消能减震结构非比例阻尼特性研究

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随着减振控制技术的不断发展,实际工程中出现了越来越多的减隔震结构。与此同时,这类结构常常表现出明显的非比例阻尼特性。到目前为止,抗震设计规范中采用的分析方法都是基于经典阻尼假定形成的,这种假定只适用于阻尼分布均匀的结构。对于非比例阻尼体系而言,这种假定会不可避免的带来误差。本文详细地研究了消能减震结构的非比例阻尼特性,包括对速度相关型消能减震结构的非比例阻尼特性研究及位移相关型消能减震结构的非比例阻尼特性研究。并对基于反应谱复振型分解法(CCQC法)的适用范围进行了分析研究。研究表明针对非比例阻尼体系,复振型叠加法的计算结果更加精确合理。本文的主要研究成果如下:(1)对于规则和不规则两种速度相关型减震结构,分别采用了几种不同的阻尼器布置形式,以实振型叠加法和复振型叠加法计算结构的时程响应和模态结果。结果表明不同阻尼器布置形式带来的非比例阻尼的影响也有所差异。且对于阻尼器不均匀布置的消能结构而言,其非比例阻尼特性显著。此时采用实振型叠加法不仅计算得到的振型阻尼比与自振频率与复振型叠加法计算结果有所差异,且得到的时程响应结果要小于复振型叠加法计算结果。(2)对于不规则的速度相关型减震结构,由于结构的不规则性,即使每层均匀布置阻尼器时,其也体现了非比例阻尼特性。分别采用实振型叠加法和复振型叠加法计算得到的高阶振型阻尼比和自振频率有差别。当消能减震结构的非比例阻尼特性越强时,实振型叠加法计算得到的结构内力要低于复振型叠加法计算结果。即对非比例阻尼体系分析时,传统的实振型叠加法的计算结果偏于不安全,而采用复振型叠加法计算更加合理。(3)为了得到位移型阻尼器的力学模型,对防屈曲约束支撑进行了受压破坏实验。按照相关实验规范进行加载、测量等环节,最后根据实验中传感器的数据,分析计算得到的防屈曲约束支撑的本构模型及累计塑形变形等参数,并将其用于位移相关型消能减震设计中。对比分析了几种等效线性化方法,再将布置了位移型阻尼器的消能减震结构用这几种等效线性化方法等效为线性体系。以时程分析得到的层间位移为参考指标,与非线性的消能结构时程分析结果对比,并选出其中一种精确度最高的等效线性化方法。再分别采用实振型叠加法和复振型叠加法计算等效体系的时程响应和模态结果。结果表明:由于位移相关型消能结构的抗震性能提高的主要原因是其刚度增大,而阻尼器带给结构的附加阻尼比相对较小,导致非比例阻尼影响较小。(4)通过复振型分解法理论,将复振型方法和反应谱理论联系起来,得到基于反应谱的CCQC方法。并与传统的实振型分解反应谱法(CQC)对比,证明了两种方法在一定条件下是统一的。并结合算例研究分析了复振型分解反应谱法(CCQC)和实振型分解反应谱法(CQC)在不同阻尼比情况下的计算精度,并给出工程实际中采用的建议值。
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