NES层间减震RC框架结构抗震性能研究

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钢筋混凝土框架结构因其具有传力路径清晰、施工简便、自重轻等优点被广泛应用于住宅、办公楼、工业厂房建筑中。但近年来发生多次破坏性地震中,大量钢筋混凝土框架结构发生倒塌性破坏,造成巨大人员伤亡。我国相应规范对钢筋混凝土框架结构设计方法还存在一定局限性,如何改善钢筋混凝土框架结构的抗震性能,提高其抗震能力,结构振动控制技术的研究与应用将十分有意义。非线性减震器(Nonlinear Energy sink,NES)在结构振动控制技术中是一种新型调谐质量阻尼器,具有较宽吸振调谐频带并通过自身运动消耗地震能量,提高结构抗震性能。基于NES减震原理,本文系统性完成NES层间减震RC框架结构地震模拟振动台试验,力图为耗能减震技术工程应用提供有利数据参考和技术支撑,本文研究内容包括:本文首先设计一种新型NES非线性调谐质量阻尼器,建立NES动力平衡方程,阐述其力学性能和减震机理,确定NES减震系统的最优质量、频率、刚度等相关参数。然后根据地震一致模拟相似率,按1:4建立五层RC框架结构缩尺模型,确定NES布置方案以及模型试验加载制度,对其进行振动台试验研究。通过在八度中震和八度大震下的动力时程分析,得出NES三种布置方案下结构的动力响应,位移响应以及结构破坏形式,并对结果进行对比分析,从而进一步得到在同一震级下,安装NES的层间减震结构与未安装NES的原型结构的地震响应变化规律和减震效果,最后利用ABAQUS有限元模拟分析进一步验证软件的准确性。研究结果表明:NES减震系统的建立在大震下大幅度减小结构的地震响应,二层和四层安装减震器时:顶层X方向加速度峰值最大减小40%,Y方向加速度峰值最大减小28.6%;三层X方向加速度峰值最大减小25.0%,三层Y方向加速度峰值最大减小28.6%;顶层相对台面X方向位移最大减小47.5%;四层和五层安装减震器时:顶层X方向加速度峰值最大减小43.9%,Y方向加速度峰值最大减小47.3%;三层X方向加速度峰值最大减小32.5%,三层Y方向加速度峰值最大减小35.7%,顶层相对台面X方向位移最大减小46.3%;其次NES在同一层的安装位置并不影响减震效果,但安装层数越高减震效果越好。本文按照7度设防烈度设计,NES的应用使结构在八度中震和八度大震下都取得显著的减震效果,因此NES减震RC框架结构可以降低1-1.5度设防烈度进行设计,降低工程造价,节约建筑资源。
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