联合消能减震结构设计方法与工程应用分析

分析了防屈曲支撑(BRB)与黏滞阻尼器(VD)联合消能减震原理,讨论该联合消能减震结构体系的设计方法,并基于分析结果给出联合消能减震结构的实用设计流程,根据该流程对一框架剪力墙结构进行BRB和VD的联合减震设计,并与单一使用BRB和单一使用VD的减震结构进行方案对比,对设计的BRB和VD联合减震结构进行弹性和弹塑性时程分析。结果表明:联合消能减震结构可同时取得较好的位移减震效果及地震剪力减震效果;BRB及VD各自分工明确且功能互补,BRB主要增加结构抗侧刚度,VD主要增加结构阻尼比;所设计联合消能减震结构在各水准地震作用下均能实现既定的抗震性能目标。     

L形偏心框架结构混合减震分析

针对L形偏心框架结构平面不规则问题,通过在外围框架设置屈曲约束支撑与粘滞阻尼器,采用串联刚片模型建立了偏心结构平扭耦联动力方程,运用有限元方法构建某国家工程实验室三维模型,对比分析了结构的扭转周期比、扭转位移比、层间位移角、层剪力最大值,研究了屈曲约束支撑与粘滞阻尼器混合减震方法对L形偏心框架结构的减震效果。计算结果表明:屈曲约束支撑能较好地控制结构的扭转周期比、扭转位移比;而粘滞阻尼器能大幅度减小结构的层间位移角、层剪力最大值,减震效果明显。     

建筑结构抗震分析

将结构物简化为多质点体系,考虑隔震支座的水平刚度、垂直刚度和转动刚度,按反应谱方法进行了高层剪力墙结构和砖结构抗震计算,结果表明,隔震结构可以大幅度地降低地震作用。另外,利用结构自身的顶部作为TMD质量块,并用叠层橡胶支座和摩擦阻尼器设置在建筑物中上部的楼层之间,利用隔震层上部的质量和隔震层部件组成TMD减震系统来控制地震反应。     

位移与速度型消能器在某不规则建筑结构抗震设计中的混合应用

 某工程为细腰不规则超限结构, 选择纯框架结构, 扭转周期比和层间位移角均不满足规范要求。考虑到建筑外立面效果, 不能在外立面布置剪力墙, 同时在不影响建筑使用功能的前提下, 也没有合适的位置布置全部钢支撑。因此, 经方案比选采用了附加黏滞流体阻尼器和屈曲约束支撑的消能减震结构方案。运用ETABS 结构分析软件, 建立三维有限元模型, 采用振型分解反应谱法对无控结构、附加黏滞流体阻尼器结构和同时附加黏滞流体阻尼器及屈曲约束支撑结构进行计算分析, 对比分析了3 种结构的动力特性和地震反应。最后, 采用时程分析法对振型分解反应谱法进行了补充计算。结果表明, 黏滞流体阻尼器降低了结构的地震反应, 而屈曲约束支撑降低结构地震反应的同时增加了结构刚度, 有效控制了结构的扭转效应。     

速度型阻尼器和防屈曲支撑在装配式框架结构纵向体系中减震效果研究

针对抗侧刚度较弱的装配式结构纵向框架研究较少的现状,建立了纯框架、增设防屈曲支撑及增设阻尼器的装配式框架有限元分析模型,通过非线性的时程对比分析了在地震作用下三种模型纵向体系的结构反应.分析表明,在类似结构中增设阻尼器,可显著提高减震效果,使结构在大震中依然处于弹性状态.对于进一步提高阻尼器在纵向框架的应用水平具有一定的借鉴意义.     

近场地震作用下某高层建筑设置粘滞阻尼器的减震分析

高烈度地震区的高层建筑在近场地震作用下具有更大的损伤风险,而采用消能减震技术不仅可以降低高层建筑在地震作用下的风险,而且可以在整体上提高建筑的经济效益。本文以某高层建筑为例,通过采用粘滞阻尼器做消能减震设计,分析了该有控结构以及无控结构在近场地震作用下的响应,包括层间位移角、层剪力和结构的能量耗散。通过对比发现,在小震和大震作用下,结构的响应均得到有效控制。粘滞阻尼器耗散了大量的能量,降低了结构构件的损伤。近场地震作用的脉冲效应会使结构产生更大的响应,在设计时应适当调整阻尼器的参数。因此,消能减震设计可以作为高层建筑结构的一种有效解决方案。     

凸轮式响应放大摩擦阻尼器基于性态目标的能量设计方法

在前期对凸轮式响应放大摩擦阻尼器(cam type response amplification device with friction damper, CRAD-FD)研究的基础上,对安装该阻尼器的单自由度体系建立了能量方程,推导了简谐荷载作用下CRAD-FD单圈滞回的能量解析解;基于消能减震结构标准能量设计反应谱,提出了CRAD-FD基于性态目标的能量设计方法;以某10层RC框架结构为例,在设防、罕遇、极罕遇地震作用下验证了该方法的可靠性。研究表明：所推导的CRAD-FD的能量解析解正确,所提出的基于性态目标的能量设计方法可靠;消能减震结构通过CRAD串联小吨位摩擦阻尼器的减震与耗能效果可与直接安装大吨位阻尼器的效果相差无几或更优,体现了CRAD的响应放大效应。     

极罕遇地震下框剪结构的混合减震控制

为进一步研究极罕遇地震下建筑结构的抗震性能,以框剪结构工程为例,选取7条地震动作为激励,在MIDAS软件中建立三维模型,在考虑性能的抗震设防下,采用粘滞阻尼器和防屈曲耗能支撑(BRB),对非减震结构和减震结构进行弹塑性动力时程分析,对比结构在极罕遇地震下的计算结果,并且研究极罕遇地震下的抗震性能。分析表明:结构层间位移角和层间剪力均有明显降低,减震效果明显,构件性能均有明显的改善,并且满足预期的性能要求。混合消能减震结构在极罕遇地震下有着很好的减震效果,能有效的提高结构整体的抗震性能,改善结构构件的损坏状态,提高结构安全性能。     

带破损安全层消能减震结构耗能分析

阐述了破损安全与消能减震的基本原理与发展现状,基于结构抗震的能量分析方法,分析带破损安全层消能减震结构耗能情况.采用破损安全与消能减震理论相结合的方法来大量耗散地震能量,提高结构抗震能力.利用SAP2000软件,分别建立模型进行抗震性能分析.结果表明:从抗震性能与经济性综合考虑,双柱框架消能减震结构性能优越,可以有效降低楼层的层间位移和成本;其单个阻尼器耗散的地震能量较大,能够降低主体结构构件的耗能,保证结构的承载能力;可以避免底层设置双柱带来的安全隐患.     

高层建筑铅芯橡胶阻尼器减震效果的计算分析

近30多年来,国内外学者提出了很多工程结构减震控制新技术、新体系.其中,以增加结构阻尼比为主的消能减震控制技术是一种有效、安全、经济且较为成熟的工程减震技术.文章对现有正在使用的某大楼进行了罕遇地震下的变形验算,在确定了该结构进行消能减震加固时需要的附加有效阻尼比后,采用铅芯橡胶阻尼器作为消能部件,计算分析了结构安装阻尼器前后动力特性的变化以及遭遇设防烈度对应的罕遇地震作用下的反应.结果表明,采用铅芯橡胶阻尼器进行抗震加固后,各层层间位移平均下降幅度达20.4%～27.7%,各层扭转角平均下降幅度达36.8%～43.6%,取得了良好的减震效果,结构的抗震性能满足GB50011-2001建筑抗震设计规范的要求,对高层建筑结构抗震加固提供了一套切实可行的方法.     

粘滞阻尼器组合基础隔震结构分析

介绍了基础隔震结构能量设计方法原理。运用有限元分析软件ANSYS建立了5层3跨框架结构模型,对比分析了基础固定结构、基础隔震结构和粘滞耗能组合隔震结构地震反应。结果表明,基础隔震结构的地震反应显著小于基础固定结构,隔震结构层间位移集中于隔震层。在隔震层加设粘滞阻尼装置后,上部结构减震效果与未加设阻尼器隔震结构相近,而隔震层位移显著减小。     

高铁矮塔斜拉桥减隔震装置性能对比研究

目的研究不同减隔震装置如黏滞阻尼器、速度锁定器和双曲面球型减隔震支座的减震机理和减震效果,为高铁矮塔斜拉桥减隔震设计提供依据.方法以某高铁矮塔斜拉桥为背景,建立Midas有限元模型,分别采用不同连接单元模拟黏滞阻尼器、速度锁定器及双曲面球型减隔震支座,输入人造地震波,进行各装置的参数优化及减震效果对比.结果黏滞阻尼器减震率为27%～59%;双曲面球型减隔震支座减震率为34%～48%,但却使墩梁相对位移增加32%;速度锁定器减震率为12%～39%,但却使相邻塔墩内力增加18%～39%.结论双曲面球型减隔震支座减震率高但是增加了墩梁相对位移;速度锁定器减震率较弱,并且提高了结构刚度,增加了桥梁对地震的反应;黏滞阻尼器减震率高,副作用小,并且可以消耗地震能量,对内力和位移均有较好的减震效果,在实际应用中优先推荐使用.     

基于刚度比的基础隔震结构减震系数

水平向减震系数是隔震设计的重要指标. 将上部结构与隔震层刚度之比作为基本变量,通过双自由度等效模型对减震系数的影响因素进行了理论研究. 通过振型分析计算了上部结构的等效转换系数,推导了刚度比形式的内力和减震系数表达式,分析了减震系数的影响因素,计算了隔震结构满足减震系数要求所需的刚度比限值. 发现减震系数曲线存在不变量即基准曲线,提出基准点概念. 结果表明,刚度比和隔震层阻尼比是减震系数的决定因素,减震系数随刚度比或隔震层阻尼比增大而减小;当刚度比大于4.5或8时,减震系数分别低于0.5或0.4;与5个工程实例对比,减震系数表达式准确性较好. 成果整理成表格可供查阅.     

金属连梁阻尼器在高层剪力墙结构的设计方法

目的研究金属连梁阻尼器在高层剪力墙结构的设计,解决在高层剪力墙结构连梁中如何合理的布置金属阻尼器的问题.方法使用钢剪切型阻尼器对某高层剪力墙结构进行消能减震设计,从减震原理出发,展现阻尼器如何通过为结构提供更大的附加阻尼比和影响结构的主振周期,进而降低结构的水平地震影响系数,实现显著降低结构在地震作用下的反应的过程,并对消能减震结构进行经济技术分析.结果阻尼器的设置增大了单位工程造价,但可使结构在地震下使用功能连续,虽然略增大造价,但保证了建筑物的安全及功能;基底剪力可减小13%～42%,最大层间位移角可减小15%～47%,倾覆力矩可减小32%～52%,保障了人民的人身安全和财产安全.结论通过计算无控结构在多遇地震下的层间位移以及结构待布置连梁位置处的内力,确定阻尼器的设计屈服位移和屈服力,并将阻尼器均匀的布设在每一层可大大降低结构的地震反应,为工程人员进行类似的高层剪力墙消能减震设计提供了经验和参考;阻尼器的设置虽然导致造价略有增加,但可显著的降低结构各项指标在地震作用下的反应.     

某框架结构的防屈曲支撑位置布置优化

为了提高框架结构的减震性能,文章先通过遗传算法算得各层防屈曲支撑布置需求量.再从某框架结构的支撑优化布置形式着手,对该结构拟定6种防屈曲支撑布置方案,分别为:外边角端布置形式(方案a)、外围隔跨布置形式(方案b)、外围中心连续布置形式(方案c)、内框架边角端布置形式(方案d)、中心对U型布置形式(方案e)、中心筒型布置形式(方案f).然后对比分析6个模型分别在承受相同地震作用的条件下的指标结果,研究结果表明:(1)在结构静、动力非线性分析中,方案c对于防屈曲支撑利用率增加及结构抗侧刚度的提升较为明显.(2)在Morgan地震波作用下,方案c中防屈曲支撑在罕遇地震作用下,吸收地震能量最多.另在地震波作用下的耗能占比中分析得到,方案c中的防屈曲支撑耗能占比最大,且防屈曲支撑的滞回性能最佳.     

防屈曲耗能钢板墙在抗震加固中的应用

介绍了位移型阻尼器消能减震结构在多遇地震下的计算分析方法.针对某框架结构,布置16组防屈曲耗能钢板墙加固改造,采用ETABS2013软件进行了多遇地震快速非线性分析和罕遇地震静力弹塑性分析.通过比较分析结果,多遇地震下防屈曲耗能钢板墙屈服耗能,提高结构阻尼比,降低地震力的输入,结构层间位移角有所减小并满足规范要求.罕遇地震下结构抗震性能显著提升.     

黏滞阻尼器控制平-扭耦联效应最优位置研究

目的推导确定结构平-扭效应最小化以达到寻找黏滞阻尼器的最有偏心位置.方法推导了不同偏心形式单层偏心结构,采用不同方式布置黏滞阻尼器的减震结构考虑平扭耦联效应的振动方程,建立了基于结构平面几何中心平动与扭转位移响应相关性的目标函数.利用随机振动理论中的李雅普诺夫方程和最优控制理论求解目标函数最小值找到阻尼器的最优偏心位置,在此基础上编制相应程序对典型算例进行数值计算.结果结构周期和结构宽长比越大、等效阻尼比越小,则附加阻尼偏心率越大,扭平频率比在1.0左右会引起附加阻尼偏心率先减小后增大.地震荷载大小对计算结果没有任何影响.结论笔者所提方法适用于同类其他在复杂体型结构中的消能减震技术优化设计和既有建筑加固改造设计.     

钢框架减震结构拟动力试验

目的对一个首层薄弱的4层钢框架结构进行消能减震设计,研究该减震结构在不同地震烈度下的地震响应以及阻尼器的性能.方法根据日本隔震结构协会(JSSI)编写的《被动减震结构设计·施工手册》中介绍的被动消能减震设计方法,使用带缝钢板阻尼器,基于该结构减震性能曲线进行减震设计,对该减震结构进行拟动力子结构试验.结果在小震、中震及大震下,该减震结构的最大层间位移计角在1/50以内,阻尼器不发生面外变形,也不产生裂缝,与结构共同抵抗侧力,保证结构不发生破坏.结论该减震结构具有良好的减震性能,所采用的带缝钢板阻尼墙能够发挥其滞回耗能性能,但在大震后面外失稳,需要提供足够的面外约束进一步提升其抗震性能.     

大跨连续梁桥纵向减震机理和减震效果分析

基于一座实际大跨度连续梁桥,分析比较了采用动力锁定装置、黏滞阻尼器和双曲面减隔震支座的减震机理和减震效果,讨论了这些减震装置的适用范围.结果表明:动力锁定装置不耗散地震能量,在活动墩处设置该装置,可以合理分配梁体的地震惯性力,但同时结构周期减小,可能增加梁体总的惯性力;黏滞阻尼器不改变结构的周期、振型等动力特性,主要通过阻尼力消耗地震能量,减小结构动力反应;采用双曲面减隔震支座后结构的周期延长,阻尼耗能能力增加,相对于基准模型,显著减小了固定墩的内力,但同时增加了活动墩墩梁相对位移.     

黏滞阻尼器附加刚度对结构抗震性能的影响研究

为研究黏滞阻尼器附加刚度对结构抗震性能的影响,提出了考虑附加刚度影响的多自由度黏滞阻尼减震结构的分析模型,探讨了考虑附加刚度影响的结构动力非线性方程的求解过程,基于Matlab语言编制了非线性时程分析程序,并通过五层和十层算例研究了附加刚度对减震结构动力响应的影响,结果表明:附加刚度对黏滞阻尼结构的层间位移和顶层加速度的影响随地震输入的增大而增大,黏滞阻尼系数应根据结构刚度在一定范围内取值,附加刚度对减震结构的加速度响应具有放大作用。