耗能减震高层钢框架的抗震设计与评估

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自复位阻尼器具备良好的自复位能力和一定的耗能能力,可有效降低钢框架结构在地震作用下的响应。基于性能的抗震设计可实现结构在不同地震水准下达到不同的性能要求。耗能减震结构体系基于位移的性能设计可在现有结构中通过设置耗能装置,从而使耗能减震体系达到相应的地震水准下的性能要求。为了将自复位阻尼器应用于高层钢框架结构使之成为耗能减震结构体系,本文提出了一种基于MPA的性能设计方法。此外,为更全面了解结构的抗震性能,本文还基于损伤模型从能量的角度对耗能减震结构进行评估。本文的主要工作如下:(1)改进了自复位阻尼器耗能减震结构体系的弹塑性时程分析程序。在MATLAB中,首先基于Brinson本构对阻尼器进行数值模拟,然后把该阻尼器设置在一个五层剪切模型的首层使之变成有控结构,对有控结构进行弹性时程分析,并与没有设置阻尼器的分析结果进行对比,发现该阻尼器可有效的降低结构的位移响应;引入双线型模型,对同一有控结构进行了弹塑性时程分析。(2)建议了自复位阻尼器等效阻尼比的计算公式。针对文中的自复位阻尼器,在总结了阻尼器各参数的基础上,基于应变能法,给出了由阻尼器屈服后刚度系数和延性系数确定的等效阻尼比计算公式。(3)给出了减震高层钢框架结构基于MPA的性能设计方法。该设计方法包括主结构基于MPA法的性能分析和自复位阻尼器基于等刚度分布的参数设计方法。基于MPA法对结构进行性能分析中,对于结构进行弹塑性阶段,采用屈服折减系数R对弹性需求谱进行折减。自复位阻尼器基于等刚度分布的参数设计方法,是把阻尼器对耗能减震体系的附加阻尼比解耦成阻尼器等效阻尼比与应变能比的乘积;通过调整应变能比可同时控制阻尼器对主体结构的附加阻尼比和附加刚度,从而可以充分发挥阻尼器的耗能能力;最后将该方法应用在某高层钢框架中。(4)针对设置了自复位阻尼器的减震钢框架,介绍了基于能量的抗震评估方法。该方法主要从结构的耗能能力和耗能需求出发,然后基于损伤模型对结构进行评估。该方法的主要内容包括地震输入能、累积滞回耗能需求、累积滞回耗能需求的层间分布方式和结构耗能能力的确定。
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