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。     

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。     

面向可恢复能力和性价比的结构减震阻尼器类型择优

现有的减震结构减震率和阻尼器性能评价方法限于评价指标不够丰富且未考虑主余震及结构可恢复能力等因素具有较大的局限性。通过构建"主震-余震-余震"的时程序列反映主余震效应,使用结构能量损伤指数和多种减震率评价指标量化阻尼器性能,基于考虑主余震效应、时间成本和经济投入的修复定额提出可恢复能力计算方法。在此基础上提出减震结构阻尼器性价比评价方法,并实现黏滞阻尼器、防屈曲支撑和金属阻尼器等不同阻尼器类型的对比和择优。通过算例对以上指标和方法进行验证,结果表明:考虑结构可恢复性并对减震结构损伤构件进行修复的工况能够充分发挥阻尼器性能,性价比远高于仅考虑主震的结构;在给定目标减震率下,虽然黏滞阻尼器的减振率优于防屈曲支撑和金属阻尼器,但3种阻尼器综合性价比排序为:金属阻尼器、防屈曲支撑和黏滞阻尼器,按性价比选择阻尼器更全面客观。     

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。     

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...     

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.     

耗能减震技术在抗震加固工程中的简化设计

介绍了阻尼器型屈曲约束支撑和阻尼器型屈曲约束钢板墙这两种耗能减震技术的简化设计方法,并通过这种简化设计方法使阻尼器型屈曲约束支撑这种耗能减震技术在抗震加固工程中的得到了应用,从案例分析结果看,这种耗能减震技术简化设计方法为结构抗震设计提供了可靠、便利的设计依据,是一种合理有效的抗震途径或结构振动控制技术手段,可应用于抗震加固工程的设计理论和分析。     

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。     

TMD基础隔震混合减震体系地震响应研究

针对基础隔震体系遭受强地震时隔震层位移较大问题,提出了将调谐质量阻尼器(TMD)与基础隔震技术联合应用,形成一种新型的混合减震体系,以此控制隔震层的位移,同时减小上部结构响应。以一栋七层基础隔震体系为仿真算例,分别分析地震激励下基础隔震结构、调谐质量阻尼器(TMD)设置于基础隔震结构底层和顶层的混合减震体系地震响应。仿真结果表明:附加调谐质量阻尼器(TMD)不但能够有效减小隔震层的地震响应,同时对上部结构的响应也有不同程度的减小;对于附加调谐质量阻尼器位于底层而言,质量调谐阻尼器(TMD)位于顶层能够更有效的减小基础隔震体系的地震响应。     

新型伸臂消能体系的抗震性能研究

以天津某实际工程项目为例,对新型伸臂消能结构体系中消能伸臂的数量、位置和黏滞阻尼器参数进行了优化,比较了这一新型消能体系与常规消能减震方案的减震效果.研究表明,相对于常规消能减震方案,新型伸臂消能结构体系可在布置较少数量阻尼器时,仍获得较好的减震效果,其经济性十分明显,可望在实际工程中进一步推广应用.     

不同目标函数下的金属阻尼器优化布置研究

针对不同目标函数下的金属阻尼器优化布置,在框架结构中分别以层间位移角和层间位移为目标函数,采用逐层布置法和位置参数法两种优化方法进行消能减震分析,对比不同目标函数下的金属阻尼器消能减震效果。结果表明:在相同阻尼器数量下,两种优化方法的减震效果相差不大,结构中的金属阻尼器的滞回曲线比较饱满,消能减震效果较好。     

具位移放大机制的流体黏滞阻尼器性能及减震效果分析

为了解决结构层间位移过小对阻尼器性能发挥的影响,依据机械原理,应用齿轮机构,提出了1种新型具位移放大机制的流体黏滞阻尼器,然后根据幂律流体的本构关系,推导了阻尼器力学模型并分析了其耗能减震能力,结果表明该阻尼器耗能能力可放大λ~(1.2)~λ~2倍,其中λ为大小齿轮的直径比。最后选择一12层钢筋混凝土框架结构,分别按不安装黏滞阻尼器、安装普通黏滞阻尼器和安装位移放大2倍黏滞阻尼器3种工况进行多遇和罕遇水准下的时程分析,分析结果表明:安装黏滞阻尼器结构的层间位移角均有不同程度的减小,位移放大2倍黏滞阻尼器减震效果优于位移未放大的黏滞阻尼器,多遇地震水准下的减震效果好于罕遇地震水准下的减震效果;安装位移放大黏滞阻尼器,对顶层的加速度控制效果较其它楼层的好,对层间位移的控制效果好于对加速度的控制效果。     

轴向布置金属阻尼器力学性能研究

基于当前金属屈服消能器的应用特点和使用限制,提出一种轴向布置的金属阻尼器,其主要构造特征为耗能钢板直接与连接钢支撑组合,使得支撑与阻尼器组合为单一减震构件,解决了金属阻尼器需要斜撑对称布置的技术问题。推导了轴向布置金属阻尼器的屈服承载力、刚度计算公式;进行了构件的低周往复荷载试验,得到了轴向布置金属阻尼器的滞回曲线和骨架曲线,试验结果验证了有限元分析结果的准确性。同时,试验结果表明:轴向布置的金属阻尼器具有良好的延性和稳定的滞回性能。采用ABAQUS有限元软件对12组不同参数的轴向布置金属阻尼器进行数值模拟,研究了耗能板的不同布置方式、数量、耗能形式对阻尼器力学性能的影响,结果表明,耗能板宽厚比是轴向布置金属阻尼器滞回性能的最主要影响因素。     

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。     

SATMD与消能减震相结合的混合控制研究

根据模糊控制理论及抗震结构混合控制理论，利用自行设计的模糊控制器对波动调谐质量阻尼器（PTMD）子结构进行调谐控制以实现半自动化，同时在主结构上进行粘弹性阻尼器的优化设置，从而实现结构体系的多模态优化混合控制，最后提出半主动调谐质量阻尼器（SATMD）与消能减震相结合的混合控制实用设计方法。本文对推动结构混合控制理论的发展具有重要意义。     

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。     

9度区某超高层结构抗震与减震设计研究

乌兹别克斯坦某银行大厦,结构高度147.1 m, 9度抗震设防,采用钢筋混凝土框架-核心筒体系和组合减震技术。详细论述了该工程的体系选择、抗震和减震设计中面临的技术挑战,以及采取的应对措施。研究表明,9度区超高层结构采用钢筋混凝土框架-核心筒体系时,纯抗震体系无法满足水平位移限值以及构件承载力控制要求,为此采取了组合减震技术,即悬臂桁架黏滞阻尼器减震与金属连梁阻尼器减震措施,分别解决不同地震水平下的整体结构和构件设计问题,通过计算明确了减震措施所能达到的效果。另外,对9度区超高层减震效率和减震产品吨位等关键问题进行了讨论。通过制定合理的性能指标,并对抗震和减震措施进行充分优化和论证,最终保证了结构在不同阶段的性能满足设计要求。     

台湾某钢框架大楼采用阻尼器补强结构减震效果评析

阻尼器是一种效果良好的减震装置,将阻尼器安装于结构中能够适时为结构体系提供阻尼力,从而减小地震作用对结构的破坏。黏滞阻尼器对振动的反应比较敏感,在结构受到较小振动时就可以发挥其减震效果,其阻尼力会随着振动周期和使用状态温度的不同而变化。当地震发生时,安装在结构中的阻尼器会消减地震作用,降低传导到主结构体系的地震能量,减小结构相对位移。本文介绍了黏滞阻尼器的工作原理和安装有黏滞阻尼器的结构体系的阻尼比的计算方法,对减震结构的减震效果的评析方法做出探讨,并以一安装有黏滞阻尼器的台湾某既有钢框架结构为例,分析了(1)该结构在遭受地震作用时的地震反应;(2)该结构体系在不同地震作用水平时的阻尼比,包括主体结构阻尼比和黏滞阻尼器阻尼比;(3)结构安装黏滞阻尼器后的减震效果。实例对本文的减震评析方法和减震效果进行了说明和分析,计算及分析结果表明利用黏滞阻尼器加固既有结构能够取得较好的减震效果,本文所提减震效果评析方法是一种实用有效的评析方法,对类似工程的减震评析具有一定的参考价值。     

附加黏滞阻尼器结构简化分析方法

介绍了FEMA273给出的传统结构线性静力分析方法,并用该法分析附加粘滞流体阻尼器结构,给出了附加粘滞流体阻尼器结构抗震性能评估的具体分析方法.为了验证所提方法的精确性,对设计好的附加黏滞阻尼器结构进行了非线性动力分析,动力分析使用的人工波加速度反应谱形状与设计消能结构时使用的设计反应谱相匹配.实例分析结果表明,该方法能快速、有效地评估附加流体阻尼器结构在大震作用下的抗震性能,特别是在消能结构初步设计和分析阶段.