Damping characteristics of friction damped braced frame and its effectiveness in the mega-sub controlled structure system

Based on energy dissipation and structural control principle, a new structural configuration, called the megasub controlled structure （MSCS） with friction damped braces （FDBs）, is first presented. Meanwhile, to calculate the damping coefficient in the slipping state a new analytical method is proposed. The damping characteristics of one-storey friction damped braced frame （FDBF） are investigated, and the influence of the structural parameters on the energy dissipation and the practical engineering design are discussed. The nonlinear dynamic equations and the analytical model of the MSCS with FDBs are established. Three building structures with different structural configurations, which were designed with reference to the conventional mega-sub structures such as used in Tokyo City Hall, are comparatively investigated. The results illustrate that the structure presented in the paper has excellent dynamic properties and satisfactory control effectiveness.

自复位支撑钢框架摩擦装配式节点性能研究

自复位支撑在激活后具有较大的刚度和承载力,支撑连接节点及梁柱受力复杂,损伤风险高。提出了一种基于摩擦连接的自复位支撑钢框架装配式节点,利用摩擦滑移连接实现自复位支撑极限轴力可控,并为整体结构提供附加耗能。阐述了该摩擦装配式节点的构造、组装和工作原理,通过数值模拟对其抗震性能进行研究,并分析了该节点设计参数对其性能的影响。结果表明:采用该节点的自复位支撑钢框架滞回响应更为饱满,整体结构耗能能力提升了20.81%,节点对总水平剪力的实际限制作用达17.56%,有效减缓了节点区塑性发展。通过改变支撑连接节点的摩擦片摩擦系数和高强螺栓预紧力,能够实现起滑位移与起滑力可调。

摩擦耗能支撑减震结构最优阻尼参数区间控制效果研究

系统研究了附加摩擦阻尼器的多层摩擦耗能支撑结构(FDBF)的减震效果。针对学者提出的摩擦阻尼器两种恢复力模型:理想弹塑性和Bouc-Wen滞回模型,通过算例分析表明两模型结果数据具有良好的一致性。本文选取一附加摩擦阻尼器的多层结构进行结构建模,通过摩擦耗能支撑(FDB)的3个参数——滑移力、支撑刚度、起滑位移在参数区间内连续变化,对结构顶层最大位移和加速度响应,基底剪力以及体系总耗能和阻尼器耗能比进行了控制效果分析,结果表明耗能支撑参数对结构减震效果影响明显,存在相对较优的参数区间,并在不同特性的结构中得到验证。

组合消能减震技术在工程项目中的应用与研究

随着消能减震技术发展日趋成熟,基于结构性能需求的各种消能器产品应运而生。目前建筑市场应用较广泛的消能器主要包括位移型和速度型两种。根据项目应用实际情况,大部分减震项目使用的消能器类型单一,未能结合不同结构体系的特点、需求及限制进行消能减震机理及效率研究,且经济性一般。在设计日趋精细化形势下,提出基于结构性能需求的组合消能减震技术,即针对不同结构体系、不同楼层等根据性能需求“量身定制”相应类型的消能器,以最大程度发挥不同类型消能器减震效率及共同作用的一种组合减震技术。两个不同工程实例的研究结果表明:相比传统单一消能器方案,组合消能减震技术可根据结构特点及性能需求,为不同阶段及设计水准下的结构提供附加刚度及附加阻尼,“量身定制”消能器减震机理明确且减震效率、经济性均较好。

近断层地震下大跨度铁路钢桁架拱桥减震技术研究

以我国某主跨400 m的铁路钢桁架拱桥为工程背景,采用低频速度脉冲叠加高频记录底波的方法合成近断层脉冲型地震动开展动力时程分析,研究了大跨度铁路钢桁架拱桥的响应特性及纵、横桥向减震技术。结果表明,近场脉冲型强震作用下,各构件的响应较未考虑脉冲效应时明显增大,交界墩墩底及横梁、引桥墩墩底等截面破坏严重,支座破坏严重,梁台存在碰撞风险。全桥布置摩擦摆支座可降低主拱应力,但无法有效控制桥墩弯矩响应,且会放大梁端位移;“摩擦摆支座+黏滞阻尼器”的纵桥向减震方案可使主拱应力、交界墩底弯矩、梁端位移分别下降28.53%,63.23%,22.52%,减震效果明显;横桥向增设防屈曲支撑可大幅减小桥墩横梁地震响应,交界墩下、中横梁弯矩降幅分别达58.89%, 62.48%。采用上述组合减震措施可提升桥梁的整体抗震性能,满足抗震设防要求,可供同类型桥梁的减震设计参考。

新型金属-摩擦阻尼器试验研究及数值分析

传统的屈曲约束支撑通常被设计为在大震作用中消耗能量,小震作用下为该结构提供了抗侧刚度。为了克服这一缺点,结合屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器的工作原理,提出了一种基于屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器串联的新型阻尼器,对该阻尼器进行了低周反复荷载试验,分析了其滞回性能、刚度退化等。试验结果表明:新型金属-摩擦阻尼器滞回曲线饱满,通过设置不同的螺栓预紧力可以使阻尼器达到分阶段能耗的目标。利用ABAQUS数值仿真软件对新型金属-摩擦阻尼器进行了数值分析准确性验证。并通过改变模拟试件屈服比例值,了解屈服比例变化对新型金属-摩擦阻尼器抗震性能的影响。结果表明:数值模拟滞回曲线与试验曲线基本一致;屈服比例的增加对阻尼器刚度退化、滑动承载力有明显影响。

考虑摩擦面变化规律的滑移支撑力学模型

未设形状记忆合金(SMA)的滑移支撑是自复位SMA支撑的重要组成部分,需明确其力学性能,从而为自复位SMA支撑的分析与设计提供理论基础。滑移支撑主要由四块钢板、两个滑移螺栓、两个固定螺栓、丁基橡胶垫片和普通垫片组成。对4个考虑螺栓扭矩的滑移支撑进行试验研究,并采用校正的有限元法分析4个考虑不同类型垫片摩擦系数的模型,得到相应的滞回性能和耗能能力。结合试验和有限元研究结果,分析不同位移下滑移支撑摩擦面的变化规律,并总结了各阶段支撑的摩擦面数目,以明确滑移支撑的力学模型。

新型金属-摩擦阻尼器混凝土框架抗震性能分析

针对传统屈曲约束支撑在多遇地震下不能屈服耗能的问题,结合屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器的工作原理,提出了一种串联式受力体系的新型金属-摩擦阻尼器及其耗能减震结构,以实现结构在多遇地震下屈服耗能目的。以新型金属-摩擦阻尼器框架为研究对象,借助SAP2000软件,进行多遇和罕遇地震作用下的性能分析,并将其与无控框架和传统屈曲约束支撑框架的抗震性能进行对比分析。结果表明,对比于传统屈曲约束支撑结构,新型金属-摩擦阻尼器框架结构在多遇地震下,呈现出更小的楼层位移、层间位移角、顶层加速度和顶层位移。

基于OpenSees摇摆减震钢框架名义抗侧刚度比影响性分析

防屈曲支撑(BRB)和柱脚摩擦阻尼器(FDCF)作为摇摆减震钢框架(RDSF)的减震单元,能够为RDSF提供抗侧力及附加阻尼比,对RDSF的耗能能力及相应抗震性能有关键性影响。名义抗侧刚度比λ对RDSF地震响应影响较大,将λ作为BRB和RDSF设计的关键参数,通过OpenSees有限元软件建立大量数值分析模型,综合分析并作大量计算。分别建立不同楼层RDSF数值分析模型,改变名义抗侧刚度比λ形成对比算例,通过弹塑性时程分析和往复位移加载方式研究RDSF在地震作用下框架响应。同时基于RDSF响应曲线和分析结果拟合框架设计过程中λ的公式。结果表明,λ对RDSF的位移响应和耗能能力影响明显,建议其取值范围为2.4~4.0,可在具备足够的抗侧刚度下充分发挥BRB的耗能能力。在楼层数大于15时,不同λ下BRB的耗能比几乎一致。

高层建筑用复合型摩擦消能支撑的设计试验和分析

本文介绍了复合型摩擦消能支撑的设计、试验及工作机理分析,并给出了消能支撑减震体系的分析方法。

摩擦耗能支撑装置的构造及安装

通过总结试应用于某实际工程中的摩擦耗能支撑装置的施工安装过程 ,对其工作原理进行了仔细分析 ,提出了设计改进意见和现场施工安装的措施 。

摩擦耗能支撑加固震损框架抗震性能试验研究

进行3榀采用摩擦耗能支撑修复震损框架试件和2榀对比框架试件在水平往复荷载作用下的抗震性能试验,重点研究采用一种新型摩擦耗能支撑修复震损框架的效果和摩擦耗能器预紧力对加固试件抗震性能的影响。根据试验结果对试件的破坏特征、强度、刚度和耗能性能等抗震性能指标进行分析。试验结果表明,新型摩擦耗能器在往复荷载作用下滞回曲线接近理想矩形,摩擦耗能支撑工作性能稳定;耗能支撑加固后的震损框架水平承载力和抗侧刚度显著提高;随着摩擦耗能器预紧力增大,加固效果明显提升;耗能支撑加固震损框架的耗能能力可以恢复甚至大幅度提高,且耗能支撑是加固框架的主体耗能部位。研究成果可为震损框架的加固改造提供参考。

摩擦耗能支撑减震结构参数研究

文章系统地研究了摩擦耗能支撑(FDB)参数对多层摩擦耗能支撑结构(FDBF)减震效果的影响。以结构顶层位移、层间位移和基底剪力为减震效果评价指标,通过对大量多层FDBF模型进行地震激励下的动力时程分析,全面考察了FDB 4个重要参数——布置方式、滑移力、支撑刚度、起滑位移——对结构减震效果的影响和规律。对原结构选取减震方案,并绘出结构中各层FDB的滞回曲线,从而直观反映了FDB的耗能性能。最后,对已有的FDB参数范围进行修正和完善,建议了选取FDB参数的总原则。

高层建筑中伸臂桁架的耗能性能研究

伸臂桁架是超高层结构中的关键构件,改善其耗能能力对提升结构的抗震性能具有重要意义。常见的伸臂桁架形式主要有普通支撑型伸臂桁架、屈曲约束支撑型(BRB)伸臂桁架和阻尼型伸臂桁架等。该文从框架-核心筒-伸臂桁架结构体系入手,对普通支撑型、屈曲约束支撑型和阻尼型伸臂桁架的受力性能和耗能性能进行了研究。结果表明,结构采用不同的伸臂桁架会对其在地震作用下的地震能量输入和耗能分布产生一定影响。和普通支撑桁架体系相比,屈曲约束支撑型和阻尼型伸臂桁架结构体系具有更好的耗能性能。此外,在对核心筒的损伤程度控制方面,阻尼型伸臂桁架的作用更加明显,而在整体结构的位移响应控制方面,BRB伸臂桁架的效果最好。

支撑刚度对载流摩擦磨损特性的影响

在CETR UMT-2摩擦磨损试验机上,用自行设计的夹具,研究了支撑刚度对钢铝复合轨与受电靴摩擦副之间的载流摩擦磨损特性的影响,测量了法向力随时间的变化曲线与受电靴的磨损质量和弹簧在加、卸载过程中的变形能,分析了变形能与载流摩擦磨损特性之间的关系。分析结果表明:随着载荷的降低,载荷振幅均增大;弹性支撑时的载荷振幅和磨损质量总体上较刚性支撑的小;弹簧的摩擦耗能与变形能的比值越大,吸振能力越强,载荷振幅越小,载流磨损质量越低。可见,弹性支撑能降低载荷的振幅,保证良好的受流,选择合适的加载范围和一定刚度的弹簧支撑能有效地降低电弧烧蚀带来的材料损失,延长摩擦副的使用寿命。

两种摩擦耗能器的比较试验研究

对两种不同形式的摩擦耗能器进行了低周反复荷载试验，考察了其工作性能和耗能性能，并进行了带有不同摩擦片和不带摩擦片的对比试验，分析了影响耗能器性能的因素。试验结果表明，摩擦耗能支撑具有稳定的滞回性能和极好的耗能能力，摩擦片的类型与性能对摩擦耗能支撑的性能有较大的影响。在试验的基础上对两种摩擦耗能器提出改进方案，设计了“双摩擦耗能器”

摩擦消能支撑装置非线性刚度分析

多层建筑结构中设置摩擦消能支撑是以“柔性消能”减小地震反应、实现结构被动控制的有效途径之一。本文通过分析和计算Ⅰ０型、Ⅱb 型两种摩擦消能支撑装置在各种变形状态下的单元刚度矩阵［ＫＮＬ（ｔ）］，为摩擦消能减震结构体系在地震作用下的非线性时程分析提供了消能支撑单元的精确理论模型。

高层摩擦阻尼支撑钢框架的优化设计

摩擦阻尼支撑钢框架是一种新型抗震结构形式。本文首先建立了摩擦阻尼支撑钢框架的简化分析模型,并基于此提出了一种优化高层摩擦阻尼支撑钢框架抗震设计的实用方法。通过优化设计,可节省材料,进一步提高结构的抗震性能。

集装箱平车垂向振动问题及减振对策

为了解决集装箱平车垂向加速度偏大问题,从变摩擦悬挂特性出发提出了一个降低动态相对摩擦因子的减振对策。根据斜楔受力分析建立具有三维非线性的摇枕悬挂,由交叉支撑式三大件转向架和三箱重载柔性车体构成刚柔耦合整车模型。三角坑和轨道路谱激励的摩擦减振仿真对比表明:降低斜楔摩擦系数可以避免重载车况斜楔"卡滞"使摇枕相对运动顺畅,减少车体产生高阶弹性振动的可能性;一旦车体因轨道扭曲不平顺而产生侧扭模态振动,低摩擦摇枕悬挂也将有助于这一模态振动的能量释放,减小车体二阶垂向弯曲模态和高阶模态振动。由于高分子材料组合斜楔具有极好的摩擦稳定性,这一斜楔摩擦动态优化新理念可以进一步提高摇枕悬挂对轨道不平顺的适应性。

交叉支撑转向架摩擦减振装置摩擦副试验研究

针对交叉支撑转向架摩擦减振装置暴露出的问题,对不同摩擦副配置进行了摩擦磨损性能对比试验研究,分析了转向架相对摩擦因数过大的原因,并优选了摩擦副配置。