转角位移型阻尼器性能研究及工程应用

针对传统加固方案美观性不足、空间占有率大的缺点,本文提出一种应用于梁–柱节点的转角位移型金属阻尼器(RMD),该阻尼器外观为弧线型,布置点位于结构梁柱节点处,在保证耗能效果的同时,可最大程度满足建筑功能需求。RMD的耗能原理是梁–柱夹角变化推动阻尼器内部剪切钢板产生位移,耗能棒与剪切钢板相连,多根双曲线型金属棒在剪切板的带动下同时发生弯曲变形,进而耗散地震输入的能量。经有限元数值分析和力学试验研究发现,RMD拥有良好的耗能能力和塑性变形能力,即使在大变形下也不容易发生破坏,并且通过改变耗能棒的数量可以直接调节阻尼器的性能参数,满足不同的工程需求。由于现有常用工程设计软件中没有相应的转动型连接单元对RMD进行模拟,为方便工程设计,进一步提出一种直线型布置的等效模型,基于阻尼器变形前后位移等效原理,通过理论公式推导了等效模型物理参数计算方法,并使用有限元分析证实了该方法拥有较高的准确性。为评估该阻尼器的耗能效果,在相同的数量和布置形式下,将其与普通钢隅撑、黏弹性转角阻尼器分别设置在某一复杂电厂结构中进行减震设计分析。计算结果表明,RMD能够有效降低结构的地震响应,且减震效果优于隅撑与黏弹性转角阻尼器。

基于人工鱼群算法的位移型阻尼器位置和参数的优化方法

对耗能减震结构中,阻尼器参数和位置决定着结构的减震效果。基于人工鱼群算法提出一种针对位移型阻尼器优化设计的人工鱼群优化模型,模型面向以有限元模型表示的多维多自由度实际结构,对各层位移型阻尼器的位置和参数进行优化。针对结构中添加位移型阻尼器会使结构层剪力增大的问题,提出一种同时考虑结构各楼层层间位移角、各楼层加速度和层剪力变化的优化目标函数,同时利用均方根的形式更加有效的反应各响应在地震波峰值段的变化特性。结构减震控制优化设计时可根据结构的不同设计需求修正目标函数的加权系数。最后,通过数值算例验证本文优化模型的有效性。

位移型阻尼器出平面力学特性对消能减震效果影响之探讨

自从消能减震技术开始研究发展以来,除了隔震器以外,一般将阻尼器都视为单方向的消能,亦即沿着框架的平面方向消能。由于应用平面框架的概念,对于阻尼器出平面的方向皆视为不受地震力作用而忽视阻尼器出平面的力学特性。然而,由于建筑结构体系的复杂及不规则以及应用平面框架理论有其条件的限制,目前的建筑结构大部分已经不再适用平面框架的理论,因此可想而知,阻尼器出平面方向的力学特性对于消能减震结构在地震作用下的行为会有所影响,对于阻尼器在地震作用下的非线性行为亦会造成影响。本文主要探讨有关位移型阻尼器出平面方向的力学特性对位移型阻尼器的消能减震效果所造成的影响,并探讨在考虑位移型阻尼器双方向力学特性下,加装位移型阻尼器的消能减震结构在地震作用下的非线性行为,并与过去只考虑位移型阻尼器单向消能的情况做比较,以了解在实际的消能减震结构的消能减震设计上,考虑位移型阻尼器双方向力学特性的重要性及其必要性。

墙式连接位移型阻尼器在框架结构中的布置原则及连接设计要点

通过模型算例对墙式连接位移型阻尼器在框架结构中的平面布置和立面布置原则展开讨论。分析表明阻尼器平面布置宜规则对称,尽量布置于结构周圈以控制不规则布置产生的附加扭转效应;阻尼器竖向布置可连续布置或交错布置,交错布置时阻尼器的工作效率略高于连续布置,在层间位移角较大的低区楼层布置时阻尼器的工作效率较高。根据墙式连接阻尼器的构造特点,定义阻尼器受荷变形与结构楼层总变形之比为阻尼器的有效工作系数。通过简化推导得到阻尼器有效工作系数计算公式,分析不同连接布置参数对阻尼器有效工作系数的影响,有效工作系数越大,阻尼器的工作状态越理想。研究表明:阻尼器连接结构设计时增大框架梁截面高度和混凝土基墙宽度对于提高位移型阻尼器的有效工作系数最有效。

基于位移型阻尼器在同一跨不同位置减震效果的研究

在消能减震结构中,阻尼器的参数、放置位置及其相连子结构梁柱的刚度比,是影响结构减震效果的重要因素。在大量工程实践中也表现出,当相同参数的阻尼器置于同一跨内不同位置时,对结构的减震效果也产生较大影响。本文从结构的几何变形角度出发进行定性分析,并通过实际工程案例的定量分析,分别取阻尼器居跨中布置(以下简称居中布置)、靠柱边布置(以下简称靠边布置)两种布置方式,研究位移型阻尼器布置在同一跨的不同位置对减震效果的影响。结果表明:当阻尼器居中布置时其滞回曲线更饱满、附加阻尼比更大、有效位移占比及耗能占比更大,减震效果更好。

位移型阻尼器减震结构体系的等效刚度

位移型阻尼器是目前减震结构设计中的常见产品,具有性能稳定耗能效果好等优点,近年来得到了广泛的应用。基于阻尼器先于结构屈服耗能的期望,系统地研究了阻尼器屈服主结构不屈服和阻尼器主结构均屈服两个阶段下减震体系的等效刚度问题。并从力学恢复力模型出发,结合等效刚度的概念,推导了两个阶段下减震体系等效刚度的计算方法。为位移型阻尼器在减震分析中各阶段的等效刚度的计算方法提供参考。

基于遗传算法的位移型与速度型阻尼器位置优化比较研究

提出了一种基于遗传算法的阻尼器位置优化的新型优化数学模型,考虑地震作用下不同的结构控制指标,首先假定优化模型的五种加权系数组合,在阻尼器数量一定的前提下,对不同形式的结构在四类场地条件地震动作用下分别进行位移型和速度型阻尼器位置优化。然后引入两个性能评价指标,对五种系数组合情况时两种类型阻尼器布置下的结构反应进行分析研究,使阻尼器布置方案能体现综合控制效果上的最优,得到不同情况下加权系数的最佳取值组合。通过数值分析,比较了不同类型阻尼器的位置优化特点,为工程实际应用中不同类型阻尼器的位置优化目标函数选取提供了有益的参考。

基于复杂三维有限元模型和鱼群算法的平面不规则结构中位移型阻尼器参数和位置的优化方法

平面不规则结构在水平地震作用下由于结构刚心和质心不重合而引起的结构扭转耦联使得结构位移比不满足规范要求。在平面不规则结构中布置位移型阻尼器能有效的减小结构的位移比,但阻尼器的参数和位置直接决定了对结构的扭转反应控制效果。首先设计简单的双向偏心框架结构算例,研究位移型阻尼器布置位置和参数对平面不规则结构扭转响应的控制规律。在此基础上基于基本人工鱼群算法结合有限元软件SAP2000API开发一种针对偏心结构中位移型阻尼器布置的优化模型,模型面向多维多自由度实际有限元结构模型,可同时对结构各层位移型阻尼器的布置位置和参数进行优化。最后,利用该文建立的优化模型对某位移比超限的多层不均匀偏心实际结构中的位移型阻尼器进行优化布置,结果表明该文优化模型计算出的位移型阻尼器布置方案使结构的位移比得到了有效的控制。

剪力墙结构位移型阻尼器有效位置的初步探讨

通过对剪力墙结构在倒三角分布荷载作用下的有害层间位移以及剪力墙墙肢边缘处的竖向伸缩变形沿竖向分布规律的定量分析以及对工程实例的初步验证,指出如能大幅度放宽结构层间位移角限值,则剪力墙结构位移型阻尼器的有效位置主要在底部数层,既可以安装常规的层间斜撑阻尼器,也可以把阻尼器沿竖向安装在剪力墙边缘构件上。

高烈度区铁路桥梁位移型和速度型阻尼器减震对比研究

以川藏铁路雅拉河大桥为研究对象,研究近断层高地震烈度区合理抗震措施。以墩梁连接构造位移为控制指标,比选不同吨位等级的速度型和位移型阻尼器,初步拟定阻尼器合理力学性能参数。通过对比不同减隔震方案桥墩、桩基、连接构造和主梁性能指标,得出合理减隔震方案。研究表明:同等吨位的速度型阻尼器对连接构造限位和对结构内力响应的减震效果均较好;横桥向阻尼器速度响应低于顺桥向,同时120 t屈服力的位移型阻尼器取得了与100 t阻尼力设计值的速度型阻尼器相近的减隔震效果。

某项目位移相关型阻尼器减振分析

通过在成都某超高层商业项目中使用位移相关型阻尼器,分析其受控和未受控的状态在地震作用下的层间位移角的变化。结果表明,通过设置阻尼器能够有效控制结构的层间位移角,具有较好的经济效益和减振效果。

基于阻尼器导向装置的锅炉钢结构抗震性能研究

考虑阻尼器导向装置对锅炉钢结构抗震性能的影响,在SAP2000软件中采用时程分析法分别对未布置阻尼器、布置位移型阻尼器和布置黏滞型阻尼器的1000 MW锅炉钢结构进行有限元分析,对比锅炉钢结构在地震作用下的底部剪力、顶点位移等结构响应和阻尼器耗能能力,并给出了相应的结构附加阻尼比。结果表明:在6度(0.05g)多遇地震作用下,布置黏滞型阻尼器的锅炉钢结构较布置位移型阻尼器的锅炉钢结构的底部剪力和顶点位移优化效果更佳;位移型阻尼器的耗能效果不佳,为结构附加的阻尼比较小,最大仅为0.0045,而黏滞型阻尼器充分耗能,为结构附加的阻尼比较大,均在0.071~0.091的范围内,且黏滞型阻尼器为结构附加的阻尼比与地震烈度关系不大;从底部剪力和顶点位移等结构响应、阻尼器耗能能力以及阻尼器为结构附加阻尼比等方面来看,布置黏滞型阻尼器的锅炉钢结构取得的减震优化效果较好,结构抗震性能最优。

阻尼器在历史保护建筑结构加固抗震中的应用

以上海四行仓库历史保护建筑的结构安全和抗震性能不足为背景,介绍了在历史保护建筑结构加固施工中应用消能减震阻尼器技术来减小建筑遭遇地震时受到的损伤。通过对阻尼器的数量、位置进行优化,确保了历史保护建筑的结构安全稳定可靠、抗震性能得到提高。

软钢阻尼体系等值线性计算方法改进

以某采用软钢阻尼器的框架结构设计为例,介绍了软钢阻尼体系的等值线性计算方法及改进,包括等值柱的计算方法、地震波的选取、混凝土斜撑支座和剪力墙支座的选取、局部耗能元件采用附加阻尼比的形式推广到整体结构时的有效性、阻尼比迭代计算时荷载工况的选取、迭代刚度的选取及阻尼器周围框架的设计。得到的一些结论或建议可供类似项目参考。

上海张江科学会堂结构选型及设计

上海张江科学会堂建筑形体复杂,且具有多项抗震不规则项、超长钢结构、质心偏置、大跨度转换等结构特点。主体结构采用钢框架-屈曲约束支撑结构体系,并同时采用黏滞阻尼器减震系统,采用速度型阻尼器与位移型阻尼器相结合的混合减震技术,充分发挥了两种不同类型阻尼器的优点。文章重点介绍了结构体系选型考虑因素和结构布置,以及结构设计过程中的关键技术问题分析,包括考虑黏滞阻尼器影响的扭转位移比分析、混合耗能减震分析、大跨度施工模拟分析。

位移相关型与速度相关型阻尼器混用时耗能次序分析

昆明某重点设防的高层商业综合体框架结构,采用位移相关型阻尼器和速度相关型阻尼器混用的结构方案。为论证不同类型阻尼器的受力特点及耗能次序,进行多遇地震及罕遇地震的分析。多遇地震阶段,采用弹性时程分析方法对结构减震率、等效阻尼比、支撑框架的倾覆力矩进行分析;罕遇地震阶段,采PERFORM-3D程序对不同时刻的梁、柱、阻尼器的耗能次序进行研究并采取了相应的加强措施。同时,对子结构进行了大震承载力的复核,确保结构安全。

剪切型金属阻尼器在某高层项目中的应用

为了减小建筑物沉降对附近地铁运行的影响,上海某高层建筑采用剪切型金属阻尼器来耗散地震能量,降低结构的地震作用,从而达到降低桩基内力和结构自重的目的。通过减震方案设计,对含有剪切型金属阻尼器的结构分别进行小震附加阻尼比计算,静力弹塑性分析和大震弹塑性分析。结果表明,小震作用下金属阻尼器进入耗能状态,可为结构提供一定附加阻尼比。结构在大震作用下未出现倒塌,满足抗震设计延性思路,结构表现出良好的抗震性能。金属阻尼器可显著降低地震响应,减震效果达到了设计预期目标。

消能减震技术在工业建筑改造中的应用

消能减震技术是在结构的抗侧力构件中设置消能部件,这些部件通常由阻尼器、耗能支撑等组成。在工业建筑的改造过程中,应用位移型阻尼器柱间支撑既能增加改造结构的刚度也能增加结构阻尼比,还能有效调节结构刚度中心与质量中心的吻合度,避免前两阶阵型的扭转效应。结合具体工程实例说明,由于结构阻尼比的增加而降低了地震作用,减少了上部结构的加固工程量,也减少了地震作用引起的基础加固工程量,并对消能减震技术在工业建筑改造中的应用进行探讨、研究。

静力分析方法在消能减震结构分析中的应用

由于受制于计算机软件中的消能减震单元,目前尚无较适用的静力分析方法应用于消能减震结构在多遇地震和罕遇地震下的结构分析。有关含消能减震部件的结构分析,主要以动力时程分析和动力弹塑性时程分析方法为主,因此具有较大的难度和需要很长的分析时间。为了推进结构消能减震于工程项目上的应用,缩短分析上的繁杂程序,依据《建筑抗震设计规范》,配合美国FEMA 356规范,提出一套消能减震结构在多遇地震下的等值线性分析方法和在罕遇地震下的静力非线性推覆分析方法(pushover analysis)。此方法适用于位移型阻尼器和防屈曲支撑,不但可使消能减震结构的结构分析简化,并可避免计算机软件的限制,且在不含阻尼器元素的计算机软件上,依然可做消能减震结构在多遇地震和罕遇地震下的结构分析。并介绍了此分析方法在消能减震结构的结构分析中的应用,以证明其可行性。

国内消能减震产品检测标准及方法差异性分析

作为建筑抗震的第一道防线,阻尼器在建筑结构抗震中发挥重要作用,在国内得到了广泛的应用。为规范消能减震行业的发展,我国制定了有关阻尼器检测的行业标准与地方标准,但在具体的检测内容如检测方法、检测设备和数据处理等方面存在差异和不清晰的地方。本文针对速度型阻尼器和位移型阻尼器,在检测参数、检测方法、判定指标和数据处理方法等方面,对比分析指出不同行业和地方检测标准的异同点,并通过试验验证和理论分析给出了推荐的阻尼器加载制度和参数定义,为相关标准的制定提供参考借鉴。