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基于能量平衡的既有建筑结构抗震加固性能化设计方法研究

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地震工程与工程振动 2024年第2期44卷 1-9页

作者：翟治鹏刘彦辉周福霖广州大学工程抗震研究中心广东广州510006 广州大学减震控制与结构安全国家重点实验室(培育) 广东广州510006 广州大学广东省地震工程与应用技术重点实验室广东广州510006

由于规范标准对结构抗震设计要求的不断提高以及结构在长期服役过程中性能的逐渐劣化,既有建筑结构的抗震性能不再满足设计要求,开展其抗震加固设计研究势在必行。然而,目前的加固设计方法往往需要大量的非线性动力计算反复迭代,增加了... 详细信息

由于规范标准对结构抗震设计要求的不断提高以及结构在长期服役过程中性能的逐渐劣化,既有建筑结构的抗震性能不再满足设计要求,开展其抗震加固设计研究势在必行。然而,目前的加固设计方法往往需要大量的非线性动力计算反复迭代,增加了设计的难度,降低了其适用性。基于能量平衡概念,提出适用于增设消能减震装置的既有建筑结构抗震加固性能化设计方法。该方法考虑了多地震水准性能目标,设计过程中无需开展非线性动力计算,且迭代次数少。采用所提方法对Benchmark钢框架结构进行加固设计,通过非线性动力分析评估了加固前和加固后结构的抗震性能。研究结果表明:加固后,所有楼层的位移角均明显降低,小震、中震和大震时的平均降幅约为20%,可见加固后结构抗震性能得到了显著改善;加固结构在小震、中震和大震下的层间位移角均与设计值吻合,实现了预期的层间位移角和屋顶位移角目标,验证了所提方法的有效性;所提方法设计的阻尼器在小震时整体保持弹性状态,在中震和大震时进入屈服耗能状态,实现了预期的耗能机制,且阻尼器延性需求沿楼层的分布较为均匀,进一步表明了设计方法的合理性。研究成果可为既有建筑结构的抗震性能加固设计提供参考。

关键词：既有建筑抗震加固能量平衡性能化设计消能减震

极罕遇地震作用下无预紧力变摩擦惯容器消能体系抗震性能分析

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工程科学与技术 2024年

作者：赵桂峰刘伟马玉宏孔思华陈家川陈兆升广州大学土木工程学院广东省地震工程与应用技术重点实验室工程抗震减震与结构安全教育部重点实验室青岛市建筑工程管理服务中心广州大学工程抗震研究中心

针对极罕遇地震作用对大吨位变摩擦阻尼力的需求，提出无预紧力变摩擦惯容器（NVFI），在简单介绍工作机理和力学模型的基础上，对NVFI减震体系进行控制效果、滞回特性及累积耗能分析，并分析质量比变化对控制效果的影响。结果表明：NVF... 详细信息

针对极罕遇地震作用对大吨位变摩擦阻尼力的需求，提出无预紧力变摩擦惯容器（NVFI），在简单介绍工作机理和力学模型的基础上，对NVFI减震体系进行控制效果、滞回特性及累积耗能分析，并分析质量比变化对控制效果的影响。结果表明：NVFI无需施加预紧力，即可提供大吨位的变摩擦阻尼力，体现了“蝴蝶形”滞回特征；NVFI随地震加速度峰值的增大，可提供更大的变阻尼力和耗能能力，在各级地震作用下对位移、速度、加速度均有较好的减震效果，尤其在极罕遇脉冲型地震作用下减震效果更为明显；质量比变化区间为0～0.5时，惯容器的放大质量基本不消耗地震能量，NVFI的变摩擦阻尼机制是耗散地震能量的主要因素。

关键词：无预紧力变摩擦惯容器极罕遇地震抗震性能

基础隔震结构复振型分解反应谱方法的地震作用及效应组合

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建筑科学 2024年第1期40卷 118-126页

作者：彭凌云官亚西苏经宇谭平陈华霆石路炜王晨辉北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点试验室北京100124 北京工业大学抗震减灾研究所北京100124 广州大学工程抗震减震与结构安全教育部重点实验室广东广州510405 广州大学广东省地震工程与应用技术重点实验室广东广州510405

为解决隔震结构的地震作用因非比例阻尼不宜直接采用我国抗震规范加以计算的问题,推导了隔震结构复振型响应的振型参与系数、振型的实数表达形式,基于隔震结构刚度、阻尼、质量矩阵与其动力特征的内在联系,给出了复振型地震作用的惯性... 详细信息

为解决隔震结构的地震作用因非比例阻尼不宜直接采用我国抗震规范加以计算的问题,推导了隔震结构复振型响应的振型参与系数、振型的实数表达形式,基于隔震结构刚度、阻尼、质量矩阵与其动力特征的内在联系,给出了复振型地震作用的惯性表达公式。研究结果表明:隔震结构不考虑非比例阻尼影响时误差较大,其主要原因是忽略了各振型速度响应对振型位移的贡献;考虑非比例阻尼的单个复振型地震作用包含位移分量和速度分量,复振型地震作用的惯性表达公式合理考虑了非比例阻尼和振型速度的影响,在复振型分解时程分析中可以得到精确时程结果,反应谱分析采用CCQC法可以明显改善CQC分析精度,上述基础理论为《建筑隔震设计标准》所采纳。

关键词：隔震结构非比例阻尼地震作用复振型反应谱法

基于复振型分解反应谱方法的消能减震结构水平地震作用计算

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建筑科学 2024年第3期40卷 20-31,99页

作者：王晨辉彭凌云陈华霆孙天威高杰薛彦涛苏经宇北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室北京100124 广州大学工程抗震减震与结构安全教育部重点实验室广东广州510405 广州大学广东省地震工程与应用技术重点实验室广东广州510405 清华大学土木工程系北京100084 国家建筑工程技术研究中心北京100013 中国建筑科学研究院有限公司北京100013

减震结构具有非比例阻尼特性的特点,采用强迫解耦法对其进行振型分解计算时忽略阻尼矩阵非对角元素可能会造成计算精度较低。本文提出了减震结构的复振型分解反应谱方法(CCQC),给出了复振型地震作用的惯性表达公式。基于某消能减震结构... 详细信息

减震结构具有非比例阻尼特性的特点,采用强迫解耦法对其进行振型分解计算时忽略阻尼矩阵非对角元素可能会造成计算精度较低。本文提出了减震结构的复振型分解反应谱方法(CCQC),给出了复振型地震作用的惯性表达公式。基于某消能减震结构工程算例,在三组地震动作用下对比分析了采用复振型分解反应谱方法和实振型分解反应谱法(CQC)结构的层间剪力和层位移响应结果,并使用直接积分法对其进行对比验证。结果表明:消能减震结构反应谱方法中基于复振型地震作用的分析结果相对于时程分析的精度显著高于不考虑非比例阻尼影响的实振型分解方法。

关键词：非比例阻尼减震结构复振型抗震设计复振型分解反应谱方法

基于CEL法的砂土中相邻XCC桩贯入对既有XCC单桩影响的研究

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中国公路学报 2024年第4期37卷 141-154页

作者：周鹏夏良利刘汉龙徐长节崔杰曹光伟丁选明华东交通大学土木建筑学院江西南昌330013 广州大学工程抗震研究中心广东广州510006 重庆大学土木工程学院重庆400045 福州大学紫金地质与矿业学院福建建福州350116

目前现浇X形桩(XCC桩)的研究主要集中于黏土地基,而对于砂土中XCC桩的相关研究却很少;此外,在研究XCC桩贯入问题时,主要分析的是沉桩挤土效应,而忽略了实际工程施工中挤土位移荷载会对邻近既有桩产生附加桩身响应这一关键问题。为此,利... 详细信息

目前现浇X形桩(XCC桩)的研究主要集中于黏土地基,而对于砂土中XCC桩的相关研究却很少;此外,在研究XCC桩贯入问题时,主要分析的是沉桩挤土效应,而忽略了实际工程施工中挤土位移荷载会对邻近既有桩产生附加桩身响应这一关键问题。为此,利用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)大变形数值技术,建立了相邻贯入XCC桩-砂土-既有XCC桩的整体CEL有限元数值模型,并且将数值结果与室内模型试验测量数据进行比较,验证了CEL数值技术在分析相邻XCC桩-土体-既有XCC桩相互作用的可行性和有效性。然后,开展了一系列参数研究,探讨了贯入深度、相邻桩与既有桩的间距、既有桩桩头边界条件等因素对既有桩侧向响应的影响。最后,基于参数分析的结果,编制了一套可用于岩土工程师在设计初期阶段评估相邻XCC桩贯入引起的既有XCC桩最大侧向响应的设计图,以减轻桩基施工带来的相关风险。

关键词：路基工程 XCC桩 CEL大变形数值技术砂土侧向响应设计图

基于混合消能减震技术非对称双塔连体结构抗震性能研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 288-300页

作者：蔡正潘文周强 Ghafar Wahab Abdul 杨静昆明理工大学建筑工程学院昆明650599 云南省抗震工程技术研究中心昆明650599

以某非对称双塔连体超高层结构为研究对象,选取与建筑所在场地相匹配的地震波作为激励,通过对结构进行非线性动力时程分析,研究混合消能减震连体结构在各烈度地震作用下的消能减震效果,探讨了屈曲约束支撑(buckling-restrained brace, B... 详细信息

以某非对称双塔连体超高层结构为研究对象,选取与建筑所在场地相匹配的地震波作为激励,通过对结构进行非线性动力时程分析,研究混合消能减震连体结构在各烈度地震作用下的消能减震效果,探讨了屈曲约束支撑(buckling-restrained brace, BRB)与黏滞阻尼悬臂桁架的位置变化对结构抗震性能的影响,同时对结构进行了全面的抗震性能评估。研究结果表明:在连体结构中、上部的加强层中布设阻尼器时,结构具有更佳的减震效果;在不同水准地震作用下,BRB与黏滞阻尼悬臂桁架耗能阶段不同且具有不同的耗能效率,混合消能减震技术可以综合不同类型阻尼器的优势作用,使连体结构具有更全面的抗震性能。在控制变形方面,其能够降低连体结构的扭转效应和层间位移角;在构件耗能方面,其减轻了主体构件进入塑性的程度,降低了结构主要受力构件的应力水平。将为混合消能减震技术在连体超高层结构中的进一步研究和应用提供借鉴。

关键词：连体结构混合减震时程分析耗能机制抗震性能

钢-预制HSC组合梁群钉连接件受剪性能研究

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建筑结构学报 2023年第S1期44卷 183-192页

作者：王绍迪马玉宏赵桂峰李源海方壮城广州大学工程抗震研究中心广东广州510006 广州大学广东省地震工程与应用技术重点实验室广东广州510006 广州大学土木工程学院广东广州510006

为研究钢-预制高强混凝土(high-strength concrete,HSC)组合梁群钉连接件的破坏机制,对8个群钉连接件进行推出试验,研究栓钉直径、混凝土强度和剪力槽的浇筑方法对群钉受剪性能的影响。群钉连接件的破坏模式主要为栓钉根部的受剪破坏和... 详细信息

为研究钢-预制高强混凝土(high-strength concrete,HSC)组合梁群钉连接件的破坏机制,对8个群钉连接件进行推出试验,研究栓钉直径、混凝土强度和剪力槽的浇筑方法对群钉受剪性能的影响。群钉连接件的破坏模式主要为栓钉根部的受剪破坏和局部混凝土被压碎,由于群钉中个别栓钉存在焊接缺陷,剪切破坏在焊缝处产生。群钉连接件的受剪性能主要受栓钉直径的影响和剪力槽混凝土强度的影响,剪力槽的预制浇筑对群钉的抗剪强度没有影响,与整体浇筑效果基本一致。应用ABAQUS软件建立有限元模型对群钉抗剪强度的影响因素进行参数分析,研究结果表明:当栓钉直径从19 mm增加到30 mm,群钉受剪承载力提高了104%;当栓钉抗拉强度从400 MPa增加到550 MPa,群钉受剪承载力提高了27%;而栓钉高度和混凝土强度的增加对其受剪承载力的影响很小。将参数分析结果与欧洲EN 1994-1-1、美国AISC 360-05和中国GB 50017—2017中相关公式的计算值进行对比,发现群钉的受剪承载力预测值均偏于保守,提出的群钉受剪承载力的计算公式计算值与试验结果吻合良好。

关键词：钢-预制HSC组合梁群钉连接件推出试验有限元分析剪力槽混凝土强度受剪性能

基于ABAQUS的凸轮式响应放大黏滞阻尼器消能体系抗震性能分析

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振动与冲击 2022年第10期41卷 196-204页

作者：赵桂峰马玉宏陈嘉佳黄浩贤广州大学土木工程学院广州510006 广东省地震工程与应用技术重点实验室广州510405 广州大学工程抗震研究中心广州510405

针对所提出的凸轮式响应放大黏滞阻尼器(cam response amplification viscous damper,CRAD-VD),基于ABAQUS软件开发CRAD-VD耗能单元,编制相应消能体系非线性有限元分析的显式求解程序;将单自由度减震体系的ABAQUS计算结果与MATLAB程序... 详细信息

针对所提出的凸轮式响应放大黏滞阻尼器(cam response amplification viscous damper,CRAD-VD),基于ABAQUS软件开发CRAD-VD耗能单元,编制相应消能体系非线性有限元分析的显式求解程序;将单自由度减震体系的ABAQUS计算结果与MATLAB程序分析结果进行对比,验证所开发CRAD-VD耗能单元及求解程序的准确性;进而开展装配式消能体系三维非线性模型的抗震性能分析。结果表明:开发的CRAD-VD耗能单元及求解程序可准确计算三维结构模型;三维结构体系串联小吨位黏滞阻尼器就可以得到直接安装大吨位阻尼器相似或更好的响应控制效果,有效降低装配式框架梁柱的损伤程度,体现出CRAD的响应放大效应;串联阻尼器的位移幅值始终等于预设偏心距,可避免阻尼器在极罕遇地震下位移超限而失效的问题。

关键词：黏滞阻尼器凸轮式响应放大技术二次开发装配式消能体系抗震性能

凸轮式响应放大金属阻尼器单自由度体系地震反应分析

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工程力学 2022年第S1期39卷 129-137,143页

作者：赵子龙赵桂峰张晶晶马玉宏广州大学土木工程学院广东广州510006 广州大学工程抗震研究中心广东广州510006 广东省地震工程与应用技术重点实验室广东广州510405

提出一种凸轮式响应放大金属阻尼器,介绍其工作机理和恢复力计算公式,对安装该阻尼器的单自由度体系建立了运动方程和能量方程。以达到相同位移控制效果为目标,采用不同吨位的金属阻尼器,分别对无控结构、安装传统金属阻尼器和安装凸轮... 详细信息

提出一种凸轮式响应放大金属阻尼器,介绍其工作机理和恢复力计算公式,对安装该阻尼器的单自由度体系建立了运动方程和能量方程。以达到相同位移控制效果为目标,采用不同吨位的金属阻尼器,分别对无控结构、安装传统金属阻尼器和安装凸轮式响应放大金属阻尼器的单自由度体系进行了多遇、罕遇和极罕遇地震作用下的地震响应对比分析。结果表明:在各级地震作用下,串联小吨位金属阻尼器的凸轮式响应放大金属阻尼器均达到了与安装传统大吨位金属阻尼器相同的位移控制效果和耗能比例,基底剪力控制效果也得到了明显的提升,说明采用小吨位金属阻尼器通过响应放大便可达到直接安装大吨位阻尼器的相同位移控制效果,体现了其优越的经济性;另外,在极罕遇地震作用下,该装置能避免阻尼器发生位移失效的现象,体现了该消能装置在各级地震作用下均能保证结构和阻尼器的安全。

关键词：金属阻尼器凸轮式响应放大技术单自由度减震体系地震反应分析