【摘要】：強震下因薄弱層失效機制導致的結(jié)構(gòu)破壞或倒塌對生命財產(chǎn)安全構(gòu)成極大的威脅,以往研究中給出了一些將不利失效機制轉(zhuǎn)化成整體失效機制的對策。消能減震裝置具有對結(jié)構(gòu)體系改變小、適用范圍廣等特點,為不利失效機制的轉(zhuǎn)化提供了一種方法,其中,摩擦型阻尼器通過摩擦耗能來減小結(jié)構(gòu)薄弱部位的地震響應(yīng),但存在屈服后剛度不足的問題,小震下可為結(jié)構(gòu)提供足夠的剛度,當阻尼器發(fā)生相對滑動后,屈服后剛度驟減,這對強震下薄弱層失效機制控制十分不利。如何改善摩擦阻尼器的屈服后剛度以及剛度改善后對薄弱層失效機制的影響是需要解決的兩個主要問題。基于用硬化行為補償屈服后剛度的思想,本文研發(fā)了一種帶有屈服后硬化剛度的新型格柵式摩擦型阻尼器(Lattice-Shaped Friction Devices,簡稱LSFD),從構(gòu)造原理上解釋了屈服后硬化剛度的產(chǎn)生機理;為研究屈服后硬化剛度對結(jié)構(gòu)薄弱層的影響,開展了相關(guān)的性能試驗和理論研究。此外,針對以往減震結(jié)構(gòu)能量設(shè)計方法假定主體結(jié)構(gòu)彈性與實際不符且經(jīng)濟性較差的問題,提出了考慮結(jié)構(gòu)損傷的消能減震結(jié)構(gòu)能量設(shè)計方法。具體如下:(1)對帶有屈服后硬化剛度的LSFD開展了性能試驗研究。綜合考慮阻尼器豎桿的幾何非線性、摩擦耗能機制和加工精度等影響,推導了阻尼器出力計算公式。開展了黃銅和無石棉有機物兩種摩擦材料的擬靜力試驗,分析了兩種材料的滯回特性以及摩擦系數(shù)與扭矩系數(shù)比的變化規(guī)律并給出了系數(shù)比的建議值。通過格柵式摩擦型阻尼器耗能單元(Lattice-Shaped FrictionUnit,簡稱LSFU)的擬靜力試驗分析了阻尼器的滯回性能,結(jié)果表明,研發(fā)的阻尼器具有屈服后剛度硬化行為和多階段耗能特性,試驗結(jié)果與計算公式結(jié)果趨勢基本一致。(2)設(shè)計了帶有薄弱層的兩層鋼框架結(jié)構(gòu),開展了裝有LSFD減震結(jié)構(gòu)、普通摩擦耗能支撐(Friction Brace Damper,簡稱FBD)減震結(jié)構(gòu)和無控結(jié)構(gòu)的振動臺試驗,分析了 FBD屈服后剛度不足對帶有薄弱層結(jié)構(gòu)抗震性能的影響,重點研究了 LSFD的屈服后硬化剛度對薄弱層失效機制的控制效果。研究表明:中小震下兩種減震結(jié)構(gòu)控制效果差別不大,大震下裝有LSFD減震結(jié)構(gòu)的層間位移角分布更為均勻,能夠有效控制結(jié)構(gòu)薄弱層失效,而裝有FBD減震結(jié)構(gòu)的變形集中現(xiàn)象嚴重,對薄弱層抑制效果較差。(3)對LSFU和減震結(jié)構(gòu)開展了數(shù)值模擬研究。建立了擬靜力試驗中LSFU的實體單元模型和簡化模型,兩種數(shù)值模擬方法的計算精度和計算效率對比結(jié)果表明,實體單元模型與試驗結(jié)果擬合效果好,計算精度高,但計算效率低;而簡化模型可模擬LSFD的屈服后硬化剛度,在計算成本和計算效率方面具有明顯的優(yōu)勢。對振動臺試驗的LSFD減震結(jié)構(gòu)模型和無控結(jié)構(gòu)模型分別數(shù)值模擬,結(jié)果表明簡化模型與試驗結(jié)果擬合效果較好,可用于減震結(jié)構(gòu)性能分析。以10層鋼框架結(jié)構(gòu)為例,用LSFD進行了加固設(shè)計,并與裝有FBD減震結(jié)構(gòu)和無控結(jié)構(gòu)對比分析,證明了簡化模型的實用性以及LSFD對薄弱層結(jié)構(gòu)具有抑制作用,與試驗結(jié)論一致。(4)針對帶有屈服后硬化剛度滯回型阻尼器的減震結(jié)構(gòu),提出了基于位移的抗震設(shè)計改進方法。在總結(jié)該類阻尼器特點的基礎(chǔ)上,建議了通用的滯回模型并定義了兩個主要控制參數(shù)。提出了將減震結(jié)構(gòu)的附加阻尼比轉(zhuǎn)化為等效屈服強度的位移改進方法并給出了等效屈服強度的分配原則。對8層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進行加固設(shè)計并對比了在三種地震水平下有控和無控結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),證明了該方法的有效性。(5)基于主-從分布的滯回能量分配原則,開展了一種考慮主結(jié)構(gòu)損傷的消能減震結(jié)構(gòu)能量設(shè)計方法研究,該方法結(jié)合預(yù)期的主結(jié)構(gòu)損傷程度,通過延性系數(shù)構(gòu)建了損傷指數(shù)與等效阻尼比的關(guān)系并給出了設(shè)計流程,分別對采用該方法建立的模型和采用主結(jié)構(gòu)彈性方法建立的模型進行了時程對比分析,結(jié)果表明該方法減少了迭代次數(shù),求解過程簡單,較好地實現(xiàn)了性能化抗震設(shè)計目標。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU352.1;TU317
【圖文】：

形的累積必然會導致結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)損傷，甚至發(fā)生倒塌，這種被動的抗震策略，往往是逡逑通過增大構(gòu)件截面、提高配筋率等來實現(xiàn)“硬抗”邋Ｗ，然而構(gòu)件剛度增大的同時地震作逡逑用往往也會增大，結(jié)構(gòu)安全性難以保證，建造成本也相應(yīng)會X椉櫻跡保哺雋舜硇藻義系卣鷚鸕姆課蕕顧蘋怠＝昀此孀漚峁溝母卟慊透叢踴�，这謳瑝尾抗”抗狰c唄藻義隙越峁溝卣鴟從刂菩Ч⒉煥硐臚幣膊瘓謾Ｏ薌跽鵂際踝魑恢直歡刂品椒ǎ義霞汗惴河τ玫礁髦質(zhì)導式峁梗桑礎(chǔ)保礎(chǔ)�。辶x希ǎ幔╁澹玻埃埃改賚氪ǎ福凹肚空皰危ǎ猓╁澹玻埃保澳旰５兀罰臣肚空皰義賢跡保泊硇緣卣鷚鴟課蕕顧蘋靛義希疲椋紓澹保插澹攏酰椋歟洌椋睿紓簀澹悖錚歟歟幔穡螅邋澹悖幔酰螅澹溴澹猓澹潁澹穡潁澹螅澹睿簦幔簦椋觶邋澹澹幔潁簦瑁瘢酰幔耄澹簀義希玻義

本文編號：2805331