粘滞阻尼减震SDOF体系的地震反应分析及设计方法研究

摘要

近年来，粘滞阻尼器凭借其力学性能优势在土木工程界被广泛关注。随着减震装置的不断发展，粘滞阻尼减震体系预计会得到更广泛的推广和应用。基于此，本文围绕粘滞阻尼减震体系时程分析中的若干问题进行了如下方面的研究： （1）首次对粘滞阻尼减震体系的时程分析用地震动强度指标选择进行了研究 首先，用SAP2000软件建立了粘滞阻尼减震双线型SDOF体系的计算模型，选取了22条远场地震波作为地震动输入进行时程分析，然后计算分析了粘滞阻尼减震SDOF体系的地震响应与18种地震动强度指标的相关性，提出了计算结构的综合地震响应与地震动强度指标相关性的理论公式。研究表明：在0.1s~0.6s、0.6~2s和2s~6s三个周期段，结构的综合地震响应分别与地震动的峰值加速度PGA、峰值速度PGV、第一周期谱速度Sv的相关性较高，因此建议在这三个周期段分别选用PGA、PGV、Sv作为粘滞阻尼减震结构抗震分析用地震动强度指标。 （2）开展了结构参数对粘滞阻尼器减震效果的影响的研究 以自振周期为0.5s和2s的粘滞阻尼减震双线型SDOF体系为研究对象，选取了13条地震波作为地震动输入，分析了强度折减系数和屈服后刚度比对结构地震响应降低率、阻尼器耗能比及附加阻尼比的影响。研究表明：当主体结构强度折减系数一定时，屈服后刚度比的增大有利于提高加速度响应降低率、速度响应降低率、基底剪力降低率以及粘滞阻尼器的耗能比；位移响应降低率在屈服后刚度比为0时达到最大值；附加阻尼比随屈服后刚度比的降低而增大。当主体结构屈服后刚度比一定时，速度响应降低率、位移响应降低率和基底剪力降低率随强度折减系数的增大呈现先减后增的趋势；加速度响应降低率和阻尼器耗能比随强度折减系数的增大呈下降趋势；强度折减系数的增大有利于增大附加阻尼比。 （3）首次系统地分析了地震动特性对附加阻尼比的影响 选取了近、远场共98条地震动，对粘滞阻尼减震SDOF体系的附加阻尼比进行计算，分析了附加阻尼比随地震动有效持时、地震动加速度峰值和频谱特性的变化规律，得出以下结论：地震动有效持时对附加阻尼比的影响相对较弱；附加阻尼比随地震动加速度峰值的增大而降低，当地震动加速度峰值由70gal增大到200gal、200gal增大到400gal时，附加阻尼比降低率分别为53.6%、39.4%；附加阻尼比随地震动频谱特性PGV/PGA、PGD/PGA的增大而降低；提出了附加阻尼比与PGV/PGA、PGD/PGA的拟合关系式。 （4）提出了粘滞阻尼减震结构的简化设计方法 在已有的粘滞阻尼减震结构设计方法的基础上，提出了可以考虑地震动频谱特性的附加阻尼比计算方法。通过算例表明可以利用规范反应谱和本文提出的附加阻尼比拟合公式进行减震设计。利用本文提出的方法可以避免设计过程中粘滞阻尼器设计参数的反复试算，同时验证了第五章提出的计算公式的可靠性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 各类因素对传统结构地震响应的影响研究现状

1.2.1 地震动特性的影响研究现状

1.2.2 结构参数的影响研究现状

1.3 各类因素对粘滞阻尼减震结构地震响应的影响研究现状

1.3.1 地震动特性的影响研究现状

1.3.2 结构参数的影响研究现状

1.4 附加阻尼比的研究现状及存在的问题

1.5 本文研究内容与研究方法

第2章 粘滞阻尼器的特点及附加阻尼比计算方法

2.1 粘滞阻尼器的特点

2.1.1 粘滞阻尼器的减震原理

2.1.2 粘滞阻尼器的Maxwell分析模型

2.1.3 粘滞阻尼器力学特性

2.1.4 粘滞阻尼减震体系振动方程

2.2 附加阻尼比计算方法

2.2.1 附加阻尼比降低地震响应的原理

2.2.2 各国规范中附加阻尼比计算方法

2.3 本章小结

第3章 粘滞阻尼减震SDOF体系的地震响应与地震动强度指标相关性研究

3.1 引言

3.2 地震动强度指标

3.3 计算模型及地震动输入选择

3.3.1 结构模型

3.3.2 结构参数的确定

3.3.3 地震动输入选择

3.3.4 相关性分析计算流程

3.4 计算结果及其分析

3.4.1 结构最大加速度响应与地震动强度指标的相关性

3.4.2 结构最大速度响应与地震动强度指标的相关性

3.4.3 结构最大位移响应与地震动强度指标的相关性

3.4.4 结构基底剪力与地震动强度指标的相关性

3.4.5 粘滞阻尼耗能与地震动强度指标的相关性

3.4.6 结构综合地震响应与地震动强度指标的相关性

3.5 粘滞阻尼减震结构体系抗震分析用地震动强度指标取值建议

3.6 本章小结

第4章 结构参数对粘滞阻尼器减震效果影响分析

4.1 引言

4.2 计算模型参数选取

4.3 地震动输入选择

4.4 计算结果及其分析

4.4.1 结构地震响应减震效果分析

4.4.2 阻尼器耗能比的变化规律

4.4.3 附加阻尼比的变化规律

4.5 本章小节

第5章 地震动特性对粘滞阻尼减震SDOF体系附加阻尼比的影响

5.1 引言

5.2 计算模型参数选取

5.3 地震动输入选择

5.4 计算结果分析

5.4.1 地震动重要持时的影响

5.4.2 地震动加速度峰值的影响

5.4.3 地震动频谱特性的影响

5.5 本章小结

第6章 粘滞阻尼减震SDOF体系设计方法

6.1 前言

6.2 设计流程

6.3 设计算例

6.4 本章小结

结论与展望

一、 结论

二、 研究不足与展望

参考文献

附录1 98条地震动信息表

附录2 附加阻尼比受PGV/PGA的影响变化曲线

附录3 附加阻尼比受PGD/PGA的影响变化曲线

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢