凸轮式响应放大粘弹性阻尼器及装配式混凝土结构的减隔震性能研究

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建筑隔震是在结构的底部或上部楼层层间设置隔震层,可有效减小结构自振频率和结构地震响应。建筑隔震属于被动控制体系,依靠隔震支座来吸收耗散地震输入的能量,减小结构在地震中受到损伤。隔震建筑遭遇极罕遇地震动作用下导致隔震层发生过大位移,阻尼器可作为隔震层的限位装置,但会存在阻尼器在极罕遇地震作用下可能超过其自身的极限变形能力。为了避免以上现象的发生,本文研发了一种新型的凸轮式响应放大粘弹性阻尼器CRAD-VED(Cam Response Amplification Device of Viscoelastic Damper),该装置可以放大粘弹性阻尼器两端的位移,得到更加优异的耗能效果。在极罕遇地震作用下,将其作为限位装置,与隔震支座串联使用,可有效减小隔震层的水平位移,实现极罕遇地震作用下隔震支座位移不超限的目的。本文针对CRAD-VED装置进行了恢复力公式推导,设计加工了CRAD-VED装置并进行了伪静力试验,结构动力分析等,主要工作如下:1、本文提出一种新型凸轮式响应放大粘弹性阻尼器。介绍了该装置整体构造形式、运行机理,推导了CRAD-VED的计算公式,从理论上得出该装置可实现阻尼器永不超限破坏的作用。2、根据现有的试验条件,设计加工了CRAD-VED试验装置。进行了粘弹性阻尼器初始性能试验、CRAD-VED装置伪静力试验,得到了1号粘弹性阻尼器的滞回曲线和CRAD-VED装置滞回曲线。为了解决1号阻尼器的最大拉压力不相等问题,设计加工了相同参数的2号粘弹性阻尼器,同样进行了初始性能试验和CRAD-VED装置伪静力试验,得到了相应的滞回曲线。两次试验中粘弹性阻尼器性能均符合出厂要求,验证了CRAD-VED的恢复力模型的正确性和运行的稳定性。3、建立了单自由度无控体系、安装CRAD-VED的单自由度消能结构体系和单独安装相同参数粘弹性阻尼器的单自由度消能结构体系,利用MATLAB软件编制了单自由度结构Bouc-wen模型分析程序,在多遇地震、罕遇地震和极罕遇地震作用下,分别施加七条不同的地震波,进行了三种体系的控制效果分析、耗散能量对比分析、反应谱分析、动力放大系数对比计算等。4、采用YJK装配式混凝土结构转换成ABAQUS模型,进行CRAD-VED装置和粘弹性阻尼器单元的二次开发并进行验证。对10层装配式混凝土框架结构进行时程分析,得到CRAD-VED装置对装配式结构的层间位移角、层间位移、层间剪力和基地剪力控制效果要远远好于粘弹性阻尼器。5、针对隔震层最大水平位移超限的问题,将CRAD-VED作为限位装置附设到隔震层。本文使用MATLAB编制了两个自由度隔震结构程序。对比分析了三种隔震体系的隔震层和上部结构控制效果、装置耗散能量的效果,基于达到相同隔震层水平位移目标作用下,CRAD-VED装置的阻尼器和VED装置阻尼器的对比研究。6、对10层装配式框架混凝土结构改装成隔震装配式混凝土结构、分别建立隔震装配式结构、加入CRAD-VED限位装置装配式结构、加入VED限位装置装配式结构。在罕遇和极罕遇地震作用下进行隔震层最大位移计算、两种限位装置滞回曲线分析和能量分析、上部结构计算。
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