基于能量平衡的既有建筑结构抗震加固性能化设计方法研究

由于规范标准对结构抗震设计要求的不断提高以及结构在长期服役过程中性能的逐渐劣化,既有建筑结构的抗震性能不再满足设计要求,开展其抗震加固设计研究势在必行。然而,目前的加固设计方法往往需要大量的非线性动力计算反复迭代,增加了设计的难度,降低了其适用性。基于能量平衡概念,提出适用于增设消能减震装置的既有建筑结构抗震加固性能化设计方法。该方法考虑了多地震水准性能目标,设计过程中无需开展非线性动力计算,且迭代次数少。采用所提方法对Benchmark钢框架结构进行加固设计,通过非线性动力分析评估了加固前和加固后结构的抗震性能。研究结果表明:加固后,所有楼层的位移角均明显降低,小震、中震和大震时的平均降幅约为20%,可见加固后结构抗震性能得到了显著改善;加固结构在小震、中震和大震下的层间位移角均与设计值吻合,实现了预期的层间位移角和屋顶位移角目标,验证了所提方法的有效性;所提方法设计的阻尼器在小震时整体保持弹性状态,在中震和大震时进入屈服耗能状态,实现了预期的耗能机制,且阻尼器延性需求沿楼层的分布较为均匀,进一步表明了设计方法的合理性。研究成果可为既有建筑结构的抗震性能加固设计提供参考。

黏弹性阻尼器的耗能比研究

黏弹性阻尼器是一种典型的被动控制装置,它可以通过黏弹性材料的剪切滞回耗能起到减小结构地震或风振响应的作用。本文采用阻尼器耗能占地震总输入能量比值(耗能比)评估黏弹性阻尼器的减震效率,相比采用水平位移比的评价指标更能直观地反映阻尼器耗能能力。本文采用Kelvin模型推导出结构弹性和弹塑性2种状态下附加黏弹性阻尼器耗能比计算公式,算例计算结果表明:推导的计算公式有很好的精度和准确性,可供工程设计使用。

新疆高烈度地区A中学教学楼建设消能减震设计研究

高烈度区域更易受到地震影响。研究高烈度区域教学楼消能减震设计有助于后期恢复、减少震后损失,提升生存保障。本文以A中学教学楼为研究对象,分析消能减震目标,采用规范消能减震技术及墙体黏滞流体阻尼器方案。研究结果表明,设防地震作用下教学楼主体弹性,粘滞流体阻尼器在中震下就开始屈服耗能,等效附加阻尼比平均值X向4.56%,Y向6.49%,能够满足3%附加阻尼比的要求,粘滞流体阻尼器效果明显。

某门诊住院楼消能减震加固设计与抗震性能分析

对于某工业厂房改造为医院门诊住院楼项目,文章采用基于消能减震技术的抗震加固方案进行分析设计,结合项目情况确定加固方案,在合理位置布置适当数量的黏滞阻尼器,采用ETABS有限元软件建立减震前后分析模型;分别在多遇地震下进行反应谱分析、弹性时程分析,对比减震前后模型层间剪力和层间位移角变化,并采用能量法计算附加阻尼比;提出在罕遇地震下预期抗震性能目标,通过动力弹塑性时程分析,对比层间位移角变化,并对建筑物进行性能评价。研究结果表明:与原结构相比,减震结构地震响应明显降低,塑性变形和损伤破坏满足抗震目标要求,黏滞阻尼器起到良好的耗能作用,减震设计效果显著。

高烈度区医疗类建筑的消能减震技术应用研究

医疗类建筑作为重点设防类公共建筑,如何保证其在地震过程中“功能不中断”一直是备受关注的研究课题。对于高烈度区医疗建筑,《建设工程抗震管理条例》(国令第744号)提出需进行多遇及设防地震工况的包络设计。而单纯通过加大构件截面尺寸的传统设计方法往往效果不佳,且易出现“肥梁胖柱”现象。为了有效控制结构构件的截面尺寸从而满足建筑的使用要求,采用在结构中增设金属阻尼器的消能减震设计方法,对减震及非减震结构进行不同地震工况下的时程分析。研究结果表明:减震结构在设防地震作用下能够满足《建设工程抗震管理条例》(国令第744号)中正常使用的各项性能指标;同时在罕遇地震作用下能够较好实现“强柱弱梁”的设计目标,抗震性能较纯框架体系好。通过模拟医疗冷库用房环境进行阻尼器的性能测试,进一步证明了低温环境下阻尼器力学性能稳定,滞回曲线饱满。

昆明华润T1塔楼动力弹塑性分析和消能减震分析

昆明华润T1塔楼,建筑高度297m,地处高烈度区,采用了屈曲约束支撑作为消能减震措施,需进行罕遇地震下结构的动力弹塑性分析和消能减震分析。通过PERFORM3D软件计算了结构在七条地震波下主要指标,分析了主体结构和BRB在地震作用下的塑性发展历程,分析了剪力墙(混凝土、钢材)、框架梁、框架柱、连梁的塑性变形情况;T1塔楼共采用108根BRB,主要布置在加强层伸臂或环带桁架处,对比了减震结构与非减震结构在罕遇地震下的层间位移角、BRB耗能情况以及结构塑性损伤情况。结果表明,结构在罕遇地震下各项指标满足要求,结构损伤情况可以达到预期目标。

调谐负刚度阻尼器的H2优化及减震性能评估

为进一步阐明调谐负刚度阻尼器(tuned negative stiffness damper,TNSD)对结构减震控制的优势,本文开展了TNSD对单自由度结构减震控制的H2优化设计,并研究了TNSD的减震增效作用与减震机理。首先,基于单自由度结构-TNSD耦合系统的H2性能指标,推导了TNSD最优负刚度系数和最优阻尼系数的设计公式;然后,研究了TNSD的刚度特性和阻尼特性、TNSD对结构的阻尼增效作用、TNSD-结构耦合系统的耗能特点,阐明了TNSD的减震增效机理;最后,开展了TNSD对结构减震控制的地震响应分析。结果表明:TNSD可进一步提升负刚度阻尼器对结构的减震效果,其调谐弹簧可以放大TNSD内部阻尼元件的位移和TNSD等效阻尼系数,提升了TNSD的耗能效率和结构的等效阻尼比。

基于剪切增稠液的耗能器设计与性能分析

为增强非结构构件的抗振性能,文中基于约束阻尼形式以及新型阻尼材料STF,提出一种贴附式夹层耗能器。文中介绍耗能器的构造及工作原理并通过STF的增稠机理解释其减振耗能的可行性;其次通过数值模拟的方式研究耗能器中STF夹层厚度对其耗能性能的影响,得出在非结构构件的振动频率不同时,耗能器应选择适宜的夹层厚度,为非结构构件耗能减振提供了新思路。

全预制装配式结构在学校建筑中的创新和实践

龙海市月港中心小学为具有闽南传统建筑风格的学校建筑,项目建造时,为福建省内预制率最高的装配式公共建筑项目。建筑主体采用装配整体式框架结构+消能减震设计,为福建省内学校类装配式建筑中,首次应用消能减震技术的项目。其采用灌浆套筒连接预制柱,钢企口连接预制梁以及密拼缝叠合板,简化节点连接,降低了设计施工难度;首次应用钢结构(PS)+预制混凝土板(PC)组合结构屋面,完美解决了大型装配式异形屋面结构的生产及安装问题。

基于性能曲线的黏滞阻尼器参数研究及减震效果分析

作为消能减震装置,黏滞阻尼器通过耗散地震输入结构的能量来减轻结构的地震反应,其中结构位移和楼面加速度的降低程度是评价减震效果的重要指标。利用不同黏滞阻尼器参数及结构刚度组合下的单自由度减震结构的性能曲线,将结构位移降低率和楼面加速度降低率作为地震反应降低程度的评价指标,研究了黏滞阻尼器参数和结构刚度对减震效果的影响。基于上述研究,将单自由度减震结构性能曲线推广到多自由度体系,以实际多层钢框架结构为例,将多自由度体系简化为等效单自由度体系,绘制出等效单自由度体系性能曲线,根据目标位移降低率及目标加速度降低率,预估黏滞阻尼器参数。本文通过对设置黏滞阻尼器的多层钢框架减震结构进行设防地震弹塑性时程分析,获取设置黏滞阻尼器后结构动力响应的降低率,与性能曲线预测方法比较,验证了该预测方法的可行性。

耗能减震技术研究与应用进展

本文总结了近年来国内外建筑耗能减震技术的研究与工程应用状况,探讨了今后的发展方向,并提出了亟待解决的若干问题。

中国(大陆)耗能减震技术理论研究、应用的回顾与前瞻

本文回顾总结了我国(大陆)近三十年来耗能减震技术理论和方法的研究与应用进展,主要包括耗能减震装置的类型与性能、耗能减震结构的性态特征、耗能减震结构抗震、抗风分析与设计方法、耗能减震技术的工程应用及耗能减震技术标准等内容,分析了我国(大陆)耗能减震技术研究与应用中存在的问题,提出了发展耗能减震技术迫切需要解决的若干问题。

装配式混凝土金属消能减震连接体系抗震性能分析研究

为了研究装配式混凝土金属消能减震连接体系的抗震性能,对金属消能减震连接体系和普通预制装配式框架进行了数值仿真分析,分析了消能器不同设计参数对该体系抗震性能的影响。分析结果表明:金属消能减震连接体系的抗震性能优于普通预制装配式框架,屈服位移有显著提高,较好的延缓了梁端的破坏,对梁端保护作用明显,并且有效的解决了梁端后浇区施工困难的问题;金属消能器腹板高度越小耗能效果越好,但初始刚度及承载力也越小;翼缘板厚度越小消能器越早屈服耗能,但过小的翼缘板厚度会导致耗能能力不足,并且应变过大会导致其与梁柱连接部位被破坏;随着消能器高度的增加,构件跨中弯矩越大,也越早屈服耗能,但过大的消能器高度会导致其弯曲变形严重。

外套增层协同减震在旧房增层改造中的应用研究

介绍了使用耗能元件对既有建筑物进行加固与改造的外套增层方法 ,这种外套增层方法能使新旧结构共同工作而构成协同减震结构 ,它能有效地增强外套结构底层柱的稳定性及抗侧能力 ;同时能有效地降低主结构在地震作用下的动力响应 ,减震效果明显。是增层与抗震加固的有效结合 ,为旧房的增层改造提出了一种新的结构设计方法。

建筑减振粘滞阻尼器工程应用新进展

介绍了工程结构采用粘滞阻尼器的减振设计原理,然后介绍了5个应用粘滞阻尼器的代表性工程。研究表明,粘滞阻尼器可以较好地减小结构的振(震)动响应。

地震后有损伤结构的耗能减震加固设计

本文利用国内外结构被动控制研究的最新成果,针对震后有损伤结构提出了一种新的抗震修复策略,即采用耗能减震装置进行结构的抗震修复和加固,并在文献[1]所提震后有损伤结构恢复力骨架曲线建立方法的基础上,通过研究修复前、后结构恢复力的变化,给出了震后有损伤结构抗震加固设计的具体步骤。

耗能减振层对某超高层结构的减振控制研究

以某288 m超高层框架-核心筒结构的减振控制为研究对象,针对该工程的自身特点提出了设置非线性粘滞阻尼器、铅粘弹性阻尼器耗能减振层的六种控制方案。在10年一遇风振作用下,利用改进的自回归AR模型模拟了结构Y方向的脉动风荷载时程,并对该结构进行了不同控制方案下的风振控制研究,同时针对该结构进行了7°小震和中震作用下的阻尼减震控制研究。对比分析了不同控制方案下耗能减振层对结构地震与风振作用的减振效果,结果表明本文提出的六种控制方案不仅能有效抑制结构的风致振动,显著改善结构的风振舒适度,对结构顶层峰值加速度响应的最大降幅达40%,而且还能提高结构在地震作用下的可靠性,进一步证明了耗能减振层对于超高层结构抗风与抗震的有效性和可行性,提出了风振与地震作用下设置耗能减振层超高层结构的分析与设计建议。

消能减震的基本原理和实际应用

本文结合《建筑抗震设计规范》中新增的隔震和消能减震设计的内容,介绍了消能减震的原理和在抗震设计中的应用,并通过高层建筑应用实例显示其减震效果,从而为该技术的应用和发展提供参考。

房屋建筑顶层采用橡胶支承的消能减震

简要介绍了房屋建筑中采用橡胶支座的顶层消能减震的基本方法及基本原理 ,从理论上分析了这种消能减震方法的减震效果 ,通过模型试验和工程实例说明这种减震方法在房屋建筑中取得的良好减震效果。

应用防屈曲耗能支撑进行抗震加固的研究与应用

防屈曲耗能支撑作为一种具有应用前景的耗能减震构件,克服了传统支撑受压屈曲的缺点,地震时具有良好的耗能能力和延性。本文阐述了防屈曲耗能支撑的原理,介绍了其类型、性能以及应用防屈曲耗能支撑进行抗震加固的设计方法,给出了防屈曲耗能支撑在结构加固中应用的典型实例,提出了防屈曲耗能支撑应用于加固工程领域中需加强研究的一些问题。