基于模型的框架结构减震设计方法及试验研究

发布时间：2020-04-05 06:13

【摘要】：消能减震技术可有效减轻地震作用下工程结构的损伤和动力反应,显著提高结构的抗震性能,具有安全、可靠和经济实用等优势,已广泛应用于我国新建建筑和老旧建筑加固中。目前,针对消能减震工程的设计方法大多依赖于弹塑性分析、工程经验和试算,依然缺乏与现行规范体系契合的设计方法。本文提出了基于模型的框架结构减震设计方法,对八度设防4层框架结构进行了减震设计和弹塑性时程分析,制作了该框架的减震和非减震地震模拟振动台试验模型,进行了系统的试验研究,验证了所提出的基于模型的框架结构减震设计方法。本文的主要内容和发现包括:1、提出了一种基于阻尼器力学模型和结构力学特征的消能减震设计方法。此方法适用于位移相关型和速度相关型阻尼器,避免了多自由度体系与等效单自由度体系相互转化的不确定性和复杂性,面向多自由度结构进行主结构、阻尼器、连接构件一体化减震设计,与抗震设计规范和设计流程相衔接,具有较好的适用性。2、利用所提出的消能减震设计方法,分别使用金属阻尼墙和粘滞阻尼墙对一个八度设防的4层框架原型结构进行了减震设计,得到金属阻尼墙减震结构和粘滞阻尼墙减震结构,使用有限元软件OpenSEES对其进行了大震下的弹塑性时程分析,验证了基于模型的减震设计方法的有效性。3、根据振动台试验模型的相似设计理论,按1:4的相似比设计制作了纯框架原型结构和减震原型结构的振动台试验模型。设计并制作了金属阻尼墙和粘滞阻尼墙,试验表明其力学性能参数与设计模型一致。4、对纯框架结构模型和金属阻尼墙减震结构模型进行了地震模拟振动台试验研究。对比分析了地震反应和破坏全过程,研究了阻尼器及连接构件的局部响应,验证了基于模型的框架结构减震设计方法。主要结论为:(1)金属阻尼墙具有明显的附加刚度效应和附加阻尼效应,减震结构的自振频率比纯框架结构增大20%左右,附加阻尼比随地震动幅值的增大而增长。(2)与纯框架结构模型相比,不同幅值地震动作用下,金属阻尼墙减震结构模型的楼层位移响应大幅降低,X方向降低40%~60%,Y方向降低50%~70%,金属阻尼墙对结构位移响应的控制效果达到设计预期,验证了基于模型的减震设计方法的有效性。(3)阻尼器连接构件具有足够的刚度和强度,验证了预埋件-连接墙肢这种连接形式的可靠性,验证了本文提出的阻尼墙连接构件设计方法的有效性。
【图文】：

- 3 -图 1-1 结构减震控制技术分类（3）半主动控制是将被动控制和主动控制相结合，控制过程依赖于外部构反应，通过少量外部能量来调节结构系统的内部参数（如刚度、阻尼到最优控制状态，从而降低结构在外荷载作用下的反应。半主动控制同时动控制自适应的控制效果和被动控制稳定可靠的优点，也避免了主动控量外部能量输入、被动控制调谐范围窄等问题。常用的半主动控制系统包系统、变阻尼系统等。（4）智能控制的控制原理与主动控制基本一致，但外部控制力是由智能的智能可调阻尼器和智能材料驱动器提供。智能控制具备学习功能、适应

图 1-3 金属阻尼器构造（李钢，2006）（2）粘滞阻尼器粘滞阻尼器就是利用粘滞材料（弹性胶泥、硅油、烃类高分子材料等）在运动时产生粘滞阻尼力并耗散能量的阻尼器，粘滞阻尼器按照阻尼力的产生原理可分为流动抗阻式粘滞阻尼器和剪切抗阻式粘滞阻尼器，具体分类如图 1-4 所示。流动抗阻式和剪切抗阻式的阻尼力产生原理如图 1-5 所示，流动抗阻式阻尼器通过活塞杆带动活塞运动时节流孔对粘滞材料的抗阻而产生阻尼力；剪切抗阻式阻尼器的阻尼力是由两块板相对运动时其间粘滞材料的剪切抗阻产生的（社团法人日本隔震结构协会，2008）。粘滞阻尼器流动抗阻型剪切抗阻型筒型阻尼器多层型阻尼器旋转筒型阻尼器粘滞阻尼墙
【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU352.1

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本文编号：2614658