附加黏滞阻尼器和BRB的钢框架联合减震设计与分析

摘要

迄今，有关结构减震控制的研究绝大多数都集中于采用单一类型阻尼器减震结构。若采用速度型阻尼器减震，只能通过提高主体刚度或附加阻尼才能较好地控制结构变形，但这意味着材料或阻尼器用量的增加;若采用位移型阻尼器减震，只能通过增大阻尼器吨位与数量或提高主体刚度才能较好的控制结构变形，但地震作用的增大需增加材料用量，而阻尼力的增大不但对连接与节点要求更苛刻，而且对主体结构的附加力更大，这些问题在高烈度区往往比较突出。同时速度型阻尼器的变形控制效果不如位移型显著，但其减小地震作用的效果却优于位移型阻尼器，且在结构变形最大时其阻尼力为零，两者的性能恰好互补。因此本文提出采用速度型阻尼器和位移型阻尼器联合减震的方法，并针对附加黏滞阻尼器和屈曲约束支撑（Buckling Restrained brace，简称BRB）的钢框架联合减震结构进行研究。主要研究内容和成果如下:
　　第一，研究了两类阻尼器与主体结构的匹配性，提出了一套钢框架联合减震的设计方法。首先设计4种高度、3种侧向刚度的12个纯钢框架，对每个纯钢框架，屈曲约束支撑名义抗侧刚度比k取11个值，每赋予k一个数值并设置屈曲约束支撑后，再将其减震至预期变形，同时求出相应的需求附加阻尼比并分配到各楼层，由各楼层的分配附加阻尼比计算黏滞阻尼器的参数并进行布置，按该方法建立12组共132个钢框架联合减震结构。然后通过对这些联合减震结构进行中、大震下的弹塑性时程分析，建立最大层间位移角随k变化的关系曲线，从而给出两类阻尼器与纯钢框架的匹配性建议取值，并基于此提出了一套小震下基于反应谱的设计方法。
　　第二，依照本文提出的匹配性建议取值和设计方法设计了钢框架联合减震结构，并分析其减震效果，研究表明:所提出的匹配性建议取值是有效的，相应的联合减震设计方法过程简明，且便于操作。
　　第三，本文设计了纯BRB钢框架减震结构，并与钢框架联合减震结构的减震效果进行了对比，研究结果表明:纯BRB减震结构需附加大量的BRB，结构刚度明显增大，其位移控制效果略优于联合减震结构，但其地震作用大幅度大于后者，且其楼层加速度也明显大于联合减震结构;纯BRB减震结构中BRB的出力大约是联合减震结构的两倍，对临近构件和连接及节点要求更苛刻;纯BRB减震结构中BRB的耗能能力和延性发挥的很小，而联合减震结构中两类阻尼器的耗能能力和延性都得到了很好的发挥。
　　综上所述，本文提出了采用速度型阻尼器和位移型阻尼器联合减震的方法，并对附加黏滞阻尼器和屈曲约束支撑的钢框架联合减震结构进行了研究，给出了相应的匹配性建议取值，并提出了一套相应的设计方法，可为结构减震设计提供一定参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．1．1 研究的背景

1．1．2 研究的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 联合减震的研究现状

1．2．2 阻尼器的研究现状

1．3 研究目的

1．4 研究内容

参考文献

第2章 黏滞阻尼器和屈曲约束支撑的基本性能

2．1 黏滞阻尼器的基本性能

2．1．1 黏滞阻尼器的原理和构造

2．1．2 黏滞阻尼器的性能特点

2．1．3 黏滞阻尼器的力学模型

2．1．4 黏滞阻尼器的等效线性化

2．2 屈曲约束支撑的基本性能

2．2．1 屈曲约束支撑的构造和原理

2．2．2 屈曲约束支撑的承载力

2．2．3 屈曲约束支撑的刚度

2．2．4 屈曲约束支撑的恢复力模型

2．3 本章小结

参考文献

第3章 联合减震结构体系受力机理

3．1 联合减震的方法

3．2 联合减震结构的构成特点和原理

3．2．1 联合减震结构的构成特点

3．2．2 联合减震结构的原理

3．3 联合减震结构的恢复力模型

3．3．1 结构计算模型的类型

3．3．2 联合减震结构的计算模型

3．3．3 联合减震结构的恢复力模型

3．4 联合减震结构特性的计算

3．4．1 联合减震结构的等效周期

3．4．2 联合减震结构的等效刚度

3．4．3 联合减震结构的阻尼比

3．5 本章小结

参考文献

第4章 联合减震结构设计方法

4．1 耗能减震设计方法

4．1．1 现有设计方法简述

4．1．2 本文的设计方法

4．2 联合减震结构的设防目标和性能目标

4．3 两类阻尼器的布置

4．3．1 黏滞阻尼器的布置

4．3．2 屈曲约束支撑的布置

4．4 匹配性研究的思路

4．5 主体与阻尼器的匹配性研究

4．5．1 研究方法

4．5．2 算例简介

4．5．3 地震波的选取

4．5．4 需求附加阻尼比结果

4．5．5 6层框架结构分析结果

4．5．6 9层框架结构分析结果

4．5．7 12层框架结构分析结果

4．5．8 15层框架结构时程分析结果

4．5．9 阻尼器与主体结构的匹配性

4．6 本文建议设计方法

4．6．1 适用范围

4．6．2 设计方法和流程

4．7 本章小结

参考文献

第5章 联合减震结构的抗震性能

5．1 工程概况

5．2 钢框架减震结构设计

5．2．1 钢框架初步设计

5．2．2 联合减震钢框架设计

5．2．3 纯屈曲约束支撑钢框架减震设计

5．3 模态分析

5．3．1 模态分析法

5．3．2 模态周期

5．4 振型分解反应谱分析

5．4．1 振型分解反应谱法

5．4．2 振型分解反应谱分析

5．5 时程分析

5．5．1 时程分析法

5．5．2 结构阻尼的确定

5．5．3 地震波的选取

5．5．4 塑性铰的设置

5．5．5 设防地震下的弹塑性时程分析

5．5．6 罕遇地震下的弹塑性时程分析

5．6 本章小结

参考文献

结论与展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果