【摘要】：消能減震技術(shù)可有效減輕地震作用下工程結(jié)構(gòu)的損傷和動力反應(yīng),顯著提高結(jié)構(gòu)的抗震性能,具有安全、可靠和經(jīng)濟實用等優(yōu)勢,已廣泛應(yīng)用于我國新建建筑和老舊建筑加固中。目前,針對消能減震工程的設(shè)計方法大多依賴于彈塑性分析、工程經(jīng)驗和試算,依然缺乏與現(xiàn)行規(guī)范體系契合的設(shè)計方法。本文提出了基于模型的框架結(jié)構(gòu)減震設(shè)計方法,對八度設(shè)防4層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了減震設(shè)計和彈塑性時程分析,制作了該框架的減震和非減震地震模擬振動臺試驗?zāi)Ｐ?進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗研究,驗證了所提出的基于模型的框架結(jié)構(gòu)減震設(shè)計方法。本文的主要內(nèi)容和發(fā)現(xiàn)包括:1、提出了一種基于阻尼器力學(xué)模型和結(jié)構(gòu)力學(xué)特征的消能減震設(shè)計方法。此方法適用于位移相關(guān)型和速度相關(guān)型阻尼器,避免了多自由度體系與等效單自由度體系相互轉(zhuǎn)化的不確定性和復(fù)雜性,面向多自由度結(jié)構(gòu)進(jìn)行主結(jié)構(gòu)、阻尼器、連接構(gòu)件一體化減震設(shè)計,與抗震設(shè)計規(guī)范和設(shè)計流程相銜接,具有較好的適用性。2、利用所提出的消能減震設(shè)計方法,分別使用金屬阻尼墻和粘滯阻尼墻對一個八度設(shè)防的4層框架原型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了減震設(shè)計,得到金屬阻尼墻減震結(jié)構(gòu)和粘滯阻尼墻減震結(jié)構(gòu),使用有限元軟件OpenSEES對其進(jìn)行了大震下的彈塑性時程分析,驗證了基于模型的減震設(shè)計方法的有效性。3、根據(jù)振動臺試驗?zāi)Ｐ偷南嗨圃O(shè)計理論,按1:4的相似比設(shè)計制作了純框架原型結(jié)構(gòu)和減震原型結(jié)構(gòu)的振動臺試驗?zāi)Ｐ汀ＴO(shè)計并制作了金屬阻尼墻和粘滯阻尼墻,試驗表明其力學(xué)性能參數(shù)與設(shè)計模型一致。4、對純框架結(jié)構(gòu)模型和金屬阻尼墻減震結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了地震模擬振動臺試驗研究。對比分析了地震反應(yīng)和破壞全過程,研究了阻尼器及連接構(gòu)件的局部響應(yīng),驗證了基于模型的框架結(jié)構(gòu)減震設(shè)計方法。主要結(jié)論為:(1)金屬阻尼墻具有明顯的附加剛度效應(yīng)和附加阻尼效應(yīng),減震結(jié)構(gòu)的自振頻率比純框架結(jié)構(gòu)增大20%左右,附加阻尼比隨地震動幅值的增大而增長。(2)與純框架結(jié)構(gòu)模型相比,不同幅值地震動作用下,金屬阻尼墻減震結(jié)構(gòu)模型的樓層位移響應(yīng)大幅降低,X方向降低40%~60%,Y方向降低50%~70%,金屬阻尼墻對結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)的控制效果達(dá)到設(shè)計預(yù)期,驗證了基于模型的減震設(shè)計方法的有效性。(3)阻尼器連接構(gòu)件具有足夠的剛度和強度,驗證了預(yù)埋件-連接墻肢這種連接形式的可靠性,驗證了本文提出的阻尼墻連接構(gòu)件設(shè)計方法的有效性。
【圖文】：

- 3 -圖 1-1 結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)分類（3）半主動控制是將被動控制和主動控制相結(jié)合，控制過程依賴于外部構(gòu)反應(yīng)，通過少量外部能量來調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)（如剛度、阻尼到最優(yōu)控制狀態(tài)，從而降低結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的反應(yīng)。半主動控制同時動控制自適應(yīng)的控制效果和被動控制穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，也避免了主動控量外部能量輸入、被動控制調(diào)諧范圍窄等問題。常用的半主動控制系統(tǒng)包系統(tǒng)、變阻尼系統(tǒng)等。（4）智能控制的控制原理與主動控制基本一致，但外部控制力是由智能的智能可調(diào)阻尼器和智能材料驅(qū)動器提供。智能控制具備學(xué)習(xí)功能、適應(yīng)

圖 1-3 金屬阻尼器構(gòu)造（李鋼，2006）（2）粘滯阻尼器粘滯阻尼器就是利用粘滯材料（彈性膠泥、硅油、烴類高分子材料等）在運動時產(chǎn)生粘滯阻尼力并耗散能量的阻尼器，粘滯阻尼器按照阻尼力的產(chǎn)生原理可分為流動抗阻式粘滯阻尼器和剪切抗阻式粘滯阻尼器，具體分類如圖 1-4 所示。流動抗阻式和剪切抗阻式的阻尼力產(chǎn)生原理如圖 1-5 所示，流動抗阻式阻尼器通過活塞桿帶動活塞運動時節(jié)流孔對粘滯材料的抗阻而產(chǎn)生阻尼力；剪切抗阻式阻尼器的阻尼力是由兩塊板相對運動時其間粘滯材料的剪切抗阻產(chǎn)生的（社團法人日本隔震結(jié)構(gòu)協(xié)會，2008）。粘滯阻尼器流動抗阻型剪切抗阻型筒型阻尼器多層型阻尼器旋轉(zhuǎn)筒型阻尼器粘滯阻尼墻
【學(xué)位授予單位】：中國地震局工程力學(xué)研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU352.1

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本文編號：2614658