消能支撑框架结构的抗震性能

本文从能量的角度描述了消能减震的原理,应用有限元程序ANSYS对消能支撑框架结构和普通框架结构进行了静力弹塑性分析,结果表明消能支撑框架结构具有良好的抗震性能。     

粘弹性消能支撑的试验研究

对空框架以及附加单向斜撑、小八字撑、小八字曲拐撑的4种结构进行自由振动试验和正弦稳态激振试验,比较这4种消能支撑的消能能力.在正弦稳态激振试验中,分别对这4种结构施加不同的柱端位移,测试其在不同频率下框架及阻尼器的力-位移滞回曲线,并进行比较分析.结果表明:附加粘弹性消能支撑后,结构整体刚度改变不大,阻尼有所增大;框架结构本身的消能能力有限;与单向斜撑和小八字撑相比,小八字曲拐撑有着较好的消能能力,更为有效地保护主体结构在地震中免遭破坏.     

附加消能支撑的结构减振试验研究

介绍了空框架以及附加单向斜撑、小八字撑以及小八字曲拐撑的4种结构的自由振动试验以及正弦稳态激振试验,比较了其消能能力.在正弦稳态激振试验中,分别在柱端施加不同的位移,测试其在不同频率下框架及阻尼器的力-位移滞回曲线.结果表明,附加黏弹性消能支撑后,结构的刚度改变不大,而结构阻尼和消能能力增大,从而有效地保护主体结构在振动中免遭破坏;通过对结果分析比较,得出空框架本身的耗能能力有限,而相对单向斜撑和小八字撑而言,小八字曲拐撑有着较好的消能能力,值得推广应用。     

消能支撑方钢管混凝土高层建筑抗震设计

对于国内首个平立面不规则并设置粘滞流体阻尼器的复杂方钢管混凝土高层建筑，首先采用框架支撑体系有效解决了扭转效应，然后讨论了阻尼器的选型、布置位置和数量，采用ETABS软件建模，由大量对比计算确定了阻尼器的设计参数，通过不同加速度峰值和不同地震波作用下的时程分析，获得了结构从小震到大震下的位移、层剪力等动力响应，与无控结构相比，得到了粘滞阻尼器的耗能减震效果，总结评价了结构的整体抗震性能，给出了设计建议．最后与振动台试验结果作对比．相关研究结论可为今后类似工程设计提供参考．     

消能摇摆钢桁架框架结构抗震性能

为研究消能摇摆钢桁架-框架结构的抗震性能,使用OpenSees有限元软件对框架结构、支撑-框架结构、摇摆钢桁架-框架结构、消能摇摆钢桁架-框架结构进行模态分析、静力弹塑性分析和动力弹塑性分析,讨论了4种结构的刚度特征、动力响应及损伤分布.此外,建立4种具有不同柱脚形式和阻尼器类型的对比结构,用以研究柱脚形式和阻尼器类型对于结构抗震性能的影响.研究表明,消能摇摆钢桁架-框架结构具有良好的抗震性能;位移型阻尼器能够提高结构刚度和承载力、减震性能更优越,速度型阻尼器可以降低地震作用;底层框架柱脚采用铰接,可以降低地震作用,并减小底层框架柱的塑性损伤.     

拓展型复合墙体抗震性能试验研究

基于传统生态复合墙结构体系,提出拓展型复合墙结构体系,通过5榀1/2比例拓展型复合墙体模型的水平低周反复试验,对墙体的承载能力、延性特点、滞回特点、刚度退化等抗震指标进行研究,得出以下结论:5榀复合墙体都以弹性阶段开始,逐步进入弹塑性阶段,最终破坏,所有墙体破坏形式均为剪切型,是理想的破坏形态;不同墙板约束不同,导致墙板在试验过程中损坏过程也不相同;墙体的外框、肋格、砌块3个组成部分相互约束,提高自身承载能力,抑制墙体裂缝的发展,充分发挥每个组件的耗能能力;外框采用C型钢及肋格采用L型轻钢龙骨可大幅增加对砌块的约束,有效限制墙体裂缝的发展,大幅提高墙体的抗震性能;EPS轻骨料砌块在不降低极限承载力的同时可明显改善墙体延性.     

新型钢筋混凝土复合剪力墙抗震性能试验研究

在现有结构体系的基础之上,提出了一种新型格撑式复合剪力墙,通过对二榀格构复合剪力墙和一榀带边框的钢筋混凝土剪力墙的对比试验,着重研究了复合前剪力墙的抗震性能、延性和耗能能力;给出了复合剪力墙的滞回曲线,恢复力计算模型,试验结果表明：这种复合剪力墙具有良好的延性和耗能性能。     

中高层装配式复合墙体抗震性能试验研究

为推进装配式复合墙结构向中高层发展,提高墙体的受力性能并改善装配式墙体连接形式,设计制作3个竖向接缝为马牙槎形式、水平连接为焊板焊接形式的中高层装配式复合墙体(竖向边缘构件配筋率不同).通过对墙体试件的拟静力试验,研究此类墙体的破坏现象、破坏机制与滞回特性等,探讨不同竖向边缘构件配筋率对墙体刚度退化、强度退化及耗能的影响;并对比多层复合标准墙体,探讨关键抗震性能指标的变化规律.结果表明:采用马牙槎形式竖向接缝与焊板焊接形式水平接缝,预制墙板与边框协同工作良好,墙体试件破坏形态合理;随着竖向构件配筋率的提高,试件的屈服荷载、峰值荷载及破坏位移逐渐增大,而当开裂位移与开裂荷载增大到一定程度时,不再上升;竖向边缘构件配筋率适中的墙体试件的钢筋应变、刚度退化、强度退化及耗能等综合性能指标较好;通过合理设计可以保证墙体具有较高的承载能力及耗能能力;与多层复合墙体相比,中高层复合墙体连接方式可靠,承载力较高,可为中高层复合墙结构体系的工程应用提供支持.     

带暗支撑预制叠合剪力墙抗震性能试验研究

为了从构造上进一步优化预制叠合剪力墙的连接,分别设计了1片普通局部高阻尼混凝土预制叠合剪力墙和1片带钢板暗支撑的局部高阻尼混凝土预制叠合剪力墙,进行了拟静力试验研究,分析了试件在水平低周往复荷载作用下的承载能力、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化以及耗能性能.对比研究了试件的裂缝发展情况以及破坏形态.研究结果表明:塑性铰区采用局部高阻尼混凝土和内置钢板暗支撑的预制叠合剪力墙均能表现出较好的抗震性能,连接构造合理,且钢板暗支撑的引入在提高预制叠合剪力墙承载能力的同时也提高其延性.     

保温层贯通型复合剪力墙抗震性能试验研究

为研究保温层贯通型复合剪力墙的抗震性能,进行了4个1/2比例缩尺剪力墙试件在低周往复荷载作用下的静力试验,包含3个复合墙试件和1个实心墙对比试件.对比分析了各试件破坏特征、滞回性能、承载能力、延性、刚度退化及耗能能力等抗震指标,并给出了保温层贯通型复合剪力墙受剪承载力计算公式.试验结果表明,复合墙与实心墙的破坏形态均为弯剪破坏;复合墙在拉结筋作用下两侧墙片协同工作性能较优,滞回性能、承载能力、刚度退化性能等与实心墙相近,变形和延性性能优于实心墙;U型筋间距加密,起到延缓复合墙开裂的作用,但对承载力影响不大;中间保温层厚度加大,使复合墙承载力下降,但对变形及耗能能力未产生不利影响;复合墙开裂荷载出现较早,在实际工程中宜采取防止墙体开裂的措施.     

干式连接装配式复合墙体抗震性能试验研究

设计了4榀装配式复合墙体,进行低周往复加载试验,研究灌浆套筒连接、焊接连接、盒式连接和螺栓连接4种不同连接方式墙体的破坏模式、滞回特性、位移延性系数、刚度退化和耗能等特性.结果表明:4种连接件均未破坏,符合强节点、弱构件的抗震设计理念,能满足结构受力需要.各试件破坏形态基本相同,均为剪切破坏,极限位移角均大于1/90.不同连接方式对墙体各项抗震指标影响不同,与灌浆套筒连接试件相比,焊接连接承载力下降7%,位移延性系数上升5%,累计耗能下降22%;盒式连接承载力上升5%,位移延性系数下降33%,累计耗能下降27%;螺栓连接承载力下降13%,位移延性系数上升52%,累计耗能提升62%.焊接连接的试件耗能低、不易施工且焊接质量难以保障;而盒式连接和螺栓连接二者施工不仅便捷,而且具有较好的承载力和耗能能力.     

消能支撑框架结构的研究与应用

几种型式的消能器进行了减震机理分析,对消能支撑框架模型进行了低周反复荷载试验和振动台试验,编制了非线性有限元分析程序和弹塑性时程分析程序,并将研究结果应用于实际工程。     

罕遇地震下消能减震楼梯框架结构抗震性能研究

采用PERFORM-3D软件分别对设置消能减震楼梯、滑动楼梯和普通楼梯的框架结构进行罕遇地震下的地震反应分析.结果表明:1消能减震楼梯削弱梯板在顺梯板方向的等效强支撑效应;2与普通楼梯结构相比,消能减震楼梯结构X向楼层剪力减小,层间位移角和顶点位移相差不大;Y向楼层剪力、层间位移角和顶点位移均减小.与滑动楼梯结构相比,消能减震楼梯结构X向楼层剪力相差不大,层间位移角和顶点位移减小;Y向楼层剪力除底层外,其余楼层基本相同,层间位移角和顶点位移减小;3消能减震楼梯结构楼梯间构件损伤程度小于普通楼梯结构和滑动楼梯结构.     

螺旋流消能装置消能效果试验研究

针对许多行业流体动力系统中的流体流动出现突然失控，使系统受到瞬时高压冲击的问题，提出了用螺旋流消能装置对管路中出现的高压水流进行消能，以减少对泵及管路系统的损害，增加其使用寿命的方法。试验结果表明：采用螺旋流消能装置能有效地降低管路中的水压力，减少瞬间高压对系统的损害，是一种行之有效的消能方法。     

基于IDA分析的新型消能摇摆结构抗震性能

针对重大灾害过程中建筑结构的破坏特点,采用增设摇摆刚架的设计方法构建新型消能摇摆结构体系,并利用IDA分析方法对其抗震性能进行系统研究.以已建成的某6层框架结构为研究对象,建立新型消能摇摆结构体系的计算模型.选取ATC-63建议的20条远场地震波作为地震动输入,利用OpenSees软件对该结构体系进行增量动力分析,获得结构体系在不同地震动激励下的动力响应,并结合现行建筑抗震设计规范探讨新型消能摇摆结构体系的抗震性能.结果表明:新型消能摇摆结构体系的变形模式与耗能机制更为合理,其抗震性能优于传统结构体系.     

底部带屈曲约束支撑的摇摆桁架抗震性能试验研究

针对底部带屈曲约束支撑(BRB)的摇摆桁架(HTBB)结构进行了拟动力试验和拟静力试验.采用El Centro波对试验结构进行了小震、中震和大震的拟动力加载,拟静力加载采用位移控制.拟动力试验结果表明,结构在小震、中震和大震阶段均有效地控制了结构的变形分布,层间变形均匀.BRB屈服后,结构损伤仅在BRB中发生,整体结构滞回曲线饱满、稳定,表现出优异的抗震性能.BRB的屈服先于摇摆桁架的损伤,从而保护了主体结构.模拟分析结果与试验结果相吻合.拟静力试验在1/40的顶点位移角下,滞回曲线饱满、稳定,表明结构在连续经历小震、中震、大震的地震激励后,仍具有优异的耗能能力和抗震性能.     

加筋土柔性桥台复合结构抗震性能试验

通过一组土工合成材料加筋土柔性桥台复合结构(GRS-IBS)全桥模型的振动台试验,研究该结构的抗震性能.研究结果表明:GRS-IBS结构具有良好的抗震性能,在峰值加速度约为0.8g的Kobe地震波作用下,结构保持整体稳定,仅发生面层外倾、桥头差异沉降等微小的变形;在保持筋材极限强度与加筋间距比值相同的前提下,减小加筋间距有助于提高GRS桥台复合结构的抗震性能.     

消能支撑参数优化方法的进一步研究

在框架结构消能支撑的减震优化方法的基础上进一步探讨了优化目标函数的几种形式,通过算例的分析找出了既简单又效的目标函数。此外,还提出了一种实用的方法,解决在多条地震波输入下消能支撑参数优化结果不一致的问题。     

黏弹性消能支撑的研究与设计

针对工程中实际需要,提出一些新型的黏弹性消能支撑型式,研究了它们的受力特点,并给出了消能支撑水平控制力的表达式;提出了消能支撑设计中钢杆应满足的承载力要求;同时分析了支撑中钢杆拉压刚度对黏弹性阻尼器损耗因子和抗剪刚度的影响,并在此基础上给出了考虑钢杆拉压刚度影响的消能支撑水平控制力表达式; 最后指出钢杆的拉压刚度对减震效果影响较大,在考虑工程可行性的基础上给出了钢杆应满足的刚度要求.     

带消能节点的梁柱式木结构民宅的抗震性能

以Q235钢制作的消能节点,将规格木材组合成的梁、柱连接成具有较大抗侧刚度的延性框架体系.该结构不使用我国传统木结构的榫卯连接,节点不削弱木构件,故具有更高的承载力;不需要北美轻型木结构体系中的墙体提供抗侧刚度,因而结构布置灵活,且节省材料.对采用该节点的木框架结构示范工程进行了结构分析和足尺节点的拟静力试验.结果表明:节点通过钢板的塑性变形消耗能量,具有良好的耗能能力;在考虑频遇地震作用参与的荷载标准组合作用时,结构的变形能满足现行建筑抗震设计规范的相关要求;在罕遇地震作用时,框架的弹塑性变形集中在消能节点上,层间相对弹塑性角位移小于1/50,达到我国现行规范抗震设防的目标.