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粘滞消能器在某框架结构中的消能减震性能分析

刘维刚  
【摘要】:地震作为一种自然现象,它的发生是不以人的意志为转移的。其灾害具有规模大,突发性与破坏力大等特点。实践表明,地震造成的房屋倒塌与其导致的次生灾害是造成人员伤亡和经济损失的主要原因。随着经济的发展,城市化建设速度的加快,建筑如同雨后春笋一般拔地而起,密密麻麻的人群穿梭其中。一旦发生地震,其危害巨大无比,如近几年来我国发生的地震(九江地震、汶川地震、雅安地震等)。所以研究建筑物的抗震性能变得尤为重要。 地震发生时,地面震动引起结构物的振动反应,结构物接收了大量的地震能量,必然要进行能量转换或消能才能终止振动反应。如容许结构及承重构件(如柱、梁、节点等)在地震中出现损坏,这种损坏的过程就是“消能”的过程。这个过程以结构及构件的破坏,严重破坏甚至是倒塌而告终。这硬性的消能方式是一种消极被动的抗震方法,不具备自我调节和自我控制的能力。 合理有效的抗震途径是对结构施加控制系统,由其与结构自身共同承受地震作用,以调节和减轻结构的地震反应。结构减震控制根据是否需要外部能量输入可分为被动、主动、半主动、智能和混合控制。消能减震作为工程控制技术中的一种被动控制改变了传统抗震结构中采用“硬抗”地震的方法,通过“柔性消能”的途径减少结构地震反应,其原理是将结构物中的某些构件设计成消能部件或在结构的某些部位(如节点或连接处)装设消能器。在小震和设计风荷载作用下,这些消能部件或消能器处于弹性状态,结构体系具有足够的抗侧刚度以满足正常使用的要求;在中震、大震及强震作用下,消能部件或阻尼器率先进入非弹性状态,(在发生地震时这些消能部件或消能器处于弹性状态或非弹性状态)产生较大的阻尼,耗散地震传给结构的大部分能量,并迅速衰减结构的动力反应,使主体结构不出现明显的弹塑性变形,从而保证主体结构在强震作用下的安全。 本文对结构消能减震的设计方法,步骤,分析和设计要点等进行了概述。以一栋12层砼框架结构为研究对象,首先用PKPM结构设计软件建立有限元建模,对其进行性能分析,然后采用ETABS有限元软件建立了布置了粘滞消能器和没有布置粘滞消能器的两种模型,分别以结构的自震周期、层间位移角、楼层剪力、层间位移、顶点加速度等参数为控制目标比较他们各自在不同地震状态下的响应。 最后发现布置了粘滞消能器的结构对地震作用的控制效果比未布置粘滞消能器的结构对地震作用的控制效果要好。


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