消能减震技术在宁波杨柳郡项目中的应用

2016年8月实施的新版《建筑抗震设计规范》对全国多个地区的设防烈度进行了调整,例如宁波地区由原来的6度设防提高为7度。项目为一地铁上盖项目,底部2层大底盘,上部10层框架。底部的2层大底盘已经按照6度设防设计并建造完成,而上部的住宅部分续建时应按照7度设防设计,由此带来的抗震设防方面的一些问题,例如上部框架结构的抗震指标很难达到现行规范的要求、基础的承载力出现不满足的情况、已建部分出现配筋不足等。为了不影响地铁检修车间的使用及避免对基础的加固,并保证上部结构大震的性能目标,本文通过采用黏滞阻尼器和剪切型金属阻尼器技术来解决整体结构的抗震问题。

新型连梁剪力墙结构拟静力试验研究

设计了两个足尺的单层双肢剪力墙试件,其中一个带有传统的钢筋混凝土连梁,另一个连梁中安装有改进的三角钢板阻尼器,通过拟静力试验研究两个试件的屈服破坏模式和抗震性能。研究结果表明:这种新型连梁的耗能能力和变形能力明显优于传统连梁,刚度和强度退化小于传统连梁;新型连梁的变形和耗能都集中在阻尼器中,混凝土连梁基本保持完好,阻尼器能够很好地控制结构的损伤,有利于实现连梁震后的可更换。

低屈服点钢在结构耗能减震中的应用

低屈服点钢的力学特点是屈服强度低,强度稳定,变形能力强,因此低屈服点钢的应用成为结构变形耗能的一个重要途径。对低屈服点钢在结构耗能减震中的应用现状进行介绍,提出低屈服点钢在弹性耗能结构中的应用方式,分析该弹性耗能铰的施工技术和耗能机理,为低屈服点钢的应用推广提供借鉴。

一种钢阻尼滑板橡胶支座设计与试验研究

将钢阻尼元件与滑板橡胶支座加以组合研发出钢阻尼滑板支座,滑板橡胶支座承担竖向载荷,利用钢阻尼元件的弹塑性变形和耐磨板与不锈钢板的摩擦力在提供支座所需刚度的同时耗散输入能量。由于该支座的耗能功能主要由C型钢阻尼元件和摩擦力提供,而钢材与耐磨板材料性能受温度影响较小,因此该支座拥有更广泛的适用性。通过有限元数值仿真技术完成试验支座设计后,利用压剪试验机对试验模型进行了摩擦力及整体阻尼性能试验。结果表明:试验支座实测性能与数值仿真分析设计的结果一致,试验所得滞回曲线饱满,在不同变形方向均具有较好的耗能效果,设计符合相关标准要求。

横波钢板混凝土剪力墙震损修复及抗侧刚度分析

为了研究震损横波钢板剪力墙构件快速恢复功能的可行性,设计横波钢板混凝土组合剪力墙(CSPCW).施加一定的初始损伤后,对墙趾受损部位进行修复改造使CSPCW成为带阻尼器钢板混凝土组合剪力墙(RCSPCW),并进行拟静力加载.为了验证阻尼器的可更换性,在RCSPCW层间位移角达1.25%时,更换阻尼器后再次对试件进行拟静力加载.试验结果表明:RCSPCW能够将损伤集中在阻尼器上,提升剪力墙延性及耗能能力.第二次更换阻尼器试件的滞回曲线比第一次更换阻尼器的更饱满,证明罕遇地震下更换阻尼器的可行性.采用ABAQUS对RCSPCW进行抗侧刚度数值拓展分析,发现剪跨比影响最大,体积含钢率影响最小.

墙趾可更换竖波钢板剪力墙抗剪承载力

针对钢板剪力墙在地震作用下墙趾容易出现应力集中,导致剪力墙局部屈曲和脆性破坏的问题,设计墙趾可更换竖波钢板剪力墙,即在剪力墙墙趾塑性区安装耗能阻尼器.通过拟静力试验将墙趾可更换竖波钢板剪力墙与传统竖波钢板剪力墙的抗震性能进行对比.研究墙趾可更换竖波钢板剪力墙的破坏模式、滞回性能、延性和耗能能力、强度和刚度退化以及墙趾阻尼器的可更换性.试验结果表明:与传统竖波钢板剪力墙相比,墙趾阻尼器的安装不仅可以显著提升墙趾可更换竖波钢板剪力墙的抗侧刚度,也能进一步加强其抵抗面外失稳的能力.利用ABAQUS有限元软件详细讨论墙趾可更换竖波钢板剪力墙波形钢板厚度、波角、阻尼器腹板厚度对抗剪承载力的影响,并给出墙趾可更换竖波钢板剪力墙的抗剪承载力计算公式.

带可更换阻尼器的竖向波形钢板剪力墙及组合墙抗震性能试验对比研究

为研究一种新型带有可更换阻尼器的波形钢板剪力墙及组合剪力墙的抗震性能,对该波形钢板剪力墙及组合剪力墙试件进行低周往复初次加载及阻尼器更换后二次加载.从试件的抗侧承载力、变形和耗能能力、破坏形态,阻尼器的变化等方面,对波形钢板剪力墙和组合剪力墙进行了相互对比,及各自加载前后的自身对比.分析了新型剪力墙试件变形和耗能能力,承载力退化,刚度退化的情况.研究结果表明:钢板剪力墙与组合剪力墙在初期加载时滞回曲线几乎重合,抗震性能接近.更换阻尼器二次加载时,钢板剪力墙初次屈曲部位在加载过程中发生应力集中,变形持续加剧,引起结构承载力严重劣化.而组合剪力墙因钢板外混凝土的包裹,初次加载中未发生屈曲,更换墙趾耗能构件后剪力墙整体抗震性能有一定提升.

钢板剪力墙结构基于MR阻尼器的非线性损伤控制

基于LS-DYNA有限元程序采用中心差分法二次开发的半主动控制平台,实现高层建筑结构基于MR阻尼器的非线性地震损伤控制系统与结构一体化的建模、分析与设计。以一15层的钢框架-钢板剪力墙结构为例,数值分析控制前后结构的动力响应和损伤发展过程。结果表明:所开发的半主动控制平台计算稳定、速度快、精度高;采用MR阻尼器控制后的结构层间位移、残余变形和损伤指数等都明显减小,结构损伤分布范围更广,结构整体抗震性能明显提高。

带可更换阻尼器的摇摆双波形钢板剪力墙抗震性能研究

基于可恢复功能结构的新概念,提出一种新型带可更换阻尼器的摇摆双波形钢板剪力墙结构,并对其抗震性能进行研究。利用有限元软件ABAQUS分别建立双波形钢板剪力墙与新型摇摆双波形钢板剪力墙有限元模型,对比分析了两种钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的应力分布、平面外变形与滞回性能,并对两种钢板剪力墙结构体系进行了动力弹塑性时程分析。有限元分析结果表明:摇摆双波形钢板剪力墙显著降低了边柱轴力,结构应力较大及塑性变形较大区域集中在可更换阻尼器处,有效保护了结构主体部分。具有可更换阻尼器的摇摆双波形钢板剪力墙结构体系的基底剪力、顶点加速度及层间变形基本均小于双波形钢板剪力墙结构体系的相应指标,因此,新型摇摆钢板剪力墙结构具有更优越的抗震性能,并可在更换阻尼器后实现结构的功能可恢复性。

基于性能的黏滞阻尼器与钢框架-钢板剪力墙组合减震结构设计

基于结构附加阻尼及附加刚度变化对地震响应的影响规律,推导了黏滞阻尼器(VFD)与钢框架-钢板剪力墙新型组合减震结构位移降低率和剪力降低率的计算式,绘制出了新型组合减震结构的减震性能曲线,给出了基于性能的组合减震设计步骤,并以1栋高烈度区实际工程为例对该方法进行了验证。结果表明,当结构位移降低率和剪力降低率确定时,结构存在减震性能点,基于性能设计可使新型组合减震结构对位移和剪力均取得较好的控制效果,能明显提高高烈度区钢框架-钢板剪力墙结构的抗震性能。

双屈服点环形钢板剪切阻尼器力学性能与结构减震特性数值模拟研究

提出一种新型环形钢板剪切阻尼器(DASPSD),主要由上下两块连接板和两个环形金属阻尼器内外同轴套设构成,内、外环设有相应的连接件,该阻尼器具有双阶段工作和双级屈服耗能特性,有利于缓解框架结构的层间变形集中效应。首先,针对不同参数DASPSD开展了精细数值模拟研究,验证了该阻尼器的双阶段工作机制和双级屈服耗能特性,揭示了关键设计参数对DASPSD力学性能的影响规律。其次,基于弹塑性时程分析,明确了DASPSD相比于传统单阶U型阻尼器对于结构最大层间位移角和层间变形集中效应控制的优越性。

竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震韧性试验研究

为了克服传统剪力墙的不利受损形态,提升剪力墙的抗震韧性,设计了方钢管混凝土作为边缘约束构件的竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙CPCSW,并进行了拟静力试验,在罕遇地震作用下剪力墙层间位移角达到弹塑性层间位移角规范限值时,该剪力墙满足相关规范的抗震要求且克服了剪力墙墙身剪切开裂及墙趾压溃的震害,但边缘约束构件下部拉应力较大。此后,在CPCSW的墙趾处安装了刚度匹配的拉压型可更换波形钢板阻尼器,得到了可恢复波形钢板组合剪力墙RCPCSW,并对其进行罕遇地震作用下的抗震性能试验,结果表明,RCPCSW在承载力与刚度下降不多的条件下,能减小剪力墙应力,将塑性应变集中于可更换阻尼器的耗能腹板上。对RCPCSW已损坏的阻尼器进行更换,重新加载至结构破坏,结果显示,RCPCSW再次加载时各项抗震性能曲线与初次加载基本一致,证明RCPCSW在罕遇地震作用后可通过更换墙趾阻尼器使抗震性能快速恢复。通过有限元软件ABAQUS对试验过程进行模拟,骨架曲线与试验结果接近,说明有限元模型具有一定的可靠性;通过von Mises应力云图及PEMAG等效塑性应变云图对结构受力状态进行分析,说明阻尼器可集中应力及塑性应变,减小主体结构的损伤,使主体结构可在低损伤状态下经历多次地震而保持正常工作状态,提高主体结构抗震韧性。

波形钢板剪力墙内嵌钢板与墙趾可更换阻尼器刚度匹配关系研究

为了研究内嵌钢板与墙趾可更换阻尼器的刚度匹配关系对波形钢板剪力墙抗震性能的影响,设计了1个带阻尼器的钢板剪力墙试件,针对更换阻尼器前后的试件进行了两次拟静力加载。试验结果表明:阻尼器腹板厚度过大使内嵌钢板先于阻尼器腹板发生变形,导致剪力墙试件耗能能力不能充分发挥;降低阻尼器腹板厚度,可以提高剪力墙的耗能能力,但其承载力下降。证明内嵌钢板与阻尼器的刚度匹配关系对剪力墙的承载能力、耗能能力和延性等抗震性能有关键影响。为了探究两者的合理匹配关系,通过ABAQUS有限元软件建立32个模型进行数值模拟,通过改变阻尼器腹板厚度、内嵌钢板的波纹肋方向和钢板厚度来改变阻尼器与内嵌钢板的匹配刚度,对比数值分析结果和试验结果得出:有限元分析结果和试验结果吻合度较高,波纹肋沿水平方向使试件承载力下降较大;波纹肋沿竖直方向,内嵌钢板厚度和阻尼器腹板厚度分别为5,6 mm时,试件承载力较高、延性较好,抗震性能较好。

预制装配式剪力墙-钢板阻尼器组合体性能分析

利用结构有限元软件ABAQUS建立了4组不同拼缝宽度的预制装配式剪力墙-钢板阻尼器组合体的数值分析模型。有限元分析采用墙板平面内位移控制往复加载及单调加载方式,使其达到一定的变形幅度值,研究不同缝宽对组合体变形特性及滞回耗能特性的影响。计算结果表明:组合体滞回曲线稳定、饱满,塑性耗能能力强;当加载位移角最大值一定时,剪力墙拼缝宽度越小,则屈服力越大以及钢板阻尼器的耗能效果越好;当剪力墙缝宽一定时,墙顶阻尼器的剪切位移最大,耗能量也最大。在确定钢板阻尼器-预制装配式剪力墙构造方案时,应该综合考虑各方面因素的影响,并根据全部体系地震动力反应分析结果决定。

不锈钢复合芯板剪切型摩擦消能器试验研究

为了解决传统摩擦消能器性能不稳定、价格昂贵等问题,研发了一种以双面不锈钢复合钢板为芯板的剪切型摩擦消能器。该消能器由复合钢板的不锈钢复层与石棉摩擦片组成耗能摩擦副,通过碟形弹簧和预压螺栓调节滑动摩擦面承受的面压力。提出了消能器极限位移、极限荷载和面压力等试验关键指标的计算方法。对3个消能器进行低周往复加载试验,考察其滞回曲线、耗能能力、极限破坏特征及疲劳性能。结果表明:采用不锈钢复合芯板的剪切型摩擦消能器构造合理,滞回性能稳定,耗能能力良好,抗疲劳性能优异。设计位移幅值下累积加载90次,消能器承载力不下降,滞回性能稳定。低周疲劳作用下芯板不同材质复合界面性能可靠,不锈钢复合板可用作摩擦消能器的芯板。

一种折弯翼缘结构在剪切钢板阻尼器中的应用研究

针对剪切钢板阻尼器翼缘焊接失效问题提出了一种能有效解决该失效形式的阻尼器结构,该结构的特点在于采用折弯结构对翼缘板进行折弯加工再将折弯边与连接板焊接,避开了焊缝动载疲劳的工艺缺点从而提升阻尼器疲劳性能。