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消能冗余伸臂框架—核心筒结构在长周期地震动作用下的减震性能研究

魏勇  
【摘要】:框架-核心筒超高层建筑常使用伸臂将核心筒和框架柱连接起来共同抵抗地震作用,但是伸臂会引起刚度突变的问题,而且采用硬抗方式,对结构会造成一定的累积损伤。将消能减震技术运用于抗震已是研究的热点,消能伸臂利用了核心筒和外框架柱之间变形的不同,耗散一部分输入结构的地震能量以达到减震目的。台湾集集地震、汶川地震、东日本大地震使得距离震源很远的高层、超高层结构受到了比其他结构更严重的震害,长周期地震动对长周期结构的破坏作用引起了学者的注意。为了探究框架-核心筒超高层结构在长周期地震动作用下的损伤机理和耗能机制,以及消能伸臂结构对长周期地震动的减震性能,本文的主要研究工作如下:1.首先从地震动的3要素对比了普通地震动和长周期地震动之间的差异性,强度包括地震动峰值及峰值比,频谱包括傅里叶谱和反应谱。结果表明,长周期地震动持时更长,强度除PGA外都大于普通地震动,低频成份丰富,长周期地震动的反应谱值在结构自振周期大于0.5s之后就明显大于普通地震动。2.根据消能冗余伸臂概念,将一框架-核心筒超高层结构运用ETABS软件设计成新型消能伸臂结构,并且和水平设置阻尼器方案、套索设置阻尼器方案进行对比,选择一种新式阻尼器—电涡流阻尼器,将两类地震动分别输入两种结构当中进行时程分析,首先对比抗震结构在两类地震动作用下的响应差异性,然后分析3种不同减震方案在两类地震动作用下的减震效果。结果表明,长周期地震动作用下框架-核心筒结构响应更大,结构响应容易超出规范限值,3种减震方案都能发挥减震作用,但在不同类型地震动作用下减震效果有差别。3.采用通用有限元软件ABAQUS将一个实际工程设计成新型消能冗余伸臂结构,将两类地震动分别输入两种结构进行多遇地震弹性分析,设防烈度地震、罕遇地震弹塑性分析,详细对比了抗震结构在设防烈度两类地震动作用下的损伤演化过程,深入研究了消能伸臂的设置对结构损伤的影响。结果表明,抗震结构在长周期地震动作用下的损伤更为严重,损伤规律也与普通地震动作用时不同,消能伸臂的设置对连梁、结构底部墙肢、混凝土受拉损伤、框架梁应力都有一定的减震效果,结构的塑性耗能有所减小。


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