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.

新型装配式自复位RC剪力墙设计与性能研究

为满足结构施工效率高、震后功能可恢复的多重目标,提出了一种新型装配式自复位RC剪力墙。该新型剪力墙主要包含RC墙板、碟簧复位装置和摩擦耗能装置,三者仅通过高强螺栓组装而成,施工方便且效率高;在地震作用下,主要由碟簧复位装置和摩擦耗能装置提供抵抗弯矩和恢复力,能减小整体剪力墙构件的震后残余变形和损伤,有效提高其震后功能可恢复性。该文分析了新型装配式自复位RC剪力墙的截面受力形式,提出了其截面承载力计算公式;设计了一新型装配式自复位RC剪力墙构件进行数值模拟,获得了其滞回性能,对比分析了其与普通剪力墙的承载力、耗能能力、自复位性能。结果表明:在相同位移角下,新型装配式自复位RC剪力墙的承载力小于普通剪力墙,但其极限承载力与普通剪力墙的峰值承载力相当,且其在超大震(2.0%位移角)下的残余位移角仅为0.31%,具有优异的自复位能力,能使结构在震后具有低损伤、功能可恢复的特点。增大碟簧复位装置的预压力,可有效提高新型剪力墙构件的承载力和累积耗能,但残余变形也相应增大。

耗能梁段与带楼板RC框架梁连接节点滞回性能的有限元分析

基于文献[1]所进行的耗能梁段与带楼板RC框架梁连接节点的低周往复加载试验研究,采用非线性有限元程序ABAQUS对试件B-2进行模拟验证,并以B-2为BSAE试件,设计了U型板侧边注胶、螺杆强度、螺杆布置位置、螺杆直径等6个系列12个试件。对影响连接节点性能的主要设计参数进行分析,研究了此类连接节点的承载力、刚度及滞回性能,提出了相应的设计建议。

交叉形与芯框中心支撑加固RC框架的滞回性能对比分析

为提高钢筋混凝土(RC)框架的抗震性能,提出一种新型支撑-芯框中心支撑,即在交叉支撑的中心部位设置一个小钢框,并将其内填于RC框架中。该支撑结构体系的交叉支撑不屈服,主要通过芯框提供承载力和抗侧刚度,并利用芯框的剪切屈服耗散地震输入能量。基于ABAQUS有限元程序对采用芯框中心支撑、交叉中心支撑加固RC框架进行了数值模拟,并与RC框架进行对比分析,探讨了两种支撑形式加固RC框架的力学性能、水平承载力、抗侧刚度以及耗能能力。结果表明,采用支撑加固后的RC框架的水平承载力、抗侧刚度及耗能能力均有不同程度的提高,其中芯框中心支撑加固效果最好,交叉形耗能支撑加固效果次之。

交叉形与Y形耗能支撑加固RC框架滞回性能的对比分析

为改善Y形耗能支撑加固RC框架的抗震性能,提出了一种新型的交叉形耗能支撑。基于ABAQUS软件对采用Y形偏心支撑、交叉形耗能支撑加固RC框架进行了非线性有限元分析,并同未加固RC框架进行了对比分析,探讨了交叉形耗能支撑加固RC框架的受力机理、水平承载力、抗侧刚度和耗能能力。研究结果表明:交叉形耗能支撑加固的RC框架在水平承载力、抗侧刚度、耗能能力等方面均优于Y形偏心支撑加固的RC框架。此外,交叉形耗能支撑加固方式对原RC框架损伤小,且施工简便。

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。

防屈曲支撑作为可替换耗能元件抗震性能试验研究

防屈曲支撑作为一种可替换耗能元件是框架结构在地震作用时的主要抗侧力和耗能单元,可以保护结构在地震作用下免受较大的损伤。为研究地震作用下可替换防屈曲支撑加固结构的抗震性能,对一个两榀两层三跨的防屈曲支撑RC框架模型进行了低周往复试验。试验和分析结果表明:由于防屈曲支撑的存在,框架结构在大震后仍具有很好的承载能力。将防屈曲支撑替换,对框架结构和受到损伤的防屈曲支撑分别进行拟静力试验,对比分析防屈曲支撑更换前后结构的抗震性能和震后防屈曲支撑的损伤。研究表明:两次低周往复试验中,防屈曲支撑都先于混凝土框架发生屈服并耗散大部分地震能量,提高了RC框架结构的抗震性能;将损伤后的防屈曲支撑更换,可使结构重新获得良好的抗震性能,迅速恢复结构的使用功能。

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 。

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。

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。

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。

钢管混凝土减震框架与钢管混凝土框架-剪力墙结构的对比试验研究

设计两榀比例为1:4、梁柱构件尺寸相同的试件:一榀为设置新型三重钢管防屈曲支撑的钢管混凝土减震框架,一榀为普通钢管混凝土框架-剪力墙结构。对两个试件进行反复荷载作用下的抗震性能试验,对比分析两种结构的破坏特征、滞回性能、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能能力和关键点应变等抗震性能指标。试验结果表明:钢管混凝土减震框架结构具有与钢管混凝土框架-剪力墙结构相当的承载力,并在变形能力、延性和耗能能力等方面均有明显的提高,对刚度退化和强度退化也有明显的缓解,具有更合理的受力性能和破坏机制,新型三重钢管防屈曲支撑起到良好的耗能减震作用,有效地改善钢管混凝土框架的抗震性能。

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。

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”

多层摩擦耗能减震结构的减震分析

在钢筋混凝土结构的层间恢复力模型采用线性强化弹塑性模型的基础上,从多自由度的角度对摩擦耗能减震结构进行减震分析。(1)以结构位移为考查目标,通过计算分析了多层摩擦耗能减震结构在地震波作用下,支撑刚度、耗能装置起滑位移对结构减震效果的影响及规律。(2)给出支撑刚度和耗能装置起滑位移偏差对摩擦耗能框架在地震作用下的反应偏差的分析方法,根据分析结果可以得知摩擦耗能支撑参数偏差对此类摩擦耗能框架地震响应的影响显著程度。

耗能支撑的斜撑刚度对框架结构减震效果的影响

摩擦耗能支撑减震技术是一种行之有效的减震措施,本文利用ANSYS分析了斜撑刚度对结构减震效果的影响,得出对于本文算例斜撑刚度与结构刚度的比值为2-6时,减震效果最好。

某房屋外套框架加层摩擦减震的设计研究

介绍了8度区某办公楼采用外套框架和原结构间设置摩擦消能装置的加层设计方案,阐述了摩擦阻尼消能支撑外套框架加层的设计参数确定及设计步骤,给出了地震反应的分析方法和分析结果。分析结果表明,在外套框架和原结构之间增设摩擦消能支撑,外套框架加层结构在地震作用下的位移响应减小,在多遇、罕遇水平地震作用下,能分别满足变形要求,尤其大幅减小了外套框架柱的剪力值,为框架柱的优化设计提供了较大空间,同时也减小了对原结构抗震性能的影响。

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。