粘滞阻尼消能减震结构的抗震性能分析及应用

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地震灾害是人类最主要的自然灾害之一,它具有突发性和毁灭性的特点。强烈地震常常以猝不及防的突发性和巨大的破坏力给社会经济发展、人类生存安全和社会稳定、社会功能带来严重的危害。研究表明,在地震中造成人员伤亡和经济损失最主要的因素就是房屋倒塌及其引发的次生灾害(约占95%)。我国是一个多地震的国家,最近我国发生的几次大地震如汶川地震、玉树地震以及今年的盈江地震都对我国房屋建筑造成了较大破坏。为了减少人民生命和财产损失,同时为了使房屋结构遭遇地震时具有相应的安全储备,就需要对结构进行抗震设计计算。传统的抗震是以“硬抗”为主要途径,通过增加材料用量、加大结构截面、提高建筑物自重等,以保证结构本身具有足够的强度、刚度和延性,使所设计的建筑物做到“小震不坏,中震可修,大震不倒”,从而达到减轻地震灾害的目的。虽然按这种设计方法设计的结构可防止结构倒塌,但结构或结构内部的设备与装修可能完全严重损坏,为了避免上述灾害,必须对结构体系在地震作用下的反应进行控制。积极抗震就是设法不以建筑物产生很大的变位和损伤为代价来吸收或消耗地震作用的能量,这就是消能减震作用。结构消能减震技术就是通过给结构附设消能减震装置(如粘滞阻尼器等)来耗散地震能量达到抗震目的的,且消能减震装置具有构造简单,材料经济,环境影响小,便于施工,减震效果明显等优点,正被广泛地应用于土木工程结构抗震领域。结构减震控制技术作为一种有效抵御地震(强风)的方法,近年来得到了广泛的研究与应用,并逐渐发展成为比较成熟的技术。结构减震控制方法改变了传统结构通过提高结构的刚度、强度和延性的方法来提高结构的抗震抗风能力,而是通过调整或改变结构的动力特性,改变结构的震动反应,有效的保护结构在地震(强风)中的安全。在结构中加入粘滞阻尼器来控制结构的震动反应的消能减震方法是结构减震控制技术中一种有效、安全、可靠、经济的减震方法。本文的主要内容和结论主要包括以下几个方面:(1)粘滞阻尼器及其性能研究。从粘滞阻尼器的基本性能出发,了解其基本原理和恢复力模型,讨论其等效线性化的方法和等效阻尼比的确定。(2)粘滞阻尼消能减震结构的设计方法和分析方法介绍。讨论了消能减震结构概念设计的基本思路,消能减震结构的基本要求和性能标准,粘滞阻尼器的数量确定与布置方法,介绍了粘滞阻尼消能减震结构常用的分析方法。(3)以某钢筋混凝土框架结构为实际工程背景,对粘滞阻尼消能减震体系在该建筑中的应用进行分析和研究。采用有限元软件SAP2000建立计算模型对该工程进行动力时程分析,通过无控结构和消能结构的动力反应对比,研究粘滞阻尼消能减震结构的减震效果,进而得出相关结论。结果表明:附加粘滞阻尼器后,结构加速度、层间位移、层间位移角和层间剪力都有不同程度的明显减小,且减小幅度均匀。此外,将本文的研究成果应用于实际工程,是一种具有广泛应用前景的新技术。
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