高层建筑用复合型摩擦消能支撑的设计试验和分析

本文介绍了复合型摩擦消能支撑的设计、试验及工作机理分析，并给出了消能支撑减震体系的分析方法。     

摩擦消能支撑装置非线性刚度分析

多层建筑结构中设置摩擦消能支撑是以“柔性消能”减小地震反应，实现结构被动控制的有效途径之一，本文通过分析和计算I0型，IIb型两种摩擦消能支撑装置在各种形状态下的单元刚度矩阵[KNL(t)]，为摩消能减震结构体系在地震作用下的非线性进程分析提供了消能支撑单元的精确理论模型。     

摩擦消能支撑钢框架结构的弹塑性地震反应时程分析

本文分析了摩擦消能支撑及框架主体结构弹塑性本构关系，并给出了动力时程分析的计算方法。同时，对六层钢框架模型做了各种工况下的地震反应时程分析。结果表明，摩擦消能支撑钢框架（FEDBF）比抗弯钢框架（MRF）的地震作用明显降低，尤其在强震作用下效果更加明显。     

外套框架加层结构利用摩擦和消能装置试验及构造措施研究

本文提出了在外套框架加层结构中采用摩擦阻尼器和砂垫层作为减震装置，进行增设摩擦和消能的加层结构模型的振动台试验，结果表明，采用摩擦和消能装置能有效地减小加层结构的地震反应。在此基础上，对采用摩擦和消能装置加层结构的构造措施进行了研究。     

消能支撑框架结构的非线性分析

本文介绍了六榀钢筋混凝土支撑框架模型（两榀为普通支撑框架，另四榀为消能支撑框架）在低周反复荷载作用下的工作性能和试验结果；编制了非线性程序，对试验模型进行了计算分析，计算结果和试验实测值符合较好；另外还计算了两榀足尺消能支撑框架结构，研究不同的消能器滑移荷载对结构抗震能力的影响，结果表明消能支撑框架结构具有良好、稳定的抗震性能。     

消能支撑框架结构的低周往复水平荷载试验仿真分析方法

本文提出了低周往复水平荷载试验仿真分析方法，该法既不同于弹塑性地震反应时程分析，又不同于常见的弹塑性静力分析。它能模拟低周往复水荷载试验的过程，既避免了地震波频谱的影响又体现了水平荷载的往复作用，可用于计算结构和构件的滞回曲线、截面的屈服顺序及相应的荷载和位移，尤其适用于分析消能支撑框架结构等耗能减震结构。本文用此方法分析了在框架柱轴压比超过限值要求时消能支撑的作用。     

铅挤压消能支撑框架模型结构试验研究

通过铅挤压消能器的低周反复加载试验,以及安装有铅挤压消能器的钢筋混凝土消能支撑框架模型结构的伪静力试验,主要研究了铅挤压消能器单独受反复荷载时的消能性能以及其在模型结构中所起的消能作用,模型结构的破坏机理和整体消能能力。研究结果表明,铅挤压消能器具有很好的消能能力,在模型结构总耗能中占据了很大的比例,模型结构具有较好的耗散地震能量的能力。     

薄弱层设置耗能阻尼器支撑的钢框架模型振动台试验

设计制作了一个五层钢框架模型,在其第一层、第三层和第五层薄弱层分别设置摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器和粘弹性-摩擦阻尼器等三种耗能阻尼器支撑,进行了罕遇地震和多遇地震下的振动台试验。试验结果表明,耗能阻尼器支撑能够有效地控制结构的地震反应。     

七层钢筋混凝土异型柱支撑框架结构模型振动台试验研究

七层钢筋混凝土异型柱支撑框架结构体系的模型，缩尺比为１：３，在振动台上进行了模拟地震动试验，结果表明：该体系的抗震性能较好，可使斜杆在预估地震强度的作用下先开裂并继续工作，从而减轻主体结构的地震破坏。并指出，该体系应进一步实现抗裂抗倒双重设防准则与其设计方法，研究发挥支撑的消能减震作用。这种抗震结构体系，已在天津市的轻质节能建筑中采用。     

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。     

隔震消能体系结构地震反应的定量控制

本文对采用隔震消能体系的抗震结构的地震反应提出一种定量的控制计算理论和方法。这种理论和方法是在结构动力分析、1/4比例的结构模型振动台试验、大批量的结构消能构件的低周疲劳试验的基础上建立的。作者对隔震消能体系的结构地震反应的理论计算值与试验实测值进行了详细对比。作者并提出一套适用于隔震消能体系的抗震结构地震反应控制设计计算公式,该套计算公式可供工程设计采用。     

静力分析方法在消能减震结构分析中的应用

由于受制于计算机软件中的消能减震单元,目前尚无较适用的静力分析方法应用于消能减震结构在多遇地震和罕遇地震下的结构分析。有关含消能减震部件的结构分析,主要以动力时程分析和动力弹塑性时程分析方法为主,因此具有较大的难度和需要很长的分析时间。为了推进结构消能减震于工程项目上的应用,缩短分析上的繁杂程序,依据《建筑抗震设计规范》,配合美国FEMA 356规范,提出一套消能减震结构在多遇地震下的等值线性分析方法和在罕遇地震下的静力非线性推覆分析方法（pushover analysis）。此方法适用于位移型阻尼器和防屈曲支撑,不但可使消能减震结构的结构分析简化,并可避免计算机软件的限制,且在不含阻尼器元素的计算机软件上,依然可做消能减震结构在多遇地震和罕遇地震下的结构分析。并介绍了此分析方法在消能减震结构的结构分析中的应用,以证明其可行性。     

筒中筒结构内部摩擦连接消能减震体系的研究

提出利用筒中筒结构内筒和外筒的相对运动带动耗能装置耗能的的筒中筒结构内部摩擦连接消能减震体系。该体系将结构的内筒和框筒用专门设计的摩擦连接装置连接,罕遇地震下摩擦连接装置滑移产生滞回耗能。文中阐明了该体系的消能减震原理和构造特点,并通过对一栋40层筒中筒结构进行有限元分析,验证了该体系具有良好的抗震性能,可供工程实践参考。     

应用新型滑移隔震装置结构的地震反应分析

采用新型固体摩擦滑移材料二硫化钼作为涂层材料,利用实体软钢棒作为限位消能装置,提出了一种应用于框架结构既能消能又能隔震的新型分离式摩擦滑移隔震系统,探讨了其相应的设计和应用方法。采用MTS电液伺服试验系统,对文中研发的新型摩擦滑移隔震装置进行了摩擦系数测定试验,测试了摩擦滑移隔震装置的静和动力摩擦系数,建立了相应的摩擦滑移恢复力模型。采用SAP2000有限元分析软件,分析了某框架结构在抗震时和滑移隔震时的地震反应规律,从结构的加速度反应和层间位移反应、层间剪力反应等方面分析了隔震结构的减震效果。结果表明,新型摩擦滑移隔震装置的减震效果比较明显。一般情况下当场地类别为Ⅱ类,抗震设防烈度为8度时,利用新型滑移隔震结构的加速度反应可降低50%左右,层间位移反应减小明显,层间剪力反应可降低50%左右。另外,只要确定合理的构造以及实施方案,这种装置能够满足框架结构的隔震减震要求,可应用于实际工程结构。     

某大型复杂结构地震响应与控制研究

针对某大型复杂结构的地震响应及控制策略进行了研究。首先,建立该结构的整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行模态分析,研究该复杂结构的振动特性,基于位能加权平均法求解了该复杂结构等效阻尼比;随后,研究了不同布置型式下粘滞消能支撑的受力特点和计算模型;最后.对该结构进行减振设计,分析了不同消能支撑布置形式下的减振效果。结果表明,采用消能减震装置能有效降低复杂结构的地震响应,且并不改变结构体型;同等减震效果前提下,采用人字形支撑比采用斜撑更为经济。本文工作可供类似的大型复杂结构减震设计参考和借鉴。     

新型滑移隔震结构模型的振动台试验研究

利用实体软钢棒作为消能限位装置,将一种摩擦性能优良的二硫化钼材料作为隔震支座的滑移材料,提出并制作了一种可以应用于框架结构既能隔震又可以消能的新型摩擦滑移隔震装置。探讨了其设计方法和应用方法,并对安装了该新型摩擦滑移隔震装置的一相似比为1:5的5层框架结构模型进行了振动台试验,测试了框架结构在单向地震波作用下的地震反应规律,分析了摩擦滑移隔震结构的加速度反应、层间剪力反应、隔震层滑移量及隔震层剪力的变化规律。结果表明:一般情况下当设防烈度为8度,Ⅱ类场地时,该隔震结构的加速度响应可降低50%左右,层间剪力响应可降低50%左右,减震效果比较明显。另外,只要确定合理的构造方案和实施方案,这种新型摩擦滑移隔震装置就能满足框架结构的隔震减震要求,可应用于实际工程结构中。     

罕遇地震下的屈曲约束支撑框架结构的动力响应研究

为分析支撑布置方式、刚度比、结构总层数等因素在罕遇地震下对屈曲约束支撑框架结构动力响应的影响,借助有限元分析软件SAP2000,分别对6层、12层、18层屈曲约束支撑框架结构模型进行了罕遇地震下的时程分析,详细研究了多高层结构体系的层间位移角、底层剪力、支撑内力等随支撑布置方式、刚度比、结构总层数等因素变化的规律。分析表明,倒V较单斜布置更能有效降低底层剪力、增大支撑轴力、降低层间位移角,从而降低结构的地震响应,更有利于结构消能减震;随着结构总层数的增大,支撑的屈服层数呈现出增多的趋势;刚度比七为2—4时,能使较多层数的屈曲约束支撑参与到消能减震的过程之中,较好地实现抗震设防目标。     

基于纤维模型的空间网架支承体系的优化设计与分析

近年来,民用航空制造业的快速发展给大柱距空间网架结构带来新的契机。本文针对某大柱距厂房设计了无柱间支撑、柱间钢支撑和柱间消能支撑3种抗侧力结构体系。在此基础上,分别建立了3种结构体系的三维整体有限元模型,通过优化设计确立了钢支撑和消能支撑的具体设计参数,并进行了多遇地震作用下的弹性时程对比分析。最后,建立了结构弹塑性分析的纤维模型,对3种结构体系进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,对比研究了3种结构体系在大震作用下的倒塌机制。结果表明：采用纤维模型能够较为精确地进行结构的弹塑性时程分析;相较于不加柱间支撑结构体系,柱间钢支撑和柱间消能支撑结构体系在多遇地震作用下的结构层间位移分别衰减约32%和64%,在罕遇地震作用下的结构层间位移分别衰减约12%和46%,且均具有更好的倒塌机制。本文可供大柱距空间结构的设计与分析参考和借鉴。     

基于OpenSEES的高强钢组合K形偏心支撑框架精细化建模分析

为研究高强钢组合K形偏心支撑框架在反复荷载作用下的受力性能,在已有拟静力试验的基础上,利用有限元软件OpenSEES对一个高强钢组合K形偏心支撑框架模型进行了精细化建模研究。首先,探讨了模型的单元选择,纤维截面划分和材料本构参数定义问题。同时,考虑到在地震荷载作用下,高强钢组合K形偏心支撑框架主要依靠消能梁段的剪切变形来耗能,因此,如何模拟结构中消能梁段的剪切效应成为研究的关键。本文采用OpenSEES提供的组合截面和零长度单元两种方法来对消能梁段进行建模,剪切材料分别考虑了Steel 02和滞回材料。将不同消能梁段建模方法的模拟滞回曲线和骨架曲线与试验结果进行比较。结果表明:精细化模型的数值模拟结果和试验结果具有较好的吻合度,验证了数值模型的正确性和可行性;采用零长度单元和Steel 02的组合方式来模拟消能梁段的剪切效应能够同时满足计算效率和计算精度的要求,为进一步利用OpenSEES进行高强钢组合K形偏心支撑框架的动态响应分析和复杂模型分析提供了建模参考依据。     

消能支撑-方钢管混凝土框架结构抗震性能的试验研究

本文设计了一榀消能支撑框架,方钢管混凝土通过不同频率、不同位移幅值下的水平低周反复荷载试验,验证了消能支撑框架优异的消能能力,提出了相关连接构造的设计建议,为中高层钢结构住宅提供了一种新的抗震设计思路。