新型金屬阻尼器減震結(jié)構(gòu)的試驗及理論研究.pdf

1、消能減震作為迅速發(fā)展起來的一門新技術(shù)通過在建筑結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位設(shè)置消能器以增加結(jié)構(gòu)阻尼，從而減小結(jié)構(gòu)在風(fēng)和地震作用下的反應(yīng)。我國現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001)將隔震和消能減震設(shè)計作為重要內(nèi)容專門設(shè)置一個章節(jié)，這預(yù)示著消能減震設(shè)計廣泛應(yīng)用的時代即將到來。本文基于已有消能減震結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)上，在以下方面進行了研究： (1)提出一種設(shè)計金屬阻尼器的新思路：利用鋼板平面內(nèi)受力提高初始剛度，并通過改變鋼板平面幾何形狀增

2、加變形耗能能力。對具有不同幾何形狀的鋼阻尼器模型進行擬靜力往復(fù)加載的模型及原型試驗研究，給出了兩種初始剛度大，耗能能力好的鋼阻尼器，同時驗證了采用此方法設(shè)計鋼阻尼器是可行的。數(shù)值模擬結(jié)果表明，此類鋼阻尼器對結(jié)構(gòu)位移控制效果明顯。 (2)對裝有新型鋼阻尼器的二層框架結(jié)構(gòu)進行了模擬地震振動臺試驗，通過能量分析的方法檢驗地震過程中新型鋼阻尼器的耗能能力；并采用有限元方法進行了振動臺試驗的數(shù)值仿真。試驗及數(shù)值計算分析結(jié)果均表明，兩種新型

3、鋼阻尼器具有在小震下為結(jié)構(gòu)提供初始剛度，大震下消耗地震能的雙重功能(也稱“雙功能”鋼阻尼器)。 (3)對位移型消能減震結(jié)構(gòu)阻尼器的布置位置及參數(shù)設(shè)計進行了優(yōu)化研究，提出了一種基于遺傳算法的新型優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，模型目標(biāo)函數(shù)體現(xiàn)了明確的設(shè)計意義，在保證幾種地震波作用下結(jié)構(gòu)最大層間位移角接近設(shè)計值的前提下，盡可能使得應(yīng)用的耗能體系剛度最小。同時解決了不同地震波作用下優(yōu)化結(jié)果各不相同，優(yōu)化參數(shù)難以選擇的問題，是一種有效的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法。

4、 (4)對于消能減震結(jié)構(gòu)，提出一種基于位移的抗震設(shè)計方法，通過以結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計為主，消能器為強度補充的設(shè)計思想減少以往基于位移設(shè)計方法中大量的迭代過程。在現(xiàn)階段我國沒有合適的位移設(shè)計反應(yīng)譜情況下，建議短周期建筑采用規(guī)范中加速度轉(zhuǎn)化為位移的方法來建立位移反應(yīng)譜，中、長周期采用地震記錄積分的方法獲得位移反應(yīng)譜。數(shù)值算例分別采用具體地震記錄建立的位移反應(yīng)譜及加速度轉(zhuǎn)化的位移反應(yīng)譜進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過加速度時程分析分別驗證了該方法的準(zhǔn)確性與

5、實用性。 (5)對于消能減震偏心結(jié)構(gòu)時程分析方法進行了研究，建立了消能減震偏心結(jié)構(gòu)的計算方法和動力方程。采用該方法對一裝有新型鋼阻尼器的五層偏心結(jié)構(gòu)進行雙向地震動作用下的動力反應(yīng)分析。結(jié)果表明，新型鋼阻尼器不但減小了結(jié)構(gòu)的水平位移反應(yīng)，同時對于多維地震作用下的扭轉(zhuǎn)變形也有較為明顯的減震效果。 (6)提出了一種計算位移型消能減震偏心結(jié)構(gòu)能力譜的簡化計算方法，通過結(jié)構(gòu)變形分解，將偏心結(jié)構(gòu)的能力譜曲線分解為平面Pushover

6、能力譜及非偏心結(jié)構(gòu)的純扭轉(zhuǎn)能力譜，并采用位移合成的方法得到最終的能力譜曲線。數(shù)值算例與有限元軟件Sap2000分析結(jié)果進行對比，結(jié)果表明，該方法與有限元軟件計算結(jié)果接近，是一種有效的簡化計算方法。 (7) 針對安裝消能減震裝置引起的不利因素進行了探討與分析，通過對框架結(jié)構(gòu)中安裝消能減震裝置前后地震水平力作用的推覆分析，揭示了由于消能支撐的安裝使框架柱軸力明顯增加這一現(xiàn)象；這種軸力的增加，可能會超過柱軸力設(shè)計允許值。同時提出了耗能

7、支撐帶給框架柱附加軸力的計算方法及驗算過程，改進了耗能減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計流程，使得消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計流程進一步完善。數(shù)值算例揭示了消能支撐的安裝對框架柱軸力的影響，軸壓比過大引起框架柱延性降低，柱端過早出現(xiàn)塑性較，設(shè)計中應(yīng)引起足夠的重視。 (8)將本論文中提出的新型鋼阻尼器應(yīng)用到實際工程之中，同時給出了設(shè)計、制作和安裝的完整流程。新型鋼阻尼器的安裝成功的解決了由于首層層高過高引起的薄弱層問題，數(shù)值分析表明，新型鋼阻尼器對于該建筑在地震