【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(dòng)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(jì)實(shí)用等優(yōu)勢(shì),已廣泛應(yīng)用于我國(guó)新建建筑和老舊建筑加固中。目前,針對(duì)消能減震工程的設(shè)計(jì)方法大多依賴于彈塑性分析、工程經(jīng)驗(yàn)和試算,依然缺乏與現(xiàn)行規(guī)范體系契合的設(shè)計(jì)方法。本文提出了基于模型的框架結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)方法,對(duì)八度設(shè)防4層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了減震設(shè)計(jì)和彈塑性時(shí)程分析,制作了該框架的減震和非減震地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究,驗(yàn)證了所提出的基于模型的框架結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)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(jì)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(jì),與抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)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(jì)方法,分別使用金屬阻尼墻和粘滯阻尼墻對(duì)一個(gè)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(jì),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(duì)其進(jìn)行了大震下的彈塑性時(shí)程分析,驗(yàn)證了基于模型的減震設(shè)計(jì)方法的有效性。3、根據(jù)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南嗨圃O(shè)計(jì)理論,按1:4的相似比設(shè)計(jì)制作了純框架原型結(jié)構(gòu)和減震原型結(jié)構(gòu)的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀ＴO(shè)計(jì)并制作了金屬阻尼墻和粘滯阻尼墻,試驗(yàn)表明其力學(xué)性能參數(shù)與設(shè)計(jì)模型一致。4、對(duì)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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究。對(duì)比分析了地震反應(yīng)和破壞全過(guò)程,研究了阻尼器及連接構(gòu)件的局部響應(yīng),驗(yàn)證了基于模型的框架結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)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(dòng)幅值的增大而增長(zhǎng)。(2)與純框架結(jié)構(gòu)模型相比,不同幅值地震動(dòng)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(duì)結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)的控制效果達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期,驗(yàn)證了基于模型的減震設(shè)計(jì)方法的有效性。(3)阻尼器連接構(gòu)件具有足夠的剛度和強(qiáng)度,驗(yàn)證了預(yù)埋件-連接墻肢這種連接形式的可靠性,驗(yàn)證了本文提出的阻尼墻連接構(gòu)件設(shè)計(jì)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(dòng)控制是將被動(dòng)控制和主動(dòng)控制相結(jié)合，控制過(guò)程依賴于外部構(gòu)反應(yīng)，通過(guò)少量外部能量來(lái)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(dòng)控制同時(shí)動(dòng)控制自適應(yīng)的控制效果和被動(dòng)控制穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，也避免了主動(dòng)控量外部能量輸入、被動(dòng)控制調(diào)諧范圍窄等問(wèn)題。常用的半主動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)抗阻式阻尼器通過(guò)活塞桿帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)節(jié)流孔對(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)其間粘滯材料的剪切抗阻產(chǎn)生的（社團(tuán)法人日本隔震結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)，2008）。粘滯阻尼器流動(dòng)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(guó)地震局工程力學(xué)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU352.1

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本文編號(hào)：2614658