基于能力谱的弯剪复合型金属阻尼器加固既有混凝土框架性能化抗震设计方法

随着近年来中国对建筑结构的抗震性能要求不断提高,既有混凝土框架难以满足多水准抗震性能标准的要求,采用金属阻尼器加固既有混凝土框架可显著提高其抗震性能,有利于满足现有抗震性能目标,然而目前对于相应的的性能化抗震设计方法研究尚不充分。该文提出了基于能力谱的金属阻尼器加固既有混凝土框架抗震性能化设计方法,为了实现不同烈度地震下的多性能水准目标,采用具有多阶屈服特征的弯剪复合型金属阻尼器。基于对既有混凝土框架的静力推覆分析,将框架的推覆曲线转化为等效的双折线能力谱,设定加固后结构在多遇、设防和罕遇地震下的层间位移角性能目标,确定结构能力谱曲线和需求谱曲线的交点。考虑金属阻尼器进入屈服阶段后的附加阻尼比,计算出结构在不同烈度地震下的等效阻尼比,根据性能点计算出金属阻尼器剪切和弯曲芯板的屈服承载力。基于上述设计方法对4层、6层和9层既有混凝土框架进行加固,通过OpenSees软件建立弹塑性分析模型,并通过试验结果验证了模型的准确性,通过时程分析结果表明了加固后的结构满足预定的性能目标,证明了提出的设计方法的可靠性和有效性。该文研究成果将为金属阻尼器加固既有混凝土框架的抗震设计提供理论依据。

考虑弯剪变形的黏滞阻尼器布置机构位移放大系数计算

现有的黏滞阻尼器布置机构的位移放大系数计算公式是基于结构剪切型侧移模式推导的,而多高层建筑结构的侧移模式一般为弯剪型,这有可能导致采用现有方法计算多高层建筑结构中的黏滞阻尼器的位移放大系数和附加阻尼比不准确。采用解析几何方法,推导了单层弯剪型结构和一般多高层结构中阻尼器布置机构位移放大系数的计算公式,包括对角布置机构、剪刀撑布置机构、下套索布置机构、上套索布置机构。按照阻尼器布置机构位移放大系数现有计算方法和本文提出的方法,采用应变能法计算了多层钢框架结构中布置黏滞阻尼器的附加阻尼比,并与自由振动衰减法的计算结果进行了对比,本文方法的计算误差不到1%。这验证了本文提出的考虑弯剪变形的黏滞阻尼器布置机构位移放大系数的计算方法对一般多高层结构具有更好的计算精度。

O型钢板-高阻尼黏弹性复合型消能器的力学性能试验与分析

提出了一种由O型钢板金属阻尼器与高阻尼黏弹性阻尼器并联而成的复合型消能器,阐述了其构造形式和工作机理,对其进行了低周反复加载试验。研究结果表明:复合型消能器具有较强的变形能力和饱满的滞回曲线;其力学性能稳定,受加载频率影响较小;该消能器兼具位移型阻尼器与速度型阻尼器的优点,小变形时,黏弹性阻尼器发挥主要的耗能作用,O型钢板金属阻尼器提供一定的附加刚度,大变形时,二者共同耗能;相比单一类型的消能器,该复合型消能器提高了阻尼力和抗震安全储备;采用Bouc-Wen模型建立了该消能器的力学模型,计算结果与试验结果吻合较好。

双剪型分阶段屈服阻尼器的设计与分析

为了增强金属屈服阻尼器的耗能能力,设计了一种U型、X型软钢相结合的双剪型分阶段屈服阻尼器。首先,调整U型软钢的弧半径、厚度,X型软钢的高度、厚度,以及二者的屈服强度,以达到分阶段耗能的目的。然后,针对阻尼器进行数值建模,分析其不同屈服阶段下的滞回曲线。在4.5 mm的位移幅值下,阻尼器的荷载-位移关系曲线呈双折线形;在30 mm位移幅值下,阻尼器的荷载-位移关系曲线呈三折线形。最后,计算出阻尼器在不同加载位移幅值下的等效黏滞阻尼系数。通过U型和X型软钢的合理组合,可以达到分阶段屈服的目的。在小位移幅值工况下,U型软钢片首先发生屈服,起到耗能的作用;在大位移幅值工况下,U型和X型软钢片能够同时进入屈服耗能阶段,使阻尼器的耗能能力显著增强。

横向减隔震装置设计与试验研究

利用防落梁装置的构造形式,以一斜拉桥为应用对象,设计了一套具备纵向可滑、横向减隔震装置。对所用钢材进行单轴拉伸试验,并获得了可供数值仿真使用的应力-应变曲线,通过有限元数值仿真分析实现了缩比装置的虚拟设计。为验证仿真结果的可靠性,利用压剪试验机对缩比装置进行了最大横向位移为100 mm的周期位移试验。结果表明:设计的缩比装置能够满足相关规范的要求;有限元仿真分析结果与试验结果吻合较好,可准确地对变形区域进行预测。

MAB在千米级斜拉桥减震控制中的应用研究

对千米级斜拉桥,一般要求其主塔在强震作用下处于弹性状态。因此往往采用漂浮(或半漂浮体系)来降低主塔的地震响应,但在地震作用下其梁端纵向位移很大甚至超过允许值,故通常在塔梁间设置弹性连接装置或粘滞阻尼器来加以控制。采用一种新型阻尼器——复合型金属阻尼器(MBA)可实现这一目标。在多遇地震作用下,MAB的滞回曲线饱满,其良好的耗能特性可减小梁端纵向位移;在罕遇地震作用下,MAB能提供足够的纵向刚度,限制梁端纵向位移。MAB不存在渗漏问题,因此具有较好的应用前景。

装配式矩形钢管混凝土柱-钢梁侧板连接节点抗震性能研究

为解决侧板式焊接梁柱节点震后修复困难的问题,提出一种装配式矩形钢管混凝土柱-钢梁侧板连接节点,该节点通过侧板固定不同形式的金属阻尼器和销轴实现梁柱韧性连接。分别对设置约束型阻尼器、U形阻尼器、S形阻尼器的5个节点试件进行了低周反复试验和有限元分析,研究了金属屈服型阻尼器类型、耗能板约束形式和厚度等因素对装配式矩形钢管混凝土柱-钢梁侧板连接节点抗震性能及震后易修复性能的影响,并通过有限元参数分析研究了S形阻尼器耗能板弯弧角度对节点抗震性能的影响。结果表明:5个节点试件均具有良好的抗震性能,更换阻尼器可实现节点功能的快速恢复;对比3种节点试件的极限荷载和初始刚度,设置约束型阻尼器节点试件的最高,S形阻尼器节点试件的其次,U形阻尼器节点试件的最低;垫板刚度对约束型阻尼器节点试件极限荷载和抗震性能的影响很小,采用刚性垫板可提高节点试件的残余承载力;设置S形阻尼器节点试件的延性和总耗能显著高于其他节点试件的;增大耗能板厚度可提高设置U形阻尼器节点试件的受力性能,但效果不够显著。有限元参数分析结果表明,减小耗能板弯弧角度可显著提高设置S形阻尼器节点试件的极限荷载和初始刚度,耗能板弯弧角度宜在60°~90°范围内。