼器的消能减震加固的计算和设计。该教学楼为现浇混凝土框架结构,考虑到其建筑使用功能和抗震要求,在1~6层优化布置了52套黏滞流体阻尼器,时程分析结果表明:黏滞流体阻尼器可大量耗散地震动能量,显著降低了结构的地震响应。     

带黏滞阻尼器SRC框支剪力墙结构消能减震分析

针对某型钢混凝土框支剪力墙高层建筑结构高宽比过大、竖向刚度不规则等问题,采用耗能减震技术,在转换层与避难层处设置黏滞阻尼器,采用ETABS进行非线性动力时程分析,研究黏滞阻尼器对型钢混凝土框支剪力墙结构的地震和风荷载控制作用,提高型钢混凝土转换构件的抗震性能。研究结果表明,在不同地震动作用下黏滞阻尼器均能有效地降低型钢混凝土框支剪力墙结构的地震响应,结构峰值位移和最大层间位移角的减幅分别介于3%～45%和2%～43%,而黏滞阻尼器耗散总输入能量比例最高达73.65%;在风荷载时程作用下,结构各控制楼层的峰值位移减幅介于1%～11%之间。     

新疆某既有框剪结构黏滞阻尼器减震加固设计

以新疆某12层钢筋混凝土框架剪力墙结构为例,采用消能减震技术进行加固改造,并进行了弹塑性动力时程分析。结果表明:首层剪力明显减小,X、Y方向层间位移均有不同程度的减小,因此,采用黏滞流体阻尼器使得该结构的抗震性能得到提升,满足现有抗震规范的要求。     

非线性黏滞阻尼减震结构基于位移的设计方法

结合我国抗震设计规范,提出非线性黏滞阻尼减震结构基于位移的设计方法.根据减震结构的特点,将其性能划分为使用良好、人身安全和防止倒塌3个水平,并用层间位移角限值予以量化;以简化的方法计算非线性黏滞阻尼器的等效阻尼比.在此基础上将结构转化为等效单自由度体系,利用基于位移的设计方法对非线性黏滞阻尼减震结构进行设计,通过算例,介绍用该方法对框架结构进行非线性黏滞阻尼减震设计的设计过程.实例分析表明,提出的非线性黏滞阻尼减震结构基于位移的设计方法是可行的,并且与时程分析得出的平均结果吻合较好,而且该方法简单实用,便于操作,能够控制减震结构在不同强度水准地震作用下的性能.     

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.     

黏滞阻尼器减震框架结构保持正常使用功能的设计要求探讨

《建设工程抗震管理条例》要求两区八类建筑需采用减隔震技术,并保证设防地震时能够满足正常使用要求。目前针对减震结构满足正常使用功能的设计方法尚未达成共识。RISN-TG 046—2023《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》等新编标准针对减震结构提出了系统的基于性能的设计要求。基于一个8层RC框架采用黏滞阻尼器的减震结构案例,按照该标准及其他现行标准的不同要求进行了减震设计,对比了不同设计方案的土建成本及地震响应,并对减震结构的剪力、位移角和构件损伤进行了讨论,结果表明,在进行减震结构设计时,建议按照RISN-TG 046—2023《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》要求控制设防地震下的层间位移角,可按照DGJ 08-9—2013《建筑抗震设计规程》或JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》或GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》)控制承载力,为减震结构保持设防地震下正常使用功能的设计提供参考。     

中间柱型黏滞阻尼器装配式钢框架减震性能研究

为研究黏滞阻尼器与装配式钢框架中间柱式连接的整体抗震性能,且跨内不同位置的减震效率,设计出3个足尺的三层装配式钢框架结构:无控结构、柱靠边布置结构和柱居中布置结构,利用振动试验台对其进行测试,对比研究模型结构的地震反应,并采用有限元软件SAP2000进行模拟验证。试验和数值模拟结果均表明:无控结构在地震输入下地震反应较大,对其附设黏滞阻尼器后,地震响应得到有效控制,且柱居中布置结构的附加阻尼比高于柱靠边布置结构,其减震效果更优。     

黏滞阻尼器连接相邻结构减震优化分析

阻尼器参数的确定是利用阻尼器连接相邻结构进行减震设计的关键.根据随机地震反应理论,以相邻结构的频率比和质量比为参数,推导了结构位移反应均方差与连接阻尼比的关系式,得到了相邻结构的地震反应与频率比、质量比以及连接阻尼比的影响规律,从而得到了连接阻尼器的优化设计参数.根据自振频率相等的原则,探讨了将多自由度体系简化为单自由度体系的分析方法.最后在El Centro波、Taft 波及人工波激励下,对比分析了某相邻10层建筑结构有连接和无连接时的地震反应,表明黏滞阻尼器连接相邻结构具有较好的减震效果.本分析方法可供相邻结构减震设计参考.     

基于性能的黏弹性阻尼器减震结构抗震设计

根据黏弹性阻尼器的特点和抗震规范的要求,分别提出了用于黏弹性阻尼器减震结构抗震分析的弹性及弹塑性需求谱,前者是基于黏弹性阻尼器减震结构等效阻尼比的简化计算公式及规范规定的反应谱;后者是基于修正的V id icRμ-μ-T关系。在此基础上,借助模态推覆分析,提出了可以考虑高阶振型影响的黏弹性阻尼器消能减震结构体系的能力谱分析方法,并对一8层钢筋混凝土消能减震框架结构进行了"中震不坏,大震可修"性能水准下的抗震分析。算例结果表明,采用该方法分析黏弹性阻尼器减震结构体系是可行的、有效的。     

黏滞阻尼器对高层钢结构地震易损性的影响

为研究黏滞阻尼器对高层钢结构地震易损性的影响,基于Open SEES有限元分析平台,建立一个25层钢框架结构以及同尺寸附着黏滞阻尼器的钢框架结构,对两个钢框架结构以地震动峰值加速度(PGA)作为地震动强度指标,以结构最大层间位移角θmax为工程需求参数,从太平洋地震工程研究中心(PEER)中选取了15条地震动记录,分别对两个结构进行增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA),建立结构的IDA曲线簇。结合地震易损性分析,对分析结果进行对数拟合,构筑两个结构的连续易损性曲线,并进一步提出用贝塔分布函数将结果转化为地震动参数-震害指数概率密度函数的概率表达方式,可以更加直观简便地观察到黏滞阻尼器显著的减震效果。该表达方法具有直观性,研究成果可为既有结构的地震灾害风险评估等提供简明且有力的分析方法。     

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。     

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。     

Optimal design of supplemental viscous dampers for linear framed structures

A methodology for the optimal design of supplemental viscous dampers for framed structures is presented. It addresses the problem of minimizing the added damping subject to a constraint on the maximal interstorey angular drift for an ensemble of realistic ground motion records while assuming linear behaviour of the damped structure. The solution is achieved by actually solving an equivalent optimization problem of minimizing the added damping subject to a constraint on a maximal weighted integral on the squared angular drift. The computational effort is appreciably reduced by first using one ‘active’ ground motion record. If the resulting optimal design fails to satisfy the constraints for other ground motions from the original ensemble, additional ground motions (loading conditions) are added one by one to the ‘active’ set until the optimum is reached. An efficient selecting process which is presented herein will usually require one or two records to attain an optimum design. Examples of optimal designs of supplemental dampers are presented for a 2‐storey shear frame and a 10‐storey industrial frame. The 2‐storey shear frame is required to withstand one given ground motion whereas the 10‐storey frame is required to withstand an ensemble of twenty ground motions. The resulting viscously damped structures have envelope values of interstorey drifts equal or less than the target drifts. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

Seismic performance and probabilistic collapse resistance assessment of steel moment resisting frames with fluid viscous dampers

This paper evaluates the seismic resistance of steel moment resisting frames (MRFs) with supplemental fluid viscous dampers against collapse. A simplified design procedure is used to design four different steel MRFs with fluid viscous dampers where the strength of the steel MRF and supplemental damping are varied. The combined systems are designed to achieve performance that is similar to or higher than that of conventional steel MRFs designed according to current seismic design codes. Based on the results of nonlinear time history analyses and incremental dynamic analyses, statistics of structural and non‐structural response as well as probabilities of collapse of the steel MRFs with dampers are determined and compared with those of conventional steel MRFs. The analytical frame models used in this study are reliably capable to simulate global frame collapse by considering full geometric nonlinearities as well as the cyclic strength and stiffness deterioration in the plastic hinge regions of structural steel members. The results show that, with the aid of supplemental damping, the performance of a steel MRF with reduced design base shear can be improved and become similar to that of a conventional steel MRF with full design base shear. Incremental dynamic analyses show that supplemental damping reduces the probability of collapse of a steel MRF with a given strength. However, the paper highlights that a design base shear equal to 75% of the minimum design base shear along with supplemental damping to control story drift at 2% (i.e., design drift of a conventional steel MRF) would not guarantee a higher collapse resistance than that of a conventional MRF. At 75% design base shear, a tighter design drift (e.g., 1.5% as shown in this study) is needed to guarantee a higher collapse resistance than that of a conventional MRF. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Simultaneous topology and sizing optimization of viscous dampers in seismic retrofitting of 3D irregular frame structures

A new methodology for performance‐based optimal seismic retrofitting using a limited number of size groups of viscous dampers is presented. The damping coefficient of each size group of dampers is taken as a continuous variable and is determined by the optimization algorithm. Furthermore, for each potential location, a damper of a single size group is optimally assigned, if any. Hence, the formulation presents a large step forward towards practical optimal design of dampers. The key for achieving an efficient optimization scheme is the incorporation of material interpolation techniques that were successfully applied in other structural optimization problems of discrete nature. This results in a very effective optimization methodology that is expected to be very efficient for large‐scale structures. The proposed approach is demonstrated on several example problems of 3D irregular frame structures. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

消能支撑框架结构设计方法探讨

本文提出了一种新的消能支撑框架结构设计方法，该方法能够实现罕遇地震下结构的目标位移控制，其主要设计思路是框架主体结构按非抗震设计或降低烈度进行抗震设计，消能支撑则由罕遇烈度地震下满足给定层间位移角限值的优化计算来确定。本文还给出了一个15层框架结构的设计算例，并把本文方法的设计结果与按常规方法的设计结果进行了比较。     

考虑支撑变形时安装非线性粘滞消能器结构的抗震设计方法

通过理论分析和大量数值模拟,揭示了线性和非线性粘滞消能器两端的相对水平位移幅值与所在层的层间位移幅值之间的关系,总结提出了考虑支撑变形时安装非线性粘滞消能器结构的实用抗震设计步骤。上述研究结果拓展了现行《建筑抗震设计规范》中有关粘滞消能器部分的设计规定。     

消能减振房屋抗震设计方法研究述评

阐述了安装有粘滞流体阻尼器的消能减振房屋抗震设计的原理和方法,包括阻尼器的工作原理和计算模型,性能试验和检验的标准,附加阻尼比公式的推导和抗震设计方法等。