钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系的减振机理和抗震性能研究

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本文采用在主框架与次框架之间设置减振装置的方法,将普通的钢筋混凝土巨型框架结构转变成为一个大型的调谐质量系统.其中,每个次框架起着三种作用:首先,它犹如调谐质量阻尼器,本文提出的调谐质量阻尼器的质量比通常为30%~100%,而普通的调谐质量阻尼器的典型质量比约为1%;其次,它本身又犹如一个具有基础隔震装置的多层框架结构;最后,在次框架与主框架之间设置的减振装置如夹层橡胶垫或滑移—阻尼装置又如同耗能减振装置.因此,在地震作用下,这种结构体系既具有调谐质量减振的功能,又具有基础隔震和耗能减振的功能.与相应的普通的钢筋混凝土巨型框架结构相比,钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系的地震反应将大幅度的降低.根据减振装置的类型及其布置位置的不同,钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系有许多不同的结构方案.本文以采用夹层橡胶垫为减振装置的钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系为主要研究对象.在理论研究方面,为了解钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系的有效性和可行性,本文根据钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系自身的受力特性,采用杆系计算模型,并编制了钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构动力时程分析程序.动力时程分析表明,与相应的普通钢筋混凝土巨型框架结构相比,钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的地震反应显著降低,其降低幅度可以达到80%.钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构可以有效的降低结构地震反应,其结构控制方法是有效的.在钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构中,无论是作为TMD,还是作为多层基础隔震结构,次框架必然产生相对主框架的位移.在试验研究方面,为了解钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系的有效性和可行性,进行了钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构试验模型及其相对应的普通钢筋混凝土巨型框架结构试验模型的同时同台面的振动台对比试验.影响钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构抗震性能的因素错综复杂.应用动力时程分析程序,本文着重研究了钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构中夹层橡胶垫的阻尼比ζ、子结构与主结构的质量之比即质量比μ、子结构与主结构的基本频率之比即调谐比ξ等因素对钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构抗震性能的影响.从总体上看,主框架的地震反应随ζ的增大而减小,但减小的速率不同,ζ较小时,减小的速率较大,ζ较大时,减小的速率较小,甚至不减.次框架相对主框架的最大位移反应随ζ的增大而逐渐减小.ζ可较有效地控制次框架相对主框架最大位移反应.钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构与普通钢筋混凝土巨型框架结构中的主框架地震反应之比随μ的增大而减小,但减小的速率不同,μ较小时,减小的速率较大;μ在工程范围内变化时,减小的速率较小.次框架相对主框架的最大位移反应随μ的增大而逐渐减小.钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构与普通钢筋混凝土巨型框架结构中的主框架地震反应之比随ξ的变化而变化较大,但存在一极值点,在极值点,该主框架地震反应之比取得最小值.该极值点的位置与ζ、μ有关.ζ较小时,极值点较大,ζ较大时,极值点较小;μ较小时,极值点较大,μ较大时,极值点较小.从总体上看,次框架相对主框架的最大位移反应随ξ的增大而减小,ξ可有效地控制次框架相对主框架的最大位移反应.综上所述,钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系的减振效果是相当显著的,其结构控制方法是有效的.上述理论分析和振动台试验的结果为工程应用提供了参考依据.
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