混凝土框架结构黏弹性阻尼器参数研究

作     者：余石斌 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈永进

授予年度：2019年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：黏弹性耗能器 附加阻尼比 附加刚度系数 损耗系数 

摘      要：消能减震技术主要通过在建筑物中安装消能设施来减弱地震响应,使房屋结构的安全系数得到提升。其中黏弹性阻尼器不仅能够给结构提供刚度还能附加阻尼,对地震和风振有较好的控制作用,加之其性能稳定价格低廉等许多优点因而在减震结构工程中得到广泛应用。对发展成熟中的黏弹性阻尼减震结构的设计方法,其中结构中阻尼器参数的优化以及阻尼器在结构中位置参数问题仍然具有很大的工程应用研究价值。因而,本文针对阻尼器参数问题进行了如下研究,并得到相关的结果:(1)在不考虑连接构件刚度影响的前提下,根据黏弹性阻尼器系统在稳态振动时的动力特性,结合建筑结构抗震设计规范中阻尼比的计算方法,以黏弹性阻尼器附加阻尼比ξ为控制函数,对黏弹阻尼器损耗系数ηd在0～2范围内取值得出结论:结构的附加阻尼比随着阻尼器损耗系数增加呈线性递增;当损耗系数不变时,附加阻尼比随着阻尼器存储刚度的增大而增加;附加阻尼比与阻尼器的层间位移利用率成二次方增长关系;(2)在简谐荷载作用下,得出附加体系的存储刚度K’a和损失刚度Ka随连接构件刚度Kb变化的关系。阻尼器损耗系数取值在0～1时,附加体系的存储刚度随着连接构件刚度的增加呈现非线性增长,最终趋近于阻尼器的存储刚度Kd;阻尼器损耗系数取值在1～2内,附加体系的存储刚度随着连接构件刚度的变化,呈现出先非线性增长后非线性降低最终趋近于阻尼器的存储刚度趋势,当连接构件刚度与阻尼器刚度之比接近5时附加体系存储刚度达到最大值。阻尼器损耗系数在0～2范围内,附加体系的损失刚度随连接构件刚度增加非线性递增,不断的趋近于黏弹性阻尼器的损失刚度。建议黏弹性阻尼器连接构件刚度按Kb/Kd≥10设计;(3)考虑连接构件刚度的影响,调整了附加阻尼比控制函数。并给出了Kb/Kd=10时达到减震目标阻尼比所对应的黏弹性阻尼器参数表,给工程应用提供参考价值;(4)以墙式连接构件分析了框架结构层间剪切变形、框架柱的轴向拉压变形、梁柱节点的转角位移、连接墙体的变形以及阻尼力对阻尼器位移的影响;(5)工程应用案例,将多质点体系等效成单质点体系,根据控制函数对附加阻尼比为0.02时,可利用本文表3.4确定相应的黏弹性阻尼器附加刚度系数α和损耗系数ηd。按Ai分布[63]原则计算各楼层需求刚度,确定各层阻尼器的参数。用5层的混凝土框架结构按这种方法设计,进行了多遇到地震下的弹性时程分析,计算得出结构X向附加阻尼比0.021,Y方向0.020,满足初始设定的预期值0.02,验证了该设计方法的可行性。同时进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,结果表明黏弹性阻尼器提高结构层间位移角,降低了地震响应。对工程实际应用具有参考价值。