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基于性能的粘滞阻尼器减震结构设计与抗倒塌易损性分析

作　者: 邹新磊
导　师: 韩建平
学　校: 兰州理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 非线性粘滞阻尼器基于性能的抗震设计减震性能曲线位移降低率剪力降低率增量动力时程分析
分类号: TU352.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

“小震不坏，中震可修，大震不倒”抗震设防准则基本上可以保证生命安全，但其财产损失往往超过了社会和业主所能承受的范围，基于此，基于性能抗震设计(Performance-Based Seismic Design, PBSD)即震前预知结构可能的损失，并按照业主的意图设定抗震性能目标，然后通过结构设计来实现其目标已成为21世纪抗震设计研究的主流方向。粘滞阻尼器减震控制是在结构的特定部位安装粘滞阻尼器装置，在外部激励作用下，粘滞阻尼器装置起到耗散能量、减小主体结构振动以确保结构本身及结构中的人、仪器、设备、装修等处于安全和正常使用环境的作用。粘滞阻尼器减震控制作为一种日益成熟的工程减震技术为基于性能的抗震设计提出了一条新的途径。本文在分析和研究粘滞阻尼器的构造、常用的力学模型、其耗能能力与各参数之间的关系及基于性能的结构抗震理论的基础上，将基于性能的抗震设计方法引入到减震结构的设计和性能评估中。以非线性黏滞阻尼器减震结构为例，结合我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）及日本隔震结构协会《被动减震结构设计施工手册》，提出了非线性黏滞阻尼器减震结构的设计方法，通过实际结构的等效单自由度体系的减震性能曲线，确定黏滞阻尼器的损失刚度比和等效支承构件刚度比并应用于主结构，确定主结构各楼层黏滞阻尼器参数。其次，利用这一方法对一单自由度结构和一6层钢筋混凝土框架结构进行了减震设计，并采用SAP2000对该结构装设阻尼器前后的抗震性能进行了对比验算。最后，选择20条地震动记录，对该结构的一榀横向中框架进行了增量动力分析，并采用抗倒塌能力储备系数评价结构的抗倒塌能力。结果表明：装设非线性黏滞阻尼器后结构的抗震性能有较大的改善，能够较好地达到性能目标的要求；结构的抗倒塌能力也有明显的提高。但不同地震动输入下结构的增量动力分析结果差别较大，因此减震结构的设计方法、地震动记录的合理选择及大震下动力分析结果的可靠性仍然是今后需进一步研究的主要问题。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-20
  1.1 引言  11-12
  1.2 结构减震控制理论概述  12-14
    1.2.1 被动控制  12-13
    1.2.2 主动控制  13
    1.2.3 半主动控制  13
    1.2.4 智能控制  13-14
    1.2.5 混合控制  14
  1.3 结构耗能减震技术  14-15
    1.3.1 结构消能减震的原理  14
    1.3.2 结构消能减震的分类  14
    1.3.3 结构消能减震的研究及应用  14-15
  1.4 粘滞阻尼器的研究应用概括  15-17
  1.5 基于性能的抗震设计的发展概况  17-18
  1.6 增量动力分析方法（IDA 方法）的概况  18
  1.7 研究工作的主要内容  18-20
第2章粘滞阻尼器性能及其参数间相互关系  20-32
  2.1 粘滞阻尼器的工作原理及设置形式  20-23
    2.1.1 各类粘滞阻尼器的基本原理与构造  20-22
    2.1.2 各类粘滞阻尼器的设置形态  22-23
  2.2 粘滞阻尼器的力学模型  23-29
    2.2.1 粘滞阻尼器力学特征的分析模型  23-26
    2.2.2 非线性粘滞阻尼器的力学性能  26-29
  2.3 粘滞阻尼器耗能能力及各个参数的关系  29-31
    2.3.1 粘滞阻尼器的耗能能力  29-31
    2.3.2 粘滞阻尼器各参数的相互关系  31
  2.4 小结  31-32
第3章基于性能的单层粘滞阻尼器减震结构设计方法  32-50
  3.1 基于性能的抗震设计理论  32-35
    3.1.1 地震风险水平  32-33
    3.1.2 建筑结构抗震性能水平  33
    3.1.3 建筑结构抗震性能目标  33-35
    3.1.4 基于性能的抗震设计方法  35
  3.2 耗能减震结构控制地震反应的原理  35-42
    3.2.1 安装粘滞阻尼器单质点减震结构的减震原理  36-38
    3.2.2 减震结构的滞回特性及力学性能  38-42
  3.3 单自由度减震结构性能曲线绘制及初步设计  42-45
    3.3.1 等效周期和等效阻尼比  42-43
    3.3.2 减震性能曲线的绘制方法  43-45
    3.3.3 利用单质点体系进行减震结构初步设计  45
  3.4 单自由度非线性粘滞阻尼器减震结构设计应用实例  45-49
    3.4.1 工程慨况  46-47
    3.4.2 设计过程  47-48
    3.4.3 时程验算  48-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章非线性粘滞阻尼器减震结构设计与分析  50-60
  4.1 多层非线性粘滞阻尼器减震结构的设计方法  50-53
    4.1.1 多层减震结构的设计思想  50-52
    4.1.2 多层非线性粘滞阻尼器减震结构的设计步骤  52-53
  4.2 多层非线性粘滞阻尼器减震框架结构设计实例  53-57
    4.2.1 工程概况  53-54
    4.2.2 减震结构的设计过程  54-57
      4.2.2.1 设计用地震动的选取及性能目标的确定  54-55
      4.2.2.2 确定非减震主结构的各参数及目标位移降低率  55
      4.2.2.3 绘制此减震框架结构的性能曲线  55-56
      4.2.2.4 计算各楼层所需阻尼的数目及各阻尼器参数  56-57
  4.3 减震结构的时程验证  57-58
  4.4 本章小结  58-60
第5章减震结构及非减震结构的抗倒塌易损性分析  60-67
  5.1 结构抗倒塌易损性分析的方法  60-61
    5.1.1 增量动力分析方法（IDA 方法）  60
    5.1.2 IDA 方法的步骤  60-61
  5.2 减震结构与非减震结构的抗震能力分析  61-65
    5.2.1 分析模型概况  61
    5.2.2 地震动的选择  61-63
    5.2.3 减震和非减震平面框架的 IDA 分析  63-65
  5.3 减震结构与非减震结构的抗倒塌易损性评估  65-66
  5.4 本章小结  66-67
结论与建议  67-69
  主要结论  67
  进一步研究建议  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
附录 A：攻读硕士学位期间所发表的学术论文  74-75
附录 B：攻读硕士学位期间参与的工程项目和科研项目  75

基于性能的粘滞阻尼器减震结构设计与抗倒塌易损性分析

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