基于性能的非线性粘滞阻尼器消能减震结构设计与分析

摘要

基于性能抗震设计(Performance-Based Seismic Design，PBSD)的主要目的是使结构构件在不同地震水平下满足不同的性能目标要求。自20世纪90年代以来，美国、日本等发达国家逐步兴起了对基于性能抗震设计的研究，代表了新世纪工程结构抗震设计方法的发展新方向，现已成为21世纪各国建筑抗震设计规范修订的主流方向。
　　 另外，随着近30年来结构振动控制理论的不断发展，耗能减振技术已逐渐发展成为一种日益成熟的工程减振技术，为实现耗能减振结构基于性能抗震设计提供了一条新的途径。
　　 粘滞阻尼器是一种典型的被动控制装置，因其具有对温度的不敏感性以及能在较宽频域范围内使结构保持线性反应等诸多优势，使其在土木工程领域被广泛认可。粘滞阻尼器作为一种无需外部能源输入提供控制力的被动控制装置，吸收和耗散地震作用输入结构的大部分能量，从而保护主体结构的安全。
　　 本文将基于性能的抗震设计理论引入非线性粘滞阻尼器消能减震结构中，根据我国2009年11月出版的《建筑抗震设计规范》(送审稿)对建筑抗震性能设计的相关规定，借鉴日本隔震结构协会编写的《被动减震结构设计·施工手册》中粘滞阻尼器减震结构设计方法，建立了基于性能的非线性粘滞阻尼器消能减震结构抗震设计原则和分析方法。设计过程包括：选定减震性能目标，确定目标位移降低率；建立主结构(未装设阻尼器结构)等效单质点体系的减震性能曲线；将确定的黏滞阻尼器损失刚度比和等效支承构件刚度比应用于主结构，确定主结构各楼层的黏滞阻尼器参数。
　　 根据本文方法对一装设非线性粘滞阻尼器的8层钢筋混凝土框架结构进行了抗震性能的计算分析，同时利用SAP2000有限元分析软件对该减震结构进行了时程分析。与传统方法相比，本文方法计算简单、直观，容易实现。分析结果也说明装设粘滞阻尼器后地震对结构的作用大大降低，结构的地震反应明显减小，容易实现性能控制目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2结构减震控制理论概述

1.3耗能减震结构体系的研究及应用现状

1.4粘滞阻尼消能支撑结构的研究现状

1.5基于性能的抗震设计的发展概况

1.6研究工作的主要内容

第2章粘滞阻尼器性能及力学模型

2.1粘滞阻尼器

2.1.1粘滞阻尼器的类型及基本构造

2.1.2阻尼器速度指数的取值方式

2.2粘滞阻尼器性能影响因素

2.3粘滞阻尼器的力学模型

2.4小结

第3章基于性能的抗震设计理论

3.1基于性能设计方法的研究现状

3.2地震风险水平

3.3建筑结构性能水平与性能目标

3.4《建筑抗震设计规范》(送审稿)对建筑抗震性能设计的规定

3.4.1概述

3.4.2“抗震规范送审稿”对建筑抗震性能化设计规定

第4章基于性能的非线性粘滞阻尼器消能减震设计方法

4.1单质点体系减震结构的力学原理和性能曲线

4.1.1等效周期与等效阻尼比降低地震反应的原理

4.1.2减震结构的滞回特性及其效应

4.2粘滞阻尼器减震结构的力学原理及性能曲线

4.2.1各种组成构件及减震结构的储存刚度和损失刚度

4.2.2等效周期和等效阻尼比

4.2.3减震性能曲线的绘制方法

4.2.4利用单质点体系进行初步设计

4.3多质点体系减震结构的设计方法

4.3.1单质点体系与多质点体系的等效性

4.3.2粘滞阻尼器多质点减震结构的设计方法

第5章粘滞阻尼器减震结构基于性能的抗震设计

5.1概述

5.2性能目标的确定

5.3设计原理

5.4基于性能的装设粘滞阻尼器消能减震结构设计流程

5.5实例分析

5.5.1工程概况

5.5.2设计用地震波选取及目标位移的确定

5.5.3装设粘滞阻尼器消能减震设计及计算结果

5.5.4 SAP2000计算分析

结论与建议

主要结论

进一步研究建议

参考文献

致谢

附录A：攻读硕士学位期间所发表的学术论文