新型摩擦“塑性铰”构造的抗震性能研究

提出了一种安全性高、成本低的新型摩擦"塑性铰"构造的概念和几何设计,以实现精准耗能和大震可修的延性设计抗震目标。以钢结构梁柱延性节点的设计理论为基础,推导了该构造的力学性能理论和工作机制,并应用于钢框架结构进行了静力弹塑性分析。通过ABAQUS有限元软件建立了5个工况的数值分析模型,进行了有限元模型的循环往复位移荷载分析,探究了新型摩擦"塑性铰"构造的抗震性能。结果表明:该构造模型仅发生了抗剪螺栓的剪切破坏,可实现其精准耗能和结构的快速修复;具有较好的转动性能,满足层间位移角要求;摩擦耗能随着旋转加载螺栓预应力和摩擦系数的增大而增大,其滞回曲线较饱满,延性系数较大,具有较好的抗震性能;理论分析和有限元分析的承载力基本吻合,分别为15.92 kN、15.84 kN;抗剪螺栓的剪切和纯摩擦耗能两阶段的等效粘滞阻尼系数分别为0.318、0.671,纯摩擦耗能阶段的耗能能力较好。在钢框架中摩擦"塑性铰"的形成与发展符合抗震性能要求,Pushover分析可作为结构抗震性能评估的有效方式。     

钢筋砼摩擦耗能支撑框架结构的单元刚度和力学模型分析

为研究钢筋砼摩擦耗能支撑框架结构的动力反应性能 ,对其中的摩擦耗能器单元和框架杆单元的单元刚度和力学模型做了分析。钢筋砼摩擦耗能支撑单元由支撑杆单元和钢板—橡胶摩擦耗能器单元组成 ,支撑单元可取空间杆单元 ,摩擦耗能器单元为平面应力矩形单元。摩擦耗能器单元的剪切恢复力曲线为理想的弹塑性曲线 ,根据耗能器单元的力学模型 ,可确定其在每一时刻的刚度 ;框架结构空间杆单元的恢复力模型采用双线型模型 ,根据杆单元的力学模型 ,可确定其在每一时刻的刚度。并利用所编制的程序对十层单榀两跨空间普通框架和摩擦耗能支撑框架在地震作用下进行了弹塑性反应时程分析 ,结果表明耗能支撑框架的顶层最大位移明显小于普通框架     

基于能量被动耗能结构抗震设计方法的研究

将结构前两阶振型各自等效为单自由度,采用模态pushover分析确定各等效单自由度的屈服强度系数和延性系数,然后由反应谱计算各阶振型耗散能量需求,利用各振型能量分布曲线,求得各层耗散能量需求,叠加得到各层地震总能量需求,据此确定耗能装置的类型及设计参数.运用该方法对9层钢框架进行了设计,并通过非线性动力分析进行了验证,结果表明该方法精确度符合实际工程需求.     

振戎中学食堂楼耗能减震分析与设计(Ⅰ)－反应谱法

本文采用耗能减震技术，根据建筑结构抗震规范规定的反应谱法，利用CTAB程序对云南省洱源县振戎中学食堂进行了抗震计算分析和设计验算。首先对未加耗能减震装置的空框架结构进行了小震下的位移和强度验算以及大震下的位移验算；其次，介绍了本工程选用的T字芯板摩擦耗能器的工作原理，并对耗能器进行了足尺性能试验；第三，根据工程结构的环境特点和建筑使用功能要求，确定了耗能减震方案；最后，对耗能减震结构进行了抗震验算和分析，结果表明，附加耗能器后的工程结构抗震性能得到了明显改善。     

振戎中学食堂楼耗能减震分析与设计(Ⅰ)一反应谱法

本文采用耗能减震技术，根据建筑结构抗震规范规定的反应谱法，利用ＣＴＡＢ程序对云南省洱源县振戎中学食堂进行了抗震计算分析和设计验算．首先对未加耗能减震装置的空框架结构进行了小震下的位移和强度验算以及大震下的位移验算；其次，介绍了本工程选用的Ｔ字芯板摩擦耗能器的工作原理，并对耗能器进行了足尺性能试验；第三，根据工程结构的环境特点和建筑使用功能要求，确定了耗能减震方案；最后，对耗能减震结构进行了抗震验算和分析，结果表明，附加耗能器后的工程结构抗震性能得到了明显改善．     

钢屈服—摩擦复合耗能器的性能研究

本文提出了“综合利用不同耗能原理和机制来设计新型耗能器”的思想,研究开发了钢屈服－摩擦复合耗能器,并对其进行了性能试验和对比试验,考察了耗能器的工作性能和耗能性能。给出了耗能器的恢复力模型,研究结果表明,钢屈服－摩擦复合耗能器利用钢屈服滞回和摩擦两种机制耗能,具有稳定的工作性能,耗能能力强且可调节,构造简单,形状紧凑,体积小,造价低,制作与安装方便,是一种有广阔应用前景的新型耗能减震装置。     

腹板摩擦式钢框架节点震后可更换性能的试验研究

主要针对梁腹板带有摩擦耗能螺栓的自复位钢框架节点结构进行抗震性能和可更换性能的试验研究,探讨该类节点在往复荷载作用下的滞回性能以及节点域的变形特征。在参数选型的基础上,对5组钢框架节点试件进行了低周反复荷载作用下的拟静力试验,其中:4组试件具有自复位能力,分析了各试件的承载力、刚度、耗能性能和滞回特性等性能。综合研究结果表明:所提出的拼接节点能够利用摩擦螺栓的滑移提高节点的耗能能力,有效减少梁和柱主体构件的损伤,同时预应力筋提供了结构的自复位能力。试验结果表明:在地震作用之后,通过更换腹板及摩擦螺栓可以使结构的承载能力和耗能性能与震前基本一致,从而实现结构功能的快速恢复。     

一种新型金属变摩擦耗能器的研发与应用

基于被动控制理论,提出一种新型的金属变摩擦耗能阻尼器。通过改变金属摩擦面的摩擦面积,使摩擦系数具有随位移改变而变化的特性。在金属摩擦学理论的基础上,建立了金属变摩擦耗能器的阻尼力计算模型与产品的开发。理论计算与实验数据表明：新型金属变摩擦耗能器的减震性能显著优于常规阻尼器,避免了传统阻尼装置（如油阻尼器）存在的造价高、维护复杂、易漏油的问题;克服了常规摩擦耗能器不能在不同大小荷载作用下保持同样控制效果的缺点,能做到抗震耗能器在不同荷载下保持很好的抗震效果,真正做到＂小震小位移少耗能,大震大位移多耗能＂的智能控制。     

钢筋混凝土框架刚塑性抗震设计方法研究

在罕遇地震作用下,钢筋混凝土框架结构通常要经历相当大的塑性变形,地震输入的动能绝大部分转化为塑性变形能而被耗散,仅有很少部分转化为弹性变形能,基于这种能量转化机制,采用刚塑性模型来预测地震反应.同时建议在结构设计时于适当位置预设塑性铰,使结构在强烈地震作用下的能量耗散集中在塑性铰处,并保证结构整体性,从而达到结构大震不倒的设防水准.以塑性理论为基础,发展了一种适用于钢筋混凝土框架结构刚塑性抗震设计方法.文中最后以5层钢筋混凝土框架为例给出了分析结果,并与弹塑性时程分析进行了对比,两者的一致性是相当满意的.由此表明,刚塑性抗震设计方法概念清晰,计算简单,具有可靠精度,可以满足罕遇地震作用下钢筋混凝土框架结构抗震设计要求.     

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。工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。     

两种弧形钢阻尼器设计与性能研究

本文利用钢塑性滞回变形耗能的特性,提出了两种弧形钢耗能阻尼器,通过分析得出该阻尼器的设计公式,并建立了相应的力学模型.为验证两种弧形钢阻尼器的力学特性,进行了数值仿真和试验测试,并对比分析两种方法得到的结果.结果表明:弧形钢阻尼器具有较高的阻尼比和稳定的滞回特性,可以作为减震结构在桥梁、建筑领域推广应用.     

振戎中学食堂楼耗能减震分析与设计（I）—反应谱法

本文采用耗能减震技术，根据建筑结构抗震规范定的应用谱法，利用CTAB程序对云南省洱源县振戎中学食堂进行了抗震计算分析和设计验算，首先对未加耗能减震装置的空框架结构进行了小震下的位移和强度验算以及大震下的位移验算，其次，介绍了本工程选用的T字芯板摩擦耗能器的工作原理，并对耗能器进行了足尺性试验，第三，根据工程结构的环境特点和建筑使用功能要求，确定了耗能减震方案，最后，对耗能减震结构进行了抗震验算和分析，结果表明，附加耗能器后的工程结构抗震性能得到了明显改善。     

螺栓拼接连接可更换耗能梁段-钢框筒结构抗震性能评估

为了增强传统钢框筒结构(Steel framed-tubed structures, SFT)的抗震性能和震后功能可恢复能力,提出了螺栓拼接连接可更换耗能梁段-钢框筒结构(Steel framed-tubed structures with bolt-splice-connected repairable link beams, SFT-RLB)。首先给出了SFT-RLB结构构件的设计方法;然后基于OpenSEES平台提出了整体结构的弹塑性数值模型建模方法,通过子结构试验结果验证了有限元模型的准确性;继而设计了SFT和SFT-RLB结构算例,对比了2种结构的弹性和弹塑性性能;最后采用IDA方法对结构算例的抗地震倒塌能力进行评估。分析结果表明,SFT-RLB结构主要通过耗能梁段发展塑性耗散地震能量代替裙梁端部形成塑性铰,其耗能能力和变形能力均明显优于SFT结构。大震作用下,裙梁中设置的耗能梁段充分进入塑性耗散地震能量,可以有效地减小结构的基底剪力和层间侧移角,从而降低结构的地震作用,减轻主体构件的损伤程度。SFT-RLB的残余层间侧移角小于试验测得的可允许更换残余侧移角,证明结构具有震后...     

低周往复荷载作用下自复位钢框架抗震性能研究

建立了1榀2跨3层以角钢为耗能元件的自复位钢框架结构有限元分析模型,详细介绍了模型的模拟与分析方法。钢绞线的预应力采用等效降温法施加,通过钢绞线提供的回复力可使结构在震后具有自复位能力。在加载过程中,为确保结构的自复位能力,预应力钢绞线要保持弹性。对结构模型施加由位移控制的往复荷载,并通过改变结构的初始预应力值及钢绞线的数量分析参数的改变对结构自复位性能及耗能能力的影响。分析结果表明:与传统钢框架相比,自复位钢框架的震后残余位移明显减小;在4%的层间位移角下,自复位钢框架梁柱及钢绞线均保持弹性状态,结构通过角钢的塑性耗散能量,震后框架具有自复位能力。     

增设节点阻尼器的外附钢框架结构抗震性能试验研究

提出一种组合型减震结构,由钢框架、节点阻尼器和原结构连接组成,外附钢框架将节点阻尼器连接在原混凝土框架结构上形成的增设节点阻尼器的外附钢框架结构,节点阻尼器的剪切滞回变形可以减小结构自身需要消耗的能量,从而提高原结构抗震性能。对原混凝土结构和增设节点阻尼器的组合型结构进行了的振动台试验。通过分析结构在不同地震波激励下的加速度和位移响应,得出楼层加速度和层位移的减震效果。研究结果表明:该结构体系在小震作用下通过提高结构刚度来增强其抗震性能;在大震作用下则可借助节点阻尼器的变形耗能来提升结构耗能能力,结构加速度减震系数达到53%,层间位移减震系数高达72%,验证了增设节点阻尼器的外附钢框架结构的减震效果。     

不同支撑形式高强钢组合偏心支撑抗震性能研究

耗能梁段作为偏心支撑结构的耗能元件,在大震作用下通过弹塑性变形吸收地震能量,保护主体结构处于弹性受力状态。现行规范基于强度的设计理论,为了保证耗能梁段进入塑性或破坏,梁柱构件需要进行放大内力设计,导致截面过大,而且基于强度的设计方法很难保证结构的整体破坏状态。目前,抗震设计越来越重视基于性能的设计思想,该方法能够评估结构的弹塑性反应。对于高强钢组合偏心支撑,其中耗能梁段和支撑采用Q345钢,框架梁柱采用Q460或者Q690高强度钢材,高强钢不仅带来良好的经济效益,而且能够推广高强钢在抗震设防区的应用。利用基于性能设计方法设计了4种不同形式的高强钢组合偏心支撑钢框架,包括K形、Y形、V形和D形,考虑4层、8层、12层和16层的影响。通过Pushover分析和非线性时程分析评估该结构的抗震性能,研究结果表明:4种形式的高强钢组合偏心支撑钢框架具有类似的抗震性能,在罕遇地震作用下,几乎所有耗能梁段均参与耗能,而且层间侧移与耗能梁段转角沿高度分布较为均匀。其中:D形偏心支撑具有最大的抗侧刚度,但延性较差,而Y形偏心支撑的抗侧刚度最弱,但延性最佳。     

耗能段腹板高厚比对Y型偏心支撑钢框架滞回性能影响的试验研究

Y型偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中抗震耗能的结构形式之一,为了研究Y型偏心支撑钢框架中耗能梁段腹板高厚比对结构滞回性能的影响,进行了2榀1/3缩尺Y型偏心支撑钢框架的低周反复荷载试验.本文主要介绍了试验过程,分析了Y型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力.试验结果表明:Y型偏心支撑钢框架延性好、耗能能力强,耗能梁段腹板高厚比的改变对Y型偏心支撑钢框架强度、刚度以及耗能能力具有较大的影响.耗能梁段腹板高厚比设计得合理,Y型偏心支撑钢框架侧向刚度较大,可以满足在小震或中震作用下的结构变形要求,在大震作用下提供良好的变形能力和耗散地震能量的功能.     

钢筋砼磨擦耗能支撑框架结构的单元刚度和力学模型分析

为研究钢筋砼磨擦耗能支撑框架结构的动力反应性能，对其中的磨擦耗能器单元和框加杆单元的单元刚度和力学模型做了分析。钢筋砼磨擦耗能支撑单元由支撑杆单元和钢板－橡胶磨擦耗能器单元组成，支撑单元可取空间杆单元，磨擦耗能器单元为平面应力矩形单元。磨擦耗能器单元的剪切恢复力曲线为理想的弹塑性曲线，根据耗能器单元的力学模型，可确定其在每一时刻的刚度；框架结构空间杆单元的恢复力模型采用双线型模型，根据杆单元的力学模型，可确定其在每一时刻的刚度。并利用所编制的程序对十层单榀两跨空间普通框架和摩擦耗能支持框架在地震作用下进行了弹塑性反应时程分析，结果表明耗能支撑框架的顶层最大位移明显小于普通框架。     

高层拟粘滞摩擦耗能结构的试验与参数研究

首先对一座安装有拟粘滞摩擦耗能器的１：８的１６层三跨钢结构模型、该结构未装耗能器的空框架以及装有普通支撑的框架模型进行了振动台地震模拟试验和动力特性试验,试验结果表明拟粘滞摩擦耗能器有良好的减振效果。然后对影响耗能体系减振效果的主要参数进行了数值研究,讨论了支撑刚度、初始起滑力和耗能器接触刚度对减振效果的影响。     

聚合阻尼耗能减震结构理论模型及振动台试验

提出一种高层减震结构体系,将核心筒与外框架采用柔性滑动连接,并集中设置聚合阻尼减震系统,充分利用内部核心筒和外框架的侧向变形差耗散地震能量;建立了聚合阻尼减震结构的简化质点系模型,并得到地震作用下的位移传递公式;完成了模型结构的振动台模型试验,验证了聚合阻尼耗能减震结构的减震效果;最后通过工程算例分析得到了聚合阻尼耗能减震结构内核心筒、外框架的地震响应和减震效果,进一步探讨了地震作用下不同结构体系的塑性损伤状态,理论和试验研究结果表明聚合阻尼耗能减震结构可有效控制结构构件的塑性损伤。