【摘 要】
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传统抗震设计结构通过增强结构自身的刚度和承载能力来抵御地震作用,在结构遭遇中小地震作用时,结构安全性有冗余;遭遇超出预期的大地震作用时,结构安全性可能不足。消能减震技术通过在结构上布置各类阻尼器来消耗地震作用时输入结构的能量,进而降低结构的动力响应,保障结构的抗震安全。目前,阻尼器在工程减震控制领域已被广泛应用,但在中小地震作用下,结构响应较小,阻尼器无法充分发挥其耗能减震作用,因此国内外学者先后
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传统抗震设计结构通过增强结构自身的刚度和承载能力来抵御地震作用,在结构遭遇中小地震作用时,结构安全性有冗余;遭遇超出预期的大地震作用时,结构安全性可能不足。消能减震技术通过在结构上布置各类阻尼器来消耗地震作用时输入结构的能量,进而降低结构的动力响应,保障结构的抗震安全。目前,阻尼器在工程减震控制领域已被广泛应用,但在中小地震作用下,结构响应较小,阻尼器无法充分发挥其耗能减震作用,因此国内外学者先后提出了多种阻尼器响应放大装置。响应放大装置将结构响应放大后输入串联阻尼器,使得阻尼器在中小地震作用时亦可以充分发挥作用。但在大震或超大震作用下,结构会产生很大的响应,经响应放大装置的进一步放大后,阻尼器的位移、速度、阻尼力等极有可能超过其极限设计能力,使阻尼器性能下降甚至失效,有加剧结构倒塌破坏的风险。针对上述阻尼器及放大装置的不足,课题组研发了一种凸轮式响应放大装置（Camtype Response Amplification Device,简称CRAD）,CRAD利用凸轮式机构的往复运动原理,使与其串联的阻尼器在取得响应放大效应的同时,有效避免了阻尼器位移失效现象的发生。本文将摩擦阻尼器与CRAD串联,组成摩擦阻尼器凸轮式响应放大装置（CRADFD）,对CRAD-FD的力学性能进行了理论和试验研究,并对其在建筑结构中的减震控制效果进行分析,主要研究工作如下:1、CRAD-FD恢复力模型推导及伪静力试验:对CRAD-FD的各组成部分及其工作机理进行介绍,并进一步推导和完善CRAD-FD的理论恢复力及响应放大倍数公式。对CRAD-FD进行了伪静力试验,将试验结果与理论结果对比,证明理论公式推导的正确性。分析CRAD参数变化带来的放大效应的变化,进而给出各个参数的最优取值范围,并给出CRAD参数优化选型表。2、简谐激励下CRAD-FD控制效果研究:对安装CRAD-FD的单自由度体系（SDOF）进行简谐激励控制效果分析,给出CRAD-FD的简化恢复力公式。利用谐波平衡法推导CRAD-FD单自由度体系的位移解析解。通过对CRAD-FD单自由度体系动力方程逐步积分,得出CRAD-FD的能量解析解。3、CRAD-FD减震控制效果及可靠性研究:编制基于光滑迟滞型BOUC-WEN结构恢复力模型的MATLAB非线性减震分析程序,对无控、安装CRAD-FD和安装FD的SDOF体系分别进行了控制效果分析和能量分析。结果表明:经过CRAD的放大作用后,CRAD仅需串联小吨位摩擦阻尼器即可达到甚至优于直接安装大吨位摩擦阻尼器的减震控制效果;即使在极罕遇地震作用下,与CRAD串联的摩擦阻尼器C-FD始终在设定偏心距内往复运动,不会发生位移超限而失效的现象。4、CRAD-FD的二次开发和基于性态的能量抗震设计方法研究:提出适用于CRADFD消能减震结构的基于性态的能量抗震设计方法。借助ABAQUS提供的用户自定单元开发功能,编写CRAD-FD单元用户自定子程序来实现其在实体模型中的应用。选取三条符合工程算例场地条件的天然地震动记录,分别对无控结构、安装CRAD-FD及安装FD的减震结构进行罕遇与极罕遇地震作用下的动力非线性有限元分析,分析结果表明,CRAD-FD在层间位移角、顶层位移以及基底剪力方面均有比FD更好的控制效果,耗能能力更强。
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