消能減震結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì)方法試驗(yàn)研究.pdf

1、地震是危害人類生命財(cái)產(chǎn)的自然災(zāi)害,具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、次生災(zāi)害嚴(yán)重等特點(diǎn)。地震災(zāi)害是不可避免的,但其后果卻是可以減輕的?；诮Y(jié)構(gòu)控制思想的消能減震結(jié)構(gòu)體系就是近年來興起的新的抗震設(shè)計(jì)方法。本文在廣泛總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,采用試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法,對(duì)消能減震結(jié)構(gòu)體系的減震性能進(jìn)行了深入的、系統(tǒng)的研究,以進(jìn)一步促進(jìn)消能減震結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際工程中的推廣。
　　 在試驗(yàn)研究方面,采用多層多跨的大比例鋼框架模型進(jìn)行了系列振

2、動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),按照動(dòng)力相似理論對(duì)各模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),廣泛地進(jìn)行了各種工況的試驗(yàn)研究,編寫MATLAB程序?qū)Ａ吭囼?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。對(duì)比了不同結(jié)構(gòu)體系、不同阻尼支撐布置形式和位置、帶薄弱層以及帶扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的消能減震體系的動(dòng)力性能和結(jié)構(gòu)響應(yīng)。
　　 在理論分析方面,研究了結(jié)構(gòu)薄弱層的阻尼支撐控制方法,基于單獨(dú)在薄弱層設(shè)置阻尼支撐控制層間位移的設(shè)想,根據(jù)阻尼器和附加體系的力學(xué)特征,提出了“補(bǔ)償剛度”的概念,得出了控制薄弱層層間位移的阻尼支

3、撐簡化設(shè)計(jì)方法。在結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)響應(yīng)的阻尼支撐控制研究方面,以單層非對(duì)稱結(jié)構(gòu)為例,較系統(tǒng)計(jì)算、分析了附加阻尼比、阻尼偏心率、偏心側(cè)阻尼布置率等參數(shù)對(duì)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制效果的影響。在消能減震結(jié)構(gòu)體系抗震設(shè)計(jì)簡化方法研究方面,在系統(tǒng)介紹和分析日本粘滯阻尼支撐減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn),提出了粘滯阻尼支撐減震結(jié)構(gòu)的簡化設(shè)計(jì)方法。
　　 通過試驗(yàn)研究和理論分析,本文取得了如下結(jié)論:
　　 1.設(shè)置有粘滯阻尼支撐的結(jié)

4、構(gòu)模型與無阻尼支撐的模型相比,結(jié)構(gòu)的阻尼比有明顯的增長；設(shè)置粘滯阻尼支撐基本不改變結(jié)構(gòu)的自振頻率,且粘滯阻尼支撐的位置、形式、數(shù)量均對(duì)其自振頻率影響較小。
　　 2.設(shè)置粘滯阻尼支撐能有效降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),結(jié)構(gòu)的位移明顯減小,框架的基底剪力和桿件內(nèi)力均有所減少。
　　 3.阻尼支撐布置形式對(duì)結(jié)構(gòu)的減震效果影響不大,但阻尼支撐布置形式對(duì)其周邊構(gòu)件的內(nèi)力有一定影響,但其值與地震激勵(lì)引起的內(nèi)力相比是較小的。
　　 4

5、.阻尼支撐在立面的布置位置對(duì)結(jié)構(gòu)的減震效果有明顯影響。對(duì)于較規(guī)則的框架,在保持阻尼支撐數(shù)量不變的情況下,在所有各層均勻布置阻尼支撐時(shí)的減震效果最好,而在某層或某幾層集中設(shè)置阻尼支撐時(shí),對(duì)相應(yīng)層的層間位移的控制較好,但對(duì)其他層的層間位移控制均不如均勻布置的情況；
　　 5.當(dāng)結(jié)構(gòu)存在薄弱層時(shí),在結(jié)構(gòu)薄弱部位設(shè)置阻尼支撐,能有效的降低薄弱層和其他樓層的層間位移,直接在薄弱層設(shè)置更多的阻尼支撐能更加有效地控制其層間位移；采用“補(bǔ)償剛度

6、”的概念,本文提出的控制薄弱層層間位移的阻尼支撐簡化設(shè)計(jì)方法具有相當(dāng)?shù)木取?br>　　 6.當(dāng)結(jié)構(gòu)由于剛度中心和質(zhì)量中心偏離等原因而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí),合理設(shè)置阻尼支撐可有效地降低結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)表明,設(shè)置阻尼支撐對(duì)控制扭轉(zhuǎn)響應(yīng)的有效值效果明顯,對(duì)其最大值效果較差,在柔性邊多設(shè)置阻尼支撐的模型的減震效果最優(yōu)。通過較系統(tǒng)分析計(jì)算了附加阻尼比、阻尼偏心率、偏心側(cè)阻尼布置率等參數(shù)對(duì)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制效果的影響后,提出了扭轉(zhuǎn)控制用阻

7、尼支撐布置原則為:“周邊、分散、偏心對(duì)側(cè)、適量”。
　　 7.在吸取國外設(shè)計(jì)方法的精華,并結(jié)合我國設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn),提出了粘滯阻尼支撐減震結(jié)構(gòu)的簡化設(shè)計(jì)方法,并進(jìn)行了設(shè)計(jì)驗(yàn)證,結(jié)果表明該簡化設(shè)計(jì)方法具有良好的精度,并且無需循環(huán)設(shè)計(jì),過程簡潔實(shí)用,可供設(shè)計(jì)采用。
　　 8.進(jìn)行了兩例實(shí)際工程的設(shè)計(jì)實(shí)踐,詳細(xì)探討了消能減震結(jié)構(gòu)在多遇地震和罕遇地震下的響應(yīng),計(jì)算分析表明,合理設(shè)置消能減震部件的結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能,且在高烈度地