自复位复合阻尼耗能支撑滞回性能研究

为解决自复位支撑耗能能力不足且来源单一、耗能材料成本高昂的问题,提出了一种新型自复位复合阻尼耗能支撑。支撑由金属屈服阻尼装置、黏弹阻尼装置并联预压碟簧自复位装置组成。对其基本构造和工作原理进行阐述,通过精细化模拟研究了支撑的耗能、复位、承载和变形能力。结果表明,在往复荷载作用下,支撑的滞回响应具有稳定饱满的旗形特征,拉压对称、无残余变形,能够兼顾不同加载频率下的性能需求。揭示了支撑加载制度和设计参数对其滞回性能的影响规律,结果表明:加载频率从0.3 Hz增加到2.0 Hz,黏弹阻尼装置提供的阻尼力增大,支撑耗能量由8.32 kJ增加到11.93 kJ;随着碟簧预压力的增加,支撑激活力从378.98 kN增加到562.67 kN,复位性能始终得到充分发挥;支撑耗能能力主要受三角形钢板个数和黏弹材料剪切面面积影响,增加4个三角形钢板或将黏弹材料剪切面面积从140 mm×140 mm增加到300 mm×140 mm,支撑的等效黏滞阻尼比分别同比增长39.93%和16.09%。

设置金属阻尼器的某高层建筑耗能减震分析

为了研究金属阻尼器在高层建筑中的耗能减震效果,在研究金属阻尼器耗能特性的基础上,利用非线性动力时程分析方法,对使用金属阻尼器的某高层建筑进行了8度大震作用下结构的弹塑性反应分析,对比了建筑物的自振周期和振型,绘制了3种地震波作用下的层间位移角曲线,并作了比较分析。结果表明,金属阻尼器耗能特性较好,高层建筑层间位移角明显减小,墙与连梁的破坏程度减小,达到了良好的耗能减震效果。该成果对金属阻尼器在高层建筑中的应用具有一定的参考意义。

金属屈服型阻尼器发展简析

金属屈服型阻尼器作为一种利用金属塑性变形耗散能量的消能减震构件,因为其耗能性能优异,力学性能稳定,制作加工方便,成本低廉且易于维护和更换而被广泛利用于建筑结构体系中。从金属屈服型阻尼器不同的形状构造出发,简述了阻尼器的发展历程。

某学校采用金属阻尼器的抗震性能分析

为了研究结构附设金属屈服阻尼器的消能减震效果,以某学校实际工程为背景,对该结构采用软钢金属阻尼器进行减震设计与分析。时程分析结果表明,阻尼器率先屈服耗散地震动输入能量,结构的地震反应可以得到有效的控制,该结论对金属阻尼器在高烈度区的应用推广具有一定的参考价值。

双阶受力干式装配梁-柱节点抗震性能试验研究

研究提出了一种双阶受力干式装配梁-柱节点(DADBJ)。该节点的关键组件是摩擦铰(RFH)和预设缝防屈曲钢板(SBRSP),具备2个受力工作阶段和损伤集中易修复的特性。为了验证DADBJ构造的合理性,揭示其双阶段受力工作机理,设计加工了DADBJ试件,以SBRSP的预设缝隙宽度作为试验变量,进行了2个工况的低周往复拟静力试验。结果表明:提出的DADBJ构造实现了预期的双阶段受力特性,第一阶段由RFH提供节点的力学性能,第二阶段由RFH和SBRSP共同提供节点的力学性能;DADBJ的损伤集中于芯板,通过更换SBRSP芯板对节点快速修复,节点的性能可恢复到初始状态;SBRSP的预设缝隙宽度可直接决定DADBJ第二阶段的启动位移;提出的DADBJ双阶屈服荷载理论公式和二阶启动位移理论公式精确度好。该研究可为装配式框架结构和多阶受力型结构的设计和研究提供参考。

消能减震结构的损伤集中分布研究

消能减震结构是一种应用前景非常广泛的结构抗震体系。利用能量平衡的原理,采用质点系振动模型,通过对建筑结构模型进行地震响应和能量耗散的时程分析,讨论了在结构中设置薄弱层即消能层,控制结构在地震中的损伤集中分布在结构消能层的理论可行性,研究了所布置阻尼器及结构薄弱层的参数对损伤的集中程度的影响。结果表明设置消能层能够集中损伤,并可以减少消能层上部主体结构的截面尺寸,达到节省建筑材料提高经济效益目的。

消能减振技术在结构薄弱层中的应用

结合某大学综合实验楼工程,采用消能减振技术解决了结构设计中的薄弱层问题。通过合理设计消能支撑来弥补结构薄弱层在正常使用和小震作用下的侧向刚度,利用消能支撑屈服后所具有的耗能能力来提高结构在大震作用下的抗震性能。设计分析结果表明,消能减振技术实现了既定的设计意图,保证了结构安全,同时节省了工程费用。

7度区某学校消能减震设计分析

结合宁波市某中学项目,探讨7度区重点设防类结构的减震设计:采用剪切型金属阻尼器作为耗能部件,利用PKPM和SAP2000等软件对该结构进行减震计算分析,从阻尼器出力与楼层剪力之比及层间位移角这两个指标对阻尼器的受力进行了分析。结果表明:采用该方案的消能减震结构,在多遇地震下阻尼器未屈服,仅提供一定的附加刚度,不提供附加阻尼比,阻尼器出力不小于层间剪力的15%。在罕遇地震作用下,各金属阻尼器均进入塑性滞回耗能,减震结构与非减震结构的水平位移比小于0.76,阻尼器发挥了良好的耗能能力,为结构主体提供了良好的安全储备。

耗能联肢墙体系的减震性能及参数影响

连梁内设置竖向变形阻尼器的耗能联肢墙体系的基本构造形式及原理如下:将联肢墙连梁在跨中位置处断开,用竖向放置的金属屈服型阻尼器连接两侧墙肢,在地震作用下两侧墙肢的竖向变形差使阻尼器发生变形,进而耗散地震能量,减少墙体的损伤.基于宏观杆系有限元模型(考虑剪切的纤维截面)对耗能联肢墙体系进行非线性静、动力抗震分析,并以无量纲阻尼器参数为关键变量进行参数影响研究.多个不同的阻尼器参数组合工况的分析及对比结果表明:当阻尼器参数设置合理时,耗能联肢墙的延性较常规联肢墙有所提高,地震响应明显降低,裂缝较少且分布均匀,具有良好的抗震性能和减震效果;地震动强度、地震动频谱特性及阻尼器参数的分布模式对体系的减震效果有一定影响.根据分析结果给出设置连梁耗能联肢墙体系参数设计的相关建议.

屈曲约束支撑及其工程应用

屈曲约束支撑是在普通钢支撑基础上改进而成的一种受压、受拉都能屈服而不屈曲,利用软钢屈服耗能能力好、承载能力高的一类金属屈服型阻尼器。论文对屈曲约束支撑的基本构造、工作机理、主要特点、设计依据、结构设计、布置及连接、工程应用等进行了概述和讨论,为屈曲约束支撑的设计和应用提供参考。

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。

消能支撑在某钢结构工程中的应用

在某培训中心钢结构工程中,采用消能支撑有效解决了设计过程中出现的层间侧移延性比不满足要求的问题。通过在梁与支撑节点设置金属屈服阻尼器,将普通钢支撑改造成消能支撑,并给出了阻尼器安装位置的节点示意图。计算分析结果表明,消能支撑与普通钢支撑相比,可以有效减小结构在地震作用下的位移反应,提高结构的安全储备,具有良好的经济效益。

沉管隧道接头减震耗能装置设计与试验验证

为了探讨管节接头在地震作用下的减震措施和手段,首创性地提出了基于金属屈服耗能阻尼器的沉管隧道管节减震耗能方法,设计了一套可用于沉管隧道管节接头的减震耗能装置,并通过关键参数优化的方法,以接头弯矩-转角曲线所围成的面积作为优化目标函数,对该减震耗能装置的线刚度进行优选;最后,通过对接头施加水平弯矩荷载,完成了无减震耗能装置接头和安装减震耗能装置接头2组大比尺对比结构试验,分别得到2组试验工况下管节接头的弯矩-转角曲线,计算得到管节接头力学性能参数(如抗弯刚度和滞回圈面积等),并对各参数进行了对比分析,检验了该减震耗能装置用于提高沉管隧道抗震性能的技术可行性。试验结果表明:无减震装置和安装减震装置后,接头的弯矩-转角曲线均出现明显的滞回圈,两者滞回圈形状大致相同;与无减震耗能装置的接头试验相比,安装该减震耗能装置后,在接头承受相同的转角条件下,接头所承受的最大弯矩从730kN·m提高到了1 000kN·m,提高了约37%;接头弯曲刚度由6.19×105kN·m·rad-1提高到8.97×105 kN·m·rad-1,增大了约45%;而反映接头耗能性能的接头弯矩-转角曲线所围成的滞回圈的面积提高了约69%,接头的滞回性能得到了显著的提高。