框剪结构减震设计流程及注意事项

北京某社区卫生服务中心,根据《建设工程抗震管理条例》应满足中震设防下正常使用需求,并应采用减隔震技术。为满足要求,本工程采用框架剪力墙的结构形式,通过合理设置VFG阻尼墙的方式,使结构满足中震下位移角要求,总结设计过程中的相关经验,供后续相似案例进行参考。

剪切型减振器扣件工作性能及改进

剪切型减振器扣件减振性能良好,广泛应用于城市轨道交通线路,但在减振器扣件区段发生较为严重的钢轨异常波磨。在300 Hz频段减振器轨道振动加速度存在较大峰值带,发生轮轨强烈共振;在200~350 Hz频段,减振器扣件轨道系统的阻尼比很小,动刚度在300 Hz存在波谷。同时,振动加速度频域分布、行车速度和波磨特征波长具有高度相关性,所以,在300 Hz频段的轮轨共振是产生异常波磨的主要原因。针对此问题,提出通过安装调频钢轨阻尼器（TRD）的方案改善轨道动力特性,并进行安装前后的实验室动力特性测试。研究结果表明：安装TRD能够改善Ⅲ型减振器轨道的动力特性,调节频率,提高阻尼,降低工作频率,改善轨道的减振性能。本方案可以作为地铁线上整治异常波磨的有效方法。

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.

铝板摩擦材剪切型摩擦阻尼器的研究

为了研究以铝板为摩擦材的剪切式中间柱型摩擦阻尼器的力学性能和滞回曲线的特征,对6个试验体进行不同方式的基本载荷试验,并利用伪动力子系统试验,检验阻尼器在地震应答下的滞回曲线性能。通过在不同的基本加载路径下的摩擦系数的变动分析表明,螺栓轴力大小对摩擦系数没有明显影响,阻尼器的力学性能极为稳定,并以摩擦系数平均值为基础建立力学分析模型。通过伪动力子系统试验对阻尼力安定性的分析表明,阻尼器不仅具有良好的耗能能力而且力学模型能够很好地再现阻尼器的滞回曲线特性。

旋转剪切式MR阻尼器的性能试验与改进滞回模型

基于Bingham力学模型,设计、制作小尺寸旋转剪切式MR阻尼器,通过数字式特斯拉计测量励磁线圈的磁感应强度。设计了阻尼器试验装置,并对此MR阻尼器进行2种激励位移、11种输入电流和4种激励频率共88种工况的力学性能试验,根据MR阻尼力-速度滞回曲线,克服Bingham模型在零速度附近不能说明阻尼力-速度的关系,引入惯性力项方法,提出了改进滞回曲线非线性力学模型。采用智能粒子群算法辨识修正的滞回力学模型参数,通过阻尼器试验数据与修正滞回力学参数值进行对比,证明此滞回模型能很好地描述MR阻尼器强非线性的动力特性。

孔隙式黏滞阻尼器的力学特性研究

基于双出杆孔隙式黏滞阻尼器的力-位移曲线偏转现象及时程曲线的相位滞后现象,在考虑二甲基硅油剪切稀化特性和可压缩性的条件下,建立了黏滞阻尼器的速度-负载特性数学模型,通过MATLAB-Simulink模拟了黏滞阻尼器在正弦位移激励信号下的力学特性。研究结果表明,二甲基硅油的剪切稀化特性直接决定了黏滞阻尼器的输出阻尼力,而可压缩性则是导致黏滞阻尼器力-位移曲线发生偏转的主要原因,试验结果证明了该结论的正确性。

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。

墙式铅剪切型阻尼器在某教学楼加固中的应用

某中学教学楼因修建于20世纪50年代末,其抗震性能不满足现行抗震设计要求,采用在原有结构中设置墙式铅剪切型阻尼器的加固方法提高其抗震性能。运用SAP2000建立结构有限元模型并进行多遇地震下的弹性时程分析,确定了消能减震加固方案,然后对该减震结构在多遇地震及罕遇地震下的减震效果进行了验证,也介绍了阻尼器与主体结构的连接方式。分析结果表明,减震结构的层间位移角满足《建筑抗震设计规范》限值要求,并且基地剪力显著降低,验证了墙式铅剪切型阻尼器布置的有效性和结构抗震安全性。

安装剪切型铅减震器的特高压标准化避雷器地震模拟振动台试验

为提高特高压瓷质避雷器地震安全性,首先基于结构抗震优化方法,提出了特高压避雷器标准化瓷套结构设计方案,抗震安全系数由原结构在0.2g（g=9.81 m/s^2）水平地震动加速度试验得到的1.68提高至新结构在0.3g水平地震动加速度试验得到的1.73。然后基于剪切型铅减震装置性能参数,对特高压标准化瓷套避雷器进行了减震仿真分析。最后依据仿真分析结果确定的减震器型号,进行了安装减震器的特高压标准化瓷套避雷器地震模拟振动台试验,白噪声试验中减震结构相较于非减震结构基频降低了2.76%～4.15%,在水平地震动加速度0.4g和0.5g试验中地震安全系数分别为2.15和1.86。试验结果表明：特高压避雷器抗震性能提升可综合考虑结构优化与减震设计方法,且剪切型铅减震器的安装在正常使用情况下基本不对电气设备整体刚度产生影响。研究结果可为变电站电气设备抗震设计和试验提供参考。

支撑式剪切型阻尼器装置的消能减震技术研究与应用

为更好地提高结构的抗震能力,详细阐述了一种新型支撑式剪切型阻尼器装置的结构与施工工艺。同时,通过建立有限元数值模型,对剪切型阻尼器的受力变形情况进行了分析,验证了其优异的抗震性能。所总结的施工细节和模拟结果,可为同类工程提供理论和技术参考。

轴向布置金属阻尼器力学性能研究

基于当前金属屈服消能器的应用特点和使用限制,提出一种轴向布置的金属阻尼器,其主要构造特征为耗能钢板直接与连接钢支撑组合,使得支撑与阻尼器组合为单一减震构件,解决了金属阻尼器需要斜撑对称布置的技术问题。推导了轴向布置金属阻尼器的屈服承载力、刚度计算公式;进行了构件的低周往复荷载试验,得到了轴向布置金属阻尼器的滞回曲线和骨架曲线,试验结果验证了有限元分析结果的准确性。同时,试验结果表明:轴向布置的金属阻尼器具有良好的延性和稳定的滞回性能。采用ABAQUS有限元软件对12组不同参数的轴向布置金属阻尼器进行数值模拟,研究了耗能板的不同布置方式、数量、耗能形式对阻尼器力学性能的影响,结果表明,耗能板宽厚比是轴向布置金属阻尼器滞回性能的最主要影响因素。

斜拉索黏性剪切型阻尼器在永川长江大桥的应用

黏性剪切型阻尼器(VSD)的原理是利用高黏度流体的黏滞力来耗散斜拉索振动的能量,降低斜拉索的振动幅度,从而抑制斜拉索的振动。阻尼器固定在斜拉索与桥面之间,可以很大程度地提高斜拉索的附加阻尼,从而达到阻尼减振的目的。

抗震设防高烈度区阻尼器增强穿斗式木结构模型振动台试验

为验证剪切型阻尼器对穿斗式木结构建筑的增强加固效果,将16个扇形剪切型阻尼器安装在穿斗式木结构四角柱榫卯节点处,分别对原结构(无控结构)模型和安装有阻尼器的结构(有控结构)模型进行峰值加速度由0.14g逐步增大至0.95g(9度多遇~9度极罕遇)的地震波激励振动台试验。对试验模型动力特性和地震响应对比分析结果表明:有控结构模型始终保持弹性状态,结构模型X向自振频率仅在输入峰值加速度0.95g地震波激励后出现下降,由1.907 Hz降为1.587 Hz,Y向自振频率始终保持3.052 Hz;Y向阻尼器发挥作用更为明显,对刚度较小部位以提供附加刚度为主,对刚度较大部位以提供附加阻尼为主,有控结构模型最小动力放大系数大于无控结构模型的,其最大动力放大系数均小于无控结构模型的;最大层间位移角均发生在Kobe波激励下结构二层层间,有控结构模型最大层间位移角大部分小于无控结构模型的;扇形剪切型阻尼器作为9度高抗震设防烈度区穿斗式木结构建筑增强加固措施是适宜的。

剪切型防屈曲钢板阻尼器的滞回性能试验研究

剪切型钢板阻尼器广泛应用于建筑结构的抗震设计中,但现有的钢剪切板阻尼器腹板易发生平面外屈曲,从而引起耗能腹板的疲劳破坏。为此,提出了剪切型防屈曲钢板阻尼器,是在传统的钢板阻尼器的基础上,在腹板的两侧增加了约束板和固定板,约束板用于防止耗能腹板的屈曲变形,固定板为约束板提供支撑。为研究剪切型防屈曲钢板阻尼器的滞回性能,设计了3个试件并对其进行了拟静力试验。试验结果表明：剪切型防屈曲钢板阻尼器可以有效抑制耗能腹板平面外屈曲,与传统钢板阻尼器相比,具有较强的耗能能力;约束板合理的形状对剪切型防屈曲钢板阻尼器性能有较大影响。采用数值模拟方法对剪切型防屈曲钢板阻尼器进行参数分析,研究了宽厚比对阻尼器滞回性能的影响。结果表明腹板宽厚比取值过大或过小时,承载力和耗能性能降低,但等效黏滞阻尼系数增大。

北京鲜活农产品项目消能减震设计

北京鲜活农产品项目为北京市重点项目,通过结构方案的优选,采用了混凝土框架结构体系+屈曲约束支撑及剪切型阻尼器结构形式。采用性能化设计,对结构进行了小震、中震分析,并采用MIDAS/Gen程序进行了罕遇地震作用下的弹塑性动力分析。计算分析结果表明,屈曲约束支撑及剪切型阻尼器的引入能有效降低结构的地震反应,很好地起到了第一道防线的作用。屈曲约束支撑及剪切型阻尼器的屈服先于主体结构屈服,从而耗散了地震能量,保护了主体框架结构,很好地起到了结构耗能"保险丝"的作用。

高阻尼橡胶剪切性能试验与拉索减振器设计研究

鉴于目前实桥上高阻尼橡胶圈是利用的高阻尼橡胶的挤压性能,而不是耗能更好的剪切性能,材料利用率低,本文通过高阻尼橡胶减振器试件剪切性能试验,获得了频率、应变幅值、厚度等各种参数对高阻尼橡胶减振器试件的影响规律,并利用高阻尼橡胶剪切耗能优于挤压耗能的特性,提出了一种简便可行的外置式拉索减振器的设计方法;最后讨论了减振器刚度、安装位置、橡胶材料、拉索长度等参数对减振效果的影响。

剪切型金属阻尼器在某高层项目中的应用

为了减小建筑物沉降对附近地铁运行的影响,上海某高层建筑采用剪切型金属阻尼器来耗散地震能量,降低结构的地震作用,从而达到降低桩基内力和结构自重的目的。通过减震方案设计,对含有剪切型金属阻尼器的结构分别进行小震附加阻尼比计算,静力弹塑性分析和大震弹塑性分析。结果表明,小震作用下金属阻尼器进入耗能状态,可为结构提供一定附加阻尼比。结构在大震作用下未出现倒塌,满足抗震设计延性思路,结构表现出良好的抗震性能。金属阻尼器可显著降低地震响应,减震效果达到了设计预期目标。