黏滞阻尼耗能连梁的动力滞回性能及减震性能研究

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近年来,高层建筑结构日益兴起并成为城市建筑的主要发展趋势,剪力墙作为高层建筑的主要抗侧力构件,其中的连梁在地震作用下通常会发生脆性破坏,大大降低了连梁的耗能能力。此外,连梁在破坏后修复困难,且修复代价较高。为了提高连梁的耗能能力,本文提出将黏滞阻尼器应用于连梁,形成一种黏滞阻尼耗能连梁的结构形式(以下简称黏滞阻尼连梁)。黏滞阻尼器具有耗能能力强且工作性能稳定等优点,在地震作用下,连梁的剪切变形转化为黏滞阻尼器两端的相对位移,从而充分发挥阻尼器的耗能减震作用,减小墙体损伤。本文的具体研究内容如下:首先,结合连梁的变形和受力特点分别设计了阻尼器竖向布置的黏滞阻尼连梁结构形式以及带有T型杠杆装置的阻尼器水平布置的黏滞阻尼连梁结构形式。介绍了黏滞阻尼连梁的工作原理,并推导了T型杠杆装置对加载端位移的位移放大系数计算公式;为得到一种适用于黏滞阻尼连梁的楼板型式,在试验中分别考虑了两种不同型式的楼板;针对黏滞阻尼器为速度型阻尼器的特点,设计了黏滞阻尼连梁的动力循环加载制度,用以测试黏滞阻尼连梁的动力力学性能。其次,分别对阻尼器竖向布置和水平布置的黏滞阻尼连梁试件进行了不同位移和频率下的动力循环加载试验。记录了不同型式楼板的裂缝发展规律,并对比了不同型式楼板的裂缝宽度及楼板钢筋应变的变化趋势;对两种阻尼器布置形式的黏滞阻尼连梁试件的连梁转角-剪力关系曲线和黏滞阻尼器滞回曲线在不同加载位移和频率下的变化规律进行了分析;通过试验验证了T型杠杆装置对加载端位移的放大效果,并通过对比两种黏滞阻尼连梁子结构形式的阻尼器正负向位移和试件耗能,证明了T型杠杆可以提高阻尼器的工作位移,同时也提高了阻尼器的耗能。最后,利用结构非线性分析软件PERFORM-3D建立了传统联肢剪力墙模型和带有黏滞阻尼连梁的剪力墙模型,并对所建立的数值模型进行了弹塑性时程分析。讨论了在多遇、设防、罕遇地震作用下阻尼系数和阻尼指数对黏滞阻尼连梁减震效果的影响;给出了黏滞阻尼连梁布置在不同楼层位置处的四种方案,并对比了各方案的减震效果。研究结果表明:在阻尼系数和阻尼指数选择合适的情况下采用黏滞阻尼连梁的剪力墙结构可以有效地控制结构的地震响应,减缓结构振动,并且可以改善结构下部墙肢的损伤情况;合理的选择黏滞阻尼连梁的阻尼系数和阻尼指数可以使减震效果达到最优;黏滞阻尼连梁的四种布置方案各有优势,方案二将黏滞阻尼连梁布置在结构中部楼层的方式对结构顶点位移和墙肢损伤的控制效果最好,同时对结构基底剪力和顶点峰值加速度也有不错的控制效果。
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