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。     

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。     

消能减震技术研究应用进展侧述

围绕第16届世界地震工程大会(16WCEE)所发表的关于消能减震技术研究和应用的重要成果,本文对调谐质量阻尼器TMD、屈曲约束支撑BRB、黏滞阻尼器以及其它相关类型消能减震技术的最新进展进行了梳理。从调谐质量阻尼器TMD的有效性评估及其设计应用所面临的问题与改进方法,屈曲约束支撑的连接构件性能、优化及其研发和应用,黏滞阻尼器应用中的构件性能提升方法、空间优化布置方法以及性能评估方法,以及磁流变阻尼器等其它消能减震技术的发展等4个方面分别作了概括性评述和展望,提出了有待进一步研究的若干问题。     

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。     

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。     

基于损伤性能并考虑主余震作用的消能减震结构抗震设计

综合考虑余震影响和结构损伤,提出一种基于损伤性能的消能减震结构抗震设计方法。为满足结构抵抗余震的性能要求,提出结合主余震的损伤性能目标。以Park-Ang双参数损伤模型为基础建立了结构层间损伤计算公式,通过损伤程度评估结构抗震性能,给出消能减震结构基于损伤性能的抗震设计流程。     

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.     

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。     

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...     

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.     

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。     

基于能量的主余震作用下RC框架损伤与震后性能评估

地震发生后,震损结构能否承受强余震是震害调查与灾后重建中的重要问题。因此,准确评估主余震造成的结构损伤以及评估主震后震损结构的剩余倒塌能力至关重要。采用基于能量的地震损伤指标对结构损伤进行评估,以能量谱作为工程需求参数,再通过引入震损结构模型对结构在主余震作用下的累积损伤进行评估,建立主余震作用下结构整体损伤评估理论框架。然后,基于I_V损伤指数对主余震下的结构损伤进行量化,得到震损结构的倒塌能力曲线,并确定结构剩余承受强余震的能力。以6层3跨钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构为例进行分析,结果表明：地震能量损伤指标法物理意义明确,可以从能量角度快速评价主余震下结构损伤;震损结构的剩余倒塌能力随着主震强度增加而逐渐降低;对于案例结构而言,主震下结构损伤小于0.32时可以认为震损结构是安全的可以承受强余震,介于0.32～0.52之间时,需要对震损结构加固修复,以保障余震安全。     

多维地震作用下大跨空间结构的减震控制分析

考虑到多维地震输入对网架结构的不利影响,基于形状记忆合金超弹性,研制出一种兼具自复位、高耗能及放大功能于一体的形状记忆合金复合黏滞阻尼器(Hybrid Shape Memory Alloy Viscous Dampers,简称HSMAVD),并通过试验研究该阻尼器在循环荷载作用下的力学性能;然后以平面四角锥网架模型为基础,将该阻尼器替换部分网架结构杆件,并分析该阻尼器减震控制效果。结果表明形状记忆合金与黏滞阻尼器复合后具有良好的协同工作能力,可有效发挥形状记忆合金的超弹性和黏滞阻尼器的速度相关特性,使其具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力;采用阻尼杆件替换原杆件的方法既能对结构进行有效的减震控制,又不改变原有的结构形式,是一种优越的减震控制方法,并为HSMAVD被动控制系统在结构抗震中的实际应用提供新思路。     

新型舌板黏滞阻尼器力学性能试验研究

本文提出了一种新型舌板黏滞阻尼器,通过对该黏滞阻尼器进行低周循环加载试验和抗低周疲劳性能试验,研究并验证了该阻尼器的耗能性能、抗低周疲劳性能及恢复力模型。研究结果表明:选取合适参数的舌板式黏滞阻尼器滞回曲线饱满,耗能性能与抗低周疲劳性能良好。Maxwell模型能够较好地描述该阻尼器力学行为,反映阻尼器在各种试验工况下的出力情况。该阻尼器设计与加工简单,对工程结构的耗能减震有着实际意义。     

新型金属-摩擦阻尼器试验研究及数值分析

传统的屈曲约束支撑通常被设计为在大震作用中消耗能量,小震作用下为该结构提供了抗侧刚度。为了克服这一缺点,结合屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器的工作原理,提出了一种基于屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器串联的新型阻尼器,对该阻尼器进行了低周反复荷载试验,分析了其滞回性能、刚度退化等。试验结果表明：新型金属-摩擦阻尼器滞回曲线饱满,通过设置不同的螺栓预紧力可以使阻尼器达到分阶段能耗的目标。利用ABAQUS数值仿真软件对新型金属-摩擦阻尼器进行了数值分析准确性验证。并通过改变模拟试件屈服比例值,了解屈服比例变化对新型金属-摩擦阻尼器抗震性能的影响。结果表明：数值模拟滞回曲线与试验曲线基本一致;屈服比例的增加对阻尼器刚度退化、滑动承载力有明显影响。     

主余震序列型地震动作用下RC框架结构损伤耗能研究

强震发生后通常伴随着余震,余震的发生会加重结构损伤甚至引发倒塌。为了量化研究主余震序列型地震动对结构损伤的影响,以一栋3层钢筋混凝土框架结构为研究对象,选取了10条实际的主余震记录作为地震动输入,采用ABAQUS非线性有限元软件对该框架结构进行非线性动力时程分析,并依据结构局部和整体损伤耗能指标来评价主余震序列型地震动对框架结构累积损伤的影响。研究结果表明:序列地震会加剧结构底层柱的局部损伤耗能,特别是对底层中柱的影响更加明显;序列地震作用下的结构整体损伤耗能平均值相对于单主震作用下增加约30%;当余震与主震的第一周期谱加速度指标的比值Sa （T₁）_余震/Sa （T₁）_主震较大时,序列地震对结构损伤需求的影响更为显著。     

带防屈曲支撑的钢管混凝土框架抗震性能参数分析

设置防屈曲支撑的钢管混凝土框架是一种新型钢管混凝土减震结构。采用有限元软件Opensees对设置防屈曲支撑的单层单跨钢管混凝土减震框架进行数值模拟,研究了框架梁柱线刚度比、防屈曲支撑初始刚度以及钢管混凝土柱轴压比等设计参数对该减震结构抗震性能的影响。研究结果表明：1数值模拟和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性;2梁柱线刚度比在0.1~0.3之间变化时,钢管混凝土减震框架的抗震性能较好;3BRB耗能支撑的初始刚度K1在40~80kN/mm变化时,减震框架的耗能减震效应较明显;4在合理的钢管混凝土柱轴压比范围内,当轴压比较大时,在钢管混凝土框架中设置防屈曲支撑能明显地提高结构的耗能能力和改善结构的强度退化现象。     

大跨度悬索桥地震响应控制分析

以主跨为1 490 m的润扬长江大桥为背景,采用ANSYS软件建立结构有限元模型,计算大跨度悬索桥动力特性。对黏滞阻尼器和软钢阻尼器进行参数敏感性分析,得出控制大跨度悬索桥地震响应的最优参数值,并分析一致激励和行波激励作用下黏滞阻尼器和软钢阻尼器减震效果。研究结果表明,黏滞阻尼器和软钢阻尼器对塔梁相对位移有较好的控制效果,但会使塔底内力有所增加;就位移控制而言,软钢阻尼器的效果更好;在低视波速区间内,黏滞阻尼器和软钢阻尼器减震效果明显存在波动特征;随着视波速的逐渐增大,黏滞阻尼器和软钢阻尼器减震效果受视波速的影响逐渐减小,悬索桥地震响应逐渐平缓,并趋于一致激励作用下的对应值。     

耗能结构抗震优化设计

在结构能量分析的基础上,综合考虑层间位移、加速度及阻尼耗能比等抗震指标,分别采用串行优化和一体化优化方法对建筑结构自身构件尺寸及黏滞阻尼器布置和参数进行了同步优化设计研究。结果表明:通过设置黏滞阻尼器来提高建筑结构抗震性能效果十分明显,引入能量指标可以减小设计结果对地震动的敏感性;两种优化方法对阻尼器和结构优化均能取得好的效果,一体化优化效果整体优于串行优化。