钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系结构方案的研究

摘要

巨型框架结构体系是适应高层建筑的发展而出现的一种新型结构体系，随着巨型框架结构的高度和体量的增大，其所承受的水平地震荷载必然很大，因此在建筑物中考虑结构减振措施是未来高层、超高层建筑发展的必然要求。结构振动控制可以分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制，各种控制手段均有其优越性和局限性，如何根据结构本身的结构动力特性，综合利用各种控制技术优势，提出更加安全、可靠、有效的结构控制措施，是目前学术界、工程界急待解决的一个重要课题。本文在结合巨型框架结构的自身优势、综合多种结构振动控制技术的基础上，提出了一种新型减振结构体系——钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系，这是巨型框架结构体系的最新发展。已有的研究结果表明，它具有调频质量减振、基础隔震和阻尼耗能减振等多种减振控制措施，减振效果非常显著，而且安全可靠、易于实现，具有广阔的应用前景。 本文对钢筋混凝土巨型框架抗震结构和钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构试验模型的振动台试验结果进行了对比研究，简单介绍了试验的概况，从两种试验模型振动特性、结构的加速度反应、位移反应、试验结束后的破坏特点方面进行了详细的比较，试验结果充分证明了钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的有效性，此外，将试验各阶段试验模型的地震反应理论计算结果与试验结果进行了比较，分析结果表明有限元计算结果是正确可靠的。对于具有非经典阻尼的钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系采用高层与超高层建筑的传统动力分析方法将其简化为等效阻尼比进行线性动力时程分析是不准确的、也是完全不必要的。本文指出传统动力分析方法和计算模型的局限性，介绍了本文中所采用的各种有限单元计算模型，阐述了非线性有限元动力时程分析方程的求解技术以及非线性单元的迭代计算原则，针对钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系受力的独特性，建立了具有非经典阻尼的钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构进行动力分析时所应采取的合理的计算模型。 本文采用非线性有限元时程分析方法对钢筋混凝土巨型框架抗震结构和钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构进行了研究，对两种结构体系的动力特性和地震反应性能进行了详细的比较分析，揭示了钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的减振机理，进一步论证了钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构不仅具有良好的空间协调工作性能，而且具有基础隔震、调频质量阻尼器减振、阻尼耗能减振等多种减振功能的优点。钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构主次框架主要采用两种联结方案：(1)采用增设次框架边柱、主次框架分离、并在次框架底层柱顶(或柱底)设置减振耗能装置(如夹层橡胶垫)的方案，(2)次框架楼层处设置减振耗能装置(如夹层橡胶垫)并在次框架底层柱顶(或柱底)设置减振耗能装置(如夹层橡胶垫)的方案。本文对钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构采用的主次框架间两种主要联接方案在不同地震强度以A<,max>、调谐比ξ、质量比μ、屈服刚度比η下的影响规律方面进行了深入的对比分析，并对两种联接方案作出了综合评价。两种联系方案下的减振结构均具有显著的减振效果，在许多抗震指标方面比较接近，第一种联接方案的减振效果更好一些，但是，第二种联接方案的次框架内力明显小于第一种联接方案次框架的内力，由于第二种联接方案的很大一部分楼层剪力由联接处的减振耗能装置支座传递给了主框架。本文建议采用第一种联接方案。 本文首次阐述了在钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构主次框架间设置粘滞阻尼器耗能减振的基本原理，建立了粘滞阻尼器计算模型，对在主次框架间设置粘滞阻尼器的钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的抗震性能进行了深入的探讨，研究结果表明，在主次框架间设置粘滞阻尼器能够有效降低钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的地震反应，防止主次框架间的结构地震碰撞破坏，同时研究了粘滞阻尼器主要动力参数对结构动力反应的影响规律，并就其设置的位置和数量也进行了系统的研究。 本文对两种隔震支座(LRB和FPS)方案钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的抗震性能进行了比较研究(目前，有关FPS隔震支座方面的研究在国内鲜有报导)，阐述了LRB隔震支座和FPS隔震支座的节点构造、工作原理，建立了两种隔震支座的计算模型，采用有限元方法对具有不同隔震装置的钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构进行了详细分析，同时.本文从隔震支座产品的经济适用性等方面对LRB隔震支座和FPS隔震支座也进行了综合评价，并建议采用LBR隔震装支座，最后，本文研究了FPS隔震支座主要动力参数的对结构抗震性能的影响。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第二章 钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构振动台试验

第三章 钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构有限元分析

第四章 主次框架间不同联接方案对钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构抗震性能的影响

第五章 设置粘滞阻尼器对钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构抗震性能的影响

第六章 具有不同隔震支座的钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构抗震性能的研究

全文总结

作者在攻读博士学位期间发表的论文题录

致谢