带耗能减震层高层结构体系分析与设计方法研究

发布时间：2018-02-13 14:17

本文关键词： 框架-核心筒结构耗能减震层伸臂悬臂肘节型减震机理抗震设计　出处：《广州大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：“带耗能减震层高层结构体系”是把耗能减震技术引入到加强层高层结构中，将加强层伸臂桁架和环带桁架中的普通支撑用耗能支撑代替，形成耗能减震层。本文在“体系设计”、“需求分析”和“构件设计”等三个层面上对带耗能减震层高层结构体系的分析与设计方法进行了研究，主要研究工作和成果如下： 1.对5个高阻尼黏弹性阻尼器进行了不同应变幅值、加载频率下的力学性能试验、疲劳性能试验和老化性能试验，试验结果表明：高阻尼黏弹性阻尼器的滞回曲线饱满，具有良好的变形性能和耗能能力；力学性能与应变幅值的相关性明显，与加载频率的相关性较小；具有较好的抗疲劳性能和抗老化性能。提出一种五单元模型，并采用该模型和Bouc-Wen模型分别对阻尼器的滞回性能进行模拟，研究结果表明：该二种模型能较好地表征高阻尼黏弹性阻尼器的滞回性能。 2.将带耗能减震层高层结构简化为带转动弹簧的悬臂梁模型，构造Heaviside函数描述减震层所在位置上下部分的振型函数，求解模型的总体偏微分振动方程，采用MATLAB语言编制程序，研究了结构模型的动力反应规律。分析结果表明，提出的简化计算模型能够较好地模拟带耗能减震层结构的受力和变形性能，利用振动方程的显式表达式揭示了带耗能减震层高层结构的减震机理。 3.推导带减震层伸臂框架-核心筒高层结构顶层位移的简化计算公式，结合ETABS有限元程序，研究了地震作用下带耗能减震层高层结构的刚度比和阻尼力比的变化规律。分析结果表明，采用刚度比特征参数i、g、p对结构侧向刚度进行优化是合理可行的，伸臂剪切刚度比g的取值宜控制在0.9～3.5区段之间；减震层阻尼力比的取值不应超过1.0。 4.对不同构造、不同组合减震层伸臂和环带高层结构进行地震反应分析，研究了不同构造、不同组合减震层的减震控制效果和耗能效率。分析结果表明，设置减震层伸臂对结构地震反应的的减震控制效果较好，设置减震层环带对结构地震反应的控制效果一般不超过减震层伸臂控制效果的25%。当在减震层伸臂和环带中设置屈曲约束支撑和黏弹性阻尼器时，宜采用双斜撑型构造；当在减震层伸臂和环带中设置黏滞阻尼器时，宜采用双斜撑型和剪切连接型构造。不同组合减震层对结构变形的控制效果相差较小，当采用黏滞减震层和黏弹性减震层进行优化组合时，对结构基底剪力的减震控制效果较好。 5.提出悬臂肘节型黏滞减震层，采用ETABS和PERFORM-3D有限元程序对其减震控制效果进行了分析。结果表明：带悬臂肘节型黏滞减震层高层结构具有很好的减震效果；悬臂肘节型黏滞阻尼器消能系统能充分利用高层结构的弯曲变形和层间剪切变形增大阻尼器的输出位移，阻尼器名义位移放大系数可达3~5倍；与双斜撑型黏滞减震层相比，悬臂肘节型黏滞减震层中黏滞阻尼器的耗能效率更高。 6.对带耗能减震层高层结构进行各种减震方案下的非线性动力时程反应分析，研究了结构的顶层位移、基底剪力、减震层中阻尼力与主体结构层间剪力分配关系的变化规律，采用积算公式和减震层阻尼力比公式对减震层的位置、数量和阻尼器的参数进行了优化分析。分析结果表明，可采用积算公式对减震层布置位置和数量进行优化；当多道黏滞减震层的位置确定后，可采用减震层阻尼力比公式对各减震层的黏滞阻尼器参数进行快速估计和优化；给出的带耗能减震层高层结构的实用设计方法有效、实用。 7.采用PERFORM-3D有限元程序对带耗能减震层高层结构的受力和变形进行了分析，推导了减震层伸臂处剪力墙受力层间位移角的计算公式，采用结构层间位移角和底部加强区、伸臂层处剪力墙的受力层间位移角作为性能指标控制带耗能减震层高层结构的变形，给出其性能指标限值和目标抗侧率的确定方法。研究结果表明：给出的带耗能减震层高层结构目标抗侧率的确定方法有效、可行。
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【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU973.31

【参考文献】