多层钢筋混凝土框架结构减震方案对比分析

某3层幼儿园建筑,采用钢筋混凝土框架结构,抗震设防烈度为8度(0.30 g),抗震设防类别为重点设防类,为了满足建筑净高和使用要求,减小框架柱截面,拟在结构中设置消能减震构件,故对比分析了分别在结构中设置防屈曲支撑(BRB)、金属剪切阻尼器(SD)、黏滞阻尼墙(VDW)的模型。通过无控模型、BRB模型、SD模型以及VDW模型在多遇地震下的弹性时程分析,对比了周期、层间位移、层剪力以及减震率;通过罕遇地震下的弹塑性时程分析,比较了层间位移、层剪力以及消能减震构件的耗能。经过分析比较,给出了BRB、SD、VDW在多遇地震、罕遇地震下的作用特点,为后续类似项目的消能构件的选型提供参考。

连梁金属阻尼器在大底盘多塔中的设计与应用

连梁作为剪力墙结构中的薄弱部位,在地震作用下往往破坏严重。因此设计了一种连梁金属阻尼器,介绍了连梁金属阻尼器的设计方法。为了研究金属连梁阻尼器的减震效果,针对合肥某大底盘多塔结构进行弹塑性时程分析,结构各指标均满足规范要求,但罕遇地震下连梁的破坏严重。在此引入剪切型金属连梁阻尼器,根据抗震性能及规范要求确定阻尼器的设计原则并确定了阻尼器力学参数的计算方法,利用有限元软件数值仿真的结果与计算值误差较小。将设计得到的阻尼器布置在破坏严重的连梁跨中,并对减震结构进行时程分析。结果表明:阻尼器能有效减轻连梁破坏,框架梁破坏也有一定程度减小;对于基底剪力、层间位移角及顶点位移均有不同程度的限制作用;满足小震下弹性大震下弹塑性的设计要求。

形状优化的菱形开孔剪切型金属阻尼器减震性能

目的为解决传统开长缝的剪切型金属阻尼器应力集中以及焊接产生的热效应影响,提高阻尼器耗能能力,提出一种采用等强度线优化开孔形状的菱形开孔剪切型金属阻尼器.方法根据弹塑性力学理论寻找耗能单元截面在受弯、受剪条件下屈服强度相等的曲线,将该等强度曲线所围成的四边形作为对阻尼器耗能板的开孔形状,并推导了阻尼器弹性等效刚度与屈服强度的设计公式;对阻尼器耗能单元进行材料试验,基于真实的材料本构关系数据建立了精细化有限元数值仿真模型,模拟其低周往复加载的力学性能,分析阻尼器的变形模式与耗能能力,并比较了开长缝和开优化形状菱形孔阻尼器的减震性能.结果屈服强度的仿真结果与计算结果误差小于2%,刚度误差小于1%;相比传统的开长缝钢板阻尼器,形状优化的菱形开孔阻尼器累积等效塑性应变最大值减小为24.3%~37.5%;加载位移角小于1/20工况时,耗能未明显提升;加载位移角超过1/20工况时,形状优化的菱形开孔阻尼器单位体积耗能率增加多至32.9%.所建立的有限元模型是基于真实材性试验数据给出的,能更好地反映阻尼器金属的力学行为;设计公式计算结果与数值仿真结果吻合较好,可作为该类阻尼器的设计公式.结论与开长缝的钢板阻尼器相比,形状优化的菱形开孔阻尼器的强度随着滞回行为而稳定强化,具有良好的低周疲劳性能与稳定的耗能能力,塑性变形分布更加均匀,最大累积等效塑性应变明显减小.

JY-SS-Ⅰ型金属软钢阻尼器试验研究

近年来全球范围内特大地震频发,中国抗震规范也随之进行了修正,其中加强了性能化设计要求,而消能减震控制理论即是这个问题的核心内容之一。在一些地震频发国家鉴于金属软钢阻尼器因性能优越、耗能能力强、施工方便快捷等因素将其作为了主要消能减震手段。但国外产品价格昂贵,国内一般工程难以承受。为此,中国建筑科学研究院在已有经验基础上结合中国国情开发出了JY-SS型金属剪切型金属软钢阻尼器,经过大量试验研究及理论分析表明成型产品性能稳定,性价比高,并已经应用于实际工程。

复合式金属阻尼器在高层剪力墙结构中的应用

将新型复合式金属阻尼器应用于某高层剪力墙实际工程结构。采用Perform-3D建立了结构的三维精细化非线性有限元模型,通过对结构在9度大震下的弹塑性分析,研究了该复合式金属阻尼器对高层剪力墙实际工程结构的减震控制效果。分析结果表明:加设复合式金属阻尼器后结构的耗能性能明显改善,结构的基底剪力减小20%以上,该复合式金属阻尼器在实际工程中具有良好的推广实用意义。

钢筋混凝土剪力墙结构连梁阻尼器性能参数优化方法研究

钢筋混凝土剪力墙结构作为常见的结构形式在我国城镇中所占数量愈来愈多。安装连梁阻尼器是实现剪力墙结构消能减震、提高剪力墙结构抗震能力常用手段之一,而连梁阻尼器的性能参数直接决定着结构消能减振效果的优劣,因此如何选择合适的阻尼器类型以及如何确定阻尼器的性能参数是一项重要的课题。本文首先对比选出了可用于钢筋混凝土剪力墙结构连梁上的阻尼器类型,然后针对阻尼器物理参数的和地震动输入的选取设置441中工况采用ABAQUS对典型的钢筋混凝土剪力墙结构进行时程分析,并根据时程分析结果对阻尼器的性能参数进行优化,最后给出了合适的阻尼器性能参数。本文相关工作可为钢筋混凝土剪力墙结构消能减振设计提供技术支持和参考。

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。

薄壁U形金属阻尼器剪切刚度计算分析

通过建立有限元模型,对薄壁型U形金属阻尼器在水平荷载作用下的内力与变形进行了计算,并结合不同厚度U形阻尼器的力-位移曲线的特征,对阻尼器的内力分布与屈服过程进行分析,通过对比屈服前后的刚度,研究了U形金属阻尼器的刚度随其厚度及宽度的变化规律。结果表明,U形金属阻尼器的屈服开始于压弯段,屈服后其刚度退化较大;屈服前后阻尼器刚度均随厚度的增加而增加,且当厚度大于6 mm时,增加速度加快;当阻尼器厚度一定时,各刚度均随宽度增加而线性增加,刚度增加速度屈服前略快于屈服后。因此,在结构振动控制设计时应用薄壁U形金属阻尼器可根据刚度要求设置合理的厚度及宽度。

多孔泡沫金属磁流变液阻尼材料及其力学性能研究

基于多孔泡沫金属的结构性能,研制一种新型的磁流变液阻尼材料,并搭建测试系统,研究其力学性能。在该材料中,磁流变液由于毛细管力的作用储存在多孔泡沫金属里面,在磁场作用下被抽出到剪切间隙内并产生磁流变效应;利用搭建的测试系统,研究多孔泡沫金属的材料、外加电流、剪切间隙和剪切应变率等参数对多孔泡沫金属磁流变液阻尼材料力学性能的影响,结果表明,设计的多孔泡沫金属磁流变液阻尼材料可产生明显的磁流变效应,在相同情况下,采用多孔泡沫金属铜时,多孔泡沫金属磁流变液阻尼材料具有最大的剪切转矩。

双重耗能机制框架剪力墙结构地震响应分析

当前摇摆墙体系研究广泛,但由于放松了墙底约束,抗侧刚度减小,使得结构整体变形过大。在框架剪力墙双重结构体系中,利用剪力墙和框架在地震作用下不同的变形模式,在两者之间连接屈曲约束支撑(BRB)可有效降低框架结构的水平加速度响应;进一步在剪力墙底设置参数可控的金属阻尼器(MD),防止剪力墙底部破坏的同时,整体结构在BRB与MD共同作用下,整体结构地震响应也得到有效改善。以某六层混凝土框架剪力墙为例,利用ABAQUS有限元软件并结合UMAT二次开发接口的PQ-Fiber用户子程序,建立了框架剪力墙非线性有限元模型,变化BRB和MD初始刚度和屈服强度,进行弹塑性动力时程分析。结果表明:在BRB和墙底MD的双重耗能作用下,当BRB和MD屈服强度取值一个合适的属性范围,双重耗能框架剪力墙结构的地震响应得到了明显改善。

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。

带竖缝及金属阻尼器混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究竖缝设置金属阻尼器的混凝土剪力墙抗震性能,进行了两个1/2缩尺构件的拟静力试验。分析了带竖缝及金属阻尼器剪力墙结构的承载能力与变形性能,探讨了结构在地震作用下的破坏机理、滞回特性、延性及耗能能力。试验结果表明:带竖缝及金属阻尼器混凝土剪力墙同普通混凝土剪力墙相比,承载力和刚度降低不大,竖缝的设置增大了墙体的高宽比,延性得到提高,竖缝内设置金属阻尼器、参与耗能,使滞回曲线面积更饱满,从而提高了剪力墙的抗震性能。

一种十字形剪切金属阻尼器的设计及数值模拟

为解决部分剪切型金属阻尼器局部过早屈曲,承载能力和耗能能力不佳的问题,设计了一种新型的十字形金属阻尼器,并利用ABAQUS有限元分析软件建立了7个模型,对其进行数值模拟分析,模拟中考虑了不同翼缘厚度和腹板厚度以及腹板的高宽比对阻尼器力学性能的影响。得出以下结论:腹板厚度和短腹板高宽比不变时,翼缘厚度等于18mm时,阻尼器的力学性能最佳;当翼缘厚度和短腹板高宽比不变时,腹板厚度为4mm时,阻尼器的力学性能最佳;为充分发挥腹板的耗能作用,短腹板的高宽比以1.73为最佳;理论计算与数值模拟吻合度较高,并给出了耗能性能最佳的阻尼器的几何尺寸。

剪切型金属阻尼器恢复力模型研究

剪切型金属阻尼器在新建工程及结构抗震加固工程中已得到了较广泛的应用,其恢复力模型是进行整体结构非线性地震反应分析的基础。为了更准确地描述剪切型金属阻尼器的剪力-变形滞回关系,提出了一种考虑性能退化的新型恢复力模型。通过独立参数控制恢复力模型,以考虑剪切型金属阻尼器在大变形下的强度退化、刚度退化、耗能能力退化等特征。根据所提模型,采用C++语言开发了能够用于剪切型金属阻尼器抗震分析的计算程序,并将其嵌入到结构通用分析软件OpenSees中。使用该模型对现有钢连梁和钢板剪力墙两类剪切型金属阻尼器进行了模拟。结果表明:该文建立的恢复力模型能较准确地模拟试验结果,能够反映剪切型金属阻尼器包括大变形阶段在内的整个变形阶段的滞回性能。该模型可用于安装了剪切型金属阻尼器的整体结构非线性地震反应分析。

北京某小学科技楼消能减震分析与设计

北京某小学科技楼采用多层钢筋混凝土框架结构体系,为高烈度区学校建筑。根据《建设工程抗震管理条例》规定,应当采用隔震减震等技术,保证发生本区域设防地震时能够满足正常使用要求。本工程采用消能减震技术,经计算分析,消能器在多遇地震作用下提供刚度,控制结构扭转,相比无控结构抗震性能有较大改善,最大层间位移角远小于规范限值要求;消能器在设防地震和罕遇地震作用下充分耗能,减震效果良好,其弹塑性层间位移角满足规范要求,主体结构构件满足预定的性能目标,仅个别构件出现轻微损伤,消能器充分发挥了消能减震作用,提高了结构抗震性能。

某综合楼消能减震设计研究

本文以昆明某学校综合楼为例,借助SAP2000软件,建立分析模型,对采用金属剪切阻尼器的综合楼减震效果进行了研究。研究结果表明:合理布置金属剪切阻尼器综合楼的附加阻尼比超过3%,结构的层间位移角满足规范要求。研究为类似综合楼的减震设计提供了理论依据。

剪切金属软钢阻尼器设计与试验研究

伴随着地区抗震等级的提高,在建建筑不得不进行加固,剪切金属软钢阻尼器的初始刚度大、耗能好和体积小的特点,可对在建建筑进行加固。分析剪切金属软阻尼器的构造形式及工作机理,加工了2组不同截面尺寸,每组3个试件的剪切金属软钢阻尼器,进行水平滞回试验,研究其水平滞回性能、疲劳性能和耗能性能。研究表明,剪切金属软钢阻尼器具有稳定的水平滞回性能、良好的疲劳性能和较好的耗能性能。

带金属阻尼器的竖向接缝装配式剪力墙受力性能分析

为研究地震作用下竖向耗能接缝装配式剪力墙的受力性能与破坏机理,进行了X形金属阻尼器(XMD)的滞回性能试验,并对带XMD的竖向接缝装配式剪力墙进行了低周反复荷载数值分析,对比研究了试件的破坏形态、滞回性能、承载力、耗能能力和延性系数等.结果表明,XMD在循环荷载作用下表现出良好的滞回性能,阻尼器的刚度和承载力随着削弱段宽度的增加而增大.随着XMD数量的增加,试件预制墙板间的相对位移减小,试件的破坏形态逐渐由弯剪破坏向弯曲破坏转变.当XMD数量从0增加至18时,预制墙板间的相对位移减少约30.74%.竖向耗能接缝装配式剪力墙的刚度、承载力、延性和耗能能力随着XMD数量的增加而增大,其耗能值近似于预制墙板自身耗能值与阻尼器耗能值之和.

剪力墙结构金属阻尼器刚度与连梁刚度关系研究

对安装连梁阻尼器处连梁的受力进行了描述,推导了连梁阻尼器处连梁的刚度公式,并采取理论与实践相结合的方式详细分析了金属阻尼器刚度与连梁刚度的关系。结果表明,随着金属阻尼器刚度增加,阻尼器的位移逐渐减小,当阻尼器刚度到一定值时,阻尼器未能达到其屈服位移,此时阻尼器不参与耗能。另外,对结构的楼层剪力和位移的降低幅度也减小,从而影响其减震效果。经深入分析计算得出,金属阻尼器刚度取值范围应为连梁刚度的30%~50%。

带软钢阻尼器的框架-剪力墙结构减震分析

对某高层住宅进行了剪力墙结构抗震方案与带软钢阻尼器的框架-剪力墙结构减震方案的地震反应分析比较,并进行经济性对比,为消能减震技术在抗震工程中的应用提供参考。