摩擦耗能支撑框架结构动力分析
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摘要
耗能减震技术是通过在结构中设置特殊的耗能装置,吸收本来由主要结构构件消耗的地震输入能量,以达到减少结构地震反应的目的。耗能减震技术以其行之有效、简单方便、经济实用等优势,得到了工程界的认可与欢迎,为了使耗能减震技术广泛应用于我国,有必要对其进行深入的理论分析与研究。本文针对摩擦耗能这一减震形式进行讨论,采用非线性弹簧单元、组合单元建立摩擦耗能支撑框架结构的有限元模型。选取一五层框架作为算例,利用ANSYS程序,对摩擦耗能支撑框架、无支撑框架和普通支撑框架的地震反应进行了计算比较,分析了摩擦耗能支撑的减震效果。结果表明:摩擦耗能支撑具有明显的减震效果,它大大降低了地震作用下结构的峰值反应,有效地消耗了地震能量。此外,本文还对耗能支撑减震参数(斜撑刚度、耗能器屈服位移)的改变以及耗能支撑的不同布置方式对结构减震效果的影响进行了分析,为摩擦耗能支撑框架的设计提供一些参考性建议。
The technology of energy dissipation can reduce the seismic response of structure by assigning special energy dissipation devices that dissipate most of earthquake input energy. Energy dissipation technology is accepted and popular in the field of engineering, because of the features of simple, facility, effective and economy. In order that energy dissipation technology is used widely in china, it is necessary to analysis and study the theory deeply. In the paper, friction energy dissipation is discussed mainly. Using nonlinear spring element and combination element, the finite element model of friction energy dissipating brace frame is established. By ANSYS finite element program the seismic response of a five-story frame structure with friction dissipating braces is analyzed, and is compared with that of the pure frame structure without brace and the brace frame structure without friction dissipation devices. The results show that the friction energy dissipating brace has obviously seismic vibrat
    ion- suppressed effect, and decreases maximum response of structure sharply when earthquake occurs, and dissipates a great deal of earthquake input energy. Moreover, The influence of parameters, such as bracing stiffness, yielding displacement of the dissipater and different distribution of dissipating braces on the suppressive effectiveness of structure vibration is studied and some referential suggestion is presented for the design of passive energy dissipation system.
引文
[1] 王松涛,曹资.现代抗震设计方法[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
    [2] 周云,刘季.新型耗能(阻尼)减震器的开发与研究[J].地震工程工程振动,1998,18(1):71-77.
    [3] 欧进萍,吴斌,龙旭.结构被动耗能减振效果的参数影响[J].地震工程与工程振动,1998,18(1):60-70.
    [4] 周强,吕西林.带有摩擦耗能元件的框架结构动力分析[J].力学季刊,2000,21(3):304-310.
    [5] 李慧峰,张玉蓉.钢筋砼摩擦耗能支撑框架结构的单元刚度和力学模型分析[J].地震研究,2002,25(1):68-74.
    [6] 欧进萍,吴斌.摩擦型与软钢屈服型耗能器的性能与减振效果的试验比较[J].地震工程与工程振动,1995,15(3):73-87.
    [7] 王曙光,刘伟庆,杨蕾蕾,等.耗能支撑钢筋混凝土框架抗震性能研究[J].地震工程与工程振动,1998,18(1):35-44.
    [8] 欧进萍,吴斌.组合钢板屈服耗能器性能及对其高层钢结构减振效果的试验研究[J].建筑结构学报,2001,22(1):26-32.
    [9] 欧进萍,邹向阳,龙旭,等.振戎中学食堂楼耗能减震分析与设计(Ⅰ)——反应谱法[J].地震工程与工程振动,2001,21(1):110-114.
    [10] 欧进萍,何政,龙旭,等.振戎中学食堂楼耗能减震分析与设计(Ⅱ)——能力谱法与地震损伤性能控制设计[J].地震工程与工程振动,2001,21(1):115-122.
    [11] Kelly J M, Skinner R I, Heine A J. Mechanics of Energy Absorption in Spcial Devices for Use in Earthquake Structures[J].Nationtal Society for Earthquake Engineering, 1972, 5(3): 63-88.
    [12] 李杰,李国强.地震程工学导论[M].北京:地震出版社,1992.
    [13] Pall A S, Marsh C. Response of Friction Damped Braced Frames[J]. Journal of Structural Divisoin, ASCE, 1982, 108(6):1313-1323.
    [14] Aiken I D, Kelly J M. Earthquake Simulator Testing and Analytical Studies of Two Energe-Absoring Systems for Multistory Structures. Report No. UCB/EERC90/03, University of California, Berkeley, CA, 1990
    [15] Whittaker A S, Berterro V V, Thompson C L, et al. Seismic Testing of Steel Plate
    
    Energy Dissipation Devices[J]. Earthquake Spectra, 1991,7(4):563-604.
    [16] Tsai K C, Chen H W, et al. Design of Stell Triangular Plate Energy Absorbers for Seismic Resistant Construction[J]. Earthquake Spectra, 1993,9(3):505-528.
    [17] 陈宗明,陈立兴,赵禹民,等.新型抗震耗能支撑试验研究[J].建筑结构学报,1989(4):21-28.
    [18] 刘季,周云,李暄.新型摩擦耗能支撑试验研究[J].工程抗震,1996(2):10-13.
    [19] 周云,刘季.两种摩擦耗能器的比较试验研究[J].地震工程与工程振动,1999,17(1):40-48
    [20] 周云,刘季,李暄.摩擦耗能支撑的试验研究[J].哈尔滨建筑大学学报,1996,29(3):12-17.
    [21] 欧进萍,吴斌.组合钢板耗能器——一种新型耗能减震装置[J].地震工程与工程振动,1997,17(1):32-39.
    [22] 吴斌,欧进萍.Pall摩擦耗能器的设计方法[J].哈尔滨建筑大学学报,1997,30(4):9-14.
    [23] 吴斌,张纪刚.基于几何非线性的Pall型摩擦阻尼器滞回特性分析与试验验证[J].地震工程与工程振动,2001,21(4):60-65.
    [24] 欧进萍,吴斌,龙旭.耗能减振结构的抗震设计方法[J].地震工程与工程振动,1998,18(2):98-107.
    [25] 周云,徐彤.耗能减震技术的回顾与前瞻[J].力学与实践,2000,22(5):1-7.
    [26] Pall A S, Pall R. Friction-Dampers Used for Seismic Control of New and Existing Building in Canade[A]. Proceedings of ATC-17-1 on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control[C]. 1993,2:675-686.
    [27] 王亚勇,薛彦涛,欧进萍,等.北京饭店等重要建筑的消能减振抗震加固设计方法[J].建筑结构学报,2001,22(2):35-39.
    [28] 欧进萍,吴斌,龙旭,等.北京饭店消能减振抗震加固分析与设计:时程分析法[J].地震工程与工程振功,2001,21(4):82-87.
    [29] 冼巧玲,周福霖.消能支撑框架结构设计方法探讨[J].地震工程与工程振动,2002,22(1):109-113.
    [30] 周强,吕西林.摩擦耗能框架体系动力分析[J].地震工程工程振动,2001,21(2):136-144.
    
    
    [31] 刘季,周云.结构抗震控制的研究与应用状况(上)——基础隔震与耗能减震技术[J].哈尔滨建筑大学学报,1995,28(4):1-10.
    [32] 唐家祥.建筑隔震与消能减震设计[J].建筑科学,2002,18(1):21-27.
    [33] 李慧峰,叶燎原.框架耗能支撑体系的研究发展[J].云南建筑,1999(2):42-44.
    [34] 冼巧玲,用福霖,成文山.框架结构消能支撑的减震优化方法[J].世界地震工程,1999,15(2):49-55.
    [35] 冼巧玲,成文山,周福霖.消能支撑参数优化方法的进一步研究[J].湖南大学学报,2000,27(3):73-80.
    [36] 周云,徐彤,俞公骅,等.消能减震技术研究及应用的新进展[J].地震工程工程振动,1999,19(2):123-131.
    [37] 蔡国平,孙峰,王超.建筑结构被动控制发展动态[J].力学与实践,2000,22(2):6-12.
    [38] 李宏男,阎石.中国结构控制的研究与应用[J].地震工程与工程振动,1999,19(1):107-110.
    [39] 唐家祥.隔震与消能减震结构的设计规定——《建筑抗震设计规范》修订简介(七)[J].工程抗震,1999(3):13-17.
    [40] 叶燎原.高烈度地震区低造价耗能支撑体系的研制和应用[J].工程力学,1998,增刊:31-36.
    [41] 周福霖.隔震、消能减震和结构控制技术的发展和应用(上)[J].世界地震工程,1989(4):16-20.
    [42] 周福霖.隔震、消能减震和结构控制技术的发展和应用(上)[J].世界地震工程,1990(1):7-17.
    [43] 周云,邓雪松.耗能减震结构的抗震设计原则与设计方法[J].世界地震工程,1998,14(4):49-56.
    [44] Houser G W, Bergman L A, et al. Structure Control: past, present, and future [J]. Journal of Engineering Mechanics, 1997, (9):897-971.
    [45] Zhou Yun, Liu Ji, Deng Xueshong. Experimental study on mixed yielding-friction energy dissipators[M]. The Fifth International Conference on TallBuildings, Hong Kong, 1998.
    [46] Ou Jingping, Wu Bo, Soong T T. Recent Advances in Research on and Application
    
    of Passive Energy Dissipation System[J].地震工程与工程振动,1996,16(3):72-96.
    [47] Perry C L, Fierro E A, Sedarat H, et al. Seismic Upgrard in San Pancisco Using Energy Dissipation Devices[J]. Earthquake Spectra, 1993, 9(3): 559-579.
    [48] Martinez-Romero E. Experiences on the Use of Supplementary Energy Dissipators on Building Structures[J]. Earthquake Spectra, 1993, 9(3): 581-626.
    [49] ANSYS入门手册(上).美国公司北京办事处.1998.
    [50] ANSYS入门手册(下).美国公司北京办事处.1998.
    [51] ANSYS动力学分析指南.美国公司北京办事处.1998.
    [52] ANSYS非线性分析指南.美国公司北京办事处.1998.
    [53] 吴高峰,杜健民,陈兴冲.ANSYS软件在高层建筑地震反应分析中的应用[J].兰州铁道学院学报,2001,20(6):53-56.
    [54] 龙晓鸿,李黎,唐家祥.Ⅰ-型钢槽阻尼器ANSYS仿真分析[J].华中科技大学学报,2002,30(8):79-81.
    [55] 陈星烨,余钱华.大跨度桥梁的抗震分析与地震动输入[J].中外公路,2001,21(4):32-34.
    [56] 周云,邓雪松.影响摩擦耗能器性能的因素分析[J].工业建筑,1999,29(6):1-4.
    [57] 李慧峰,张玉蓉,钢筋砼降擦耗能支撑空间框架结构的内力分析[J].西南林学院学报,2000,20(4):237-242.
    [58] 李洪泉,吕西林.钢筋混凝土框架地震损伤识别与采用耗能装置修复的试验研究[J].建筑结构学报,2001,22(3):9-14.
    [59] 李宏男,殷永炜,林立岩.采用摩擦和消能装置的加层结构振动六试验研究[J].建筑结构学报,2001,22(4):67-71.
    [60] 李红梅.基础摩擦滑移隔震结构分析[].保定:河北农业大学,2001.
    [61] 阎兴华.可控消能减震原理及结构分析[J].地震工程与工程振动,1997,17(3):66-71.
    [62] 王丽,阎贵平,方有亮.隔震桥梁非线性地震反应分析[J].北方交通大学学报,2002,26(1):80-84.
    [63] 吴波,李惠,林立岩,等.东北某政府大楼采用摩擦阻尼器进行抗震加固的研究[J].建筑结构学报,1998,19(5):28-36.
    
    
    [64] 王勖成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京:清华大学出版社,1997.
    [65] 李桂青.抗震结构计算理论和方法[M].北京:地震出版社,1991.
    [66] R.W.克拉夫,J.彭津.结构动力学[M].北京:科学出版社,1981.
    [67] D.R.J.欧文,E.辛顿.塑性力学有限元—理论与应用.兵器工业出版社,1989.
    [68] 王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践[M].西安:西北工业大学出版社,1999.
    [69] 包世华,方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社,1990.
    [70] 龙驭球,包世华.结构力学教程(上)[M].北京:高等教育出版社,1988.
    [71] 龙驭球,包世华.结构力学教程(下)[M].北京:高等教育出版社,1988.
    [72] 郭继武.建筑抗震设计[M].北京:高等教育出版社,1990.
    [73] 欧进萍,何政,吴斌,等.钢筋混凝土结构的地震损伤控制设计[J].建筑结构学报,2000,21(1):63-70.
    [74] 何政,欧进萍.钢筋混凝土耗能减振结构的地震损伤简化分析方法[J].地震工程与工程振动,2001,21(4):74-81.
    [75] 王曙光,刘伟庆.消能支撑框架结构的非线性分析[J].地震工程与工程振动,2001,21(3):117-121.
    [76] 李宏男,刘光磊,林立岩.采用摩擦垫层及阻尼器对外套结构体系的减振研究[J].地震工程与工程振动,2000,20(4):126-132.
    [77] 瞿伟廉,陈朝晖,徐幼麟.被动及半被动摩擦阻尼器对合肥翡翠电视塔地震反应的控制[J].地震工程与工程振动,2000,20(2):101-106.
    [78] 陈精一,蔡国忠.电脑辅助工程分析——ANSYS使用指南[M].北京:中国铁道出版社,2001.
    [79] Filiatrault A, Cherry S. Performance Evaluation of Friction Damped Braced Steel Frames Under Simulated Earthquake Loads[J]. Earthquake Spectra, 1987, 3(1): 57-78.
    [80] Fajfar P. Equivalent Ductility Factors Taking into Account Low-Cycle Fatigue[J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 1992(21): 837-848.
    [81] Scholl R E. Design Criteria for Yielding and Friction Energy Dissipators[A]. Proceedings of ATC-17-1 on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control[C]. 1993, 2:485-495.
    
    
    [82] Tsiatas G, Daly K. Controlling Vibrations With Combination Viscous/ Friction Mechanisms[J]. Proc, First World Conference on Structural Control, 1994, 1. WP4-3-WP4-11.
    [83] Dargush G F, Soong T T. Behavior of Metallic Plate Dampers in Seismic Passive Energy Dissipation System[J]. Earthquake Spectra, 1995.
    [84] Filiatrault A, Cherry S. Comparative Performance of Friction-Damped System and Base-Isolation System for Earthquake Retrofil and Oesign[J]. EESD, 1988,16.
    [85] Filiatrault A, Cherry S. Seismic Design Spectra for Friction-Damped Structures[J]. Journal of Structural Engineering, 1990,116(5):1334-1355.
    [86] 龙旭,吴斌,欧进萍.抗震结构的阻尼减振效果分析[J].世界地震工程,2001,17(1):40-45.
    [87] 瞿伟廉,程懋堃,毛增达,等.设置粘弹性阻尼器钢结构高层建筑抗震抗风设计的实用方法[J].建筑结构学报,1998,19(3):42-49.
    [88] 陈文,隋杰英,陈月明,等.宿迁市交通大厦采用粘弹性阻尼器的减震设计与研究[J].建筑结构学报,2000,21(3):30-35.
    [89] 张骏,阎贵平,杨雨峰.桥梁减震性能研究[J].世界地震工程,2001,17(2):33-38.
    [90] 吕西林,周强.摩擦与粘性流体耗能器串联体系动力分析[J].地震工程与工程振动,2001,21(1):123-130.
    [91] 杜成斌,池水斌.带有耗能器的基底滑动结构隔震效果研究[J].河海大学学报,1996,24(5):72-79.
    [92] 欧进萍,关新春,吴斌,等.智能型压电——摩擦耗能器[J].地震工程与工程振动,2000,20(1):81-86.
    [93] 瞿伟廉,陈朝晖,徐幼麟.压电材料智能摩擦阻尼器对高耸钢塔结构风振反应的半主动控制[J].地震工程与工程振动,2000,20(1):94-99.
    [94] 胡晓锋,胡世德.调质阻尼器地震反应控制应用研究[J].地震工程与工程振动,2000,20(2):112-116.
    [95] 钱国桢,池毓蔚.地震波激励下加层结构被动控制的最优参数求解[J].工程抗震,1998(3):36-38.
    [96] 施卫星,王群.层间隔震原理和设计方法[J].工程抗震,1997(4):20-22.
    [97] 王依群,李忠献.不同阻尼特性材料组合结构的弹塑性动力时程响应计算[J].地震工
    
    程与工程振动,1999,19(2):76-80.
    [98] 吕西林,吴晓涵.抗震耗能剪力墙非线性有限元时程分析[J].同济大学学报,1996,24(5):481-486.
    [99] 宋天齐,王为杰.结构隔震体系的选择和应用[J].工程抗震,1995(2):27-29.
    [100] 周云,徐赵东,邓雪松.铅粘弹性阻尼器的计算模型[J].地震工程与工程振动,2000,20(1):120-124.
    [101] 周云,邓雪松,徐赵东.铅粘弹性阻尼器性能试验研究[J].地震工程与工程振动,2001,21(1):140-144.
    [102] 傅育安.基础隔震工程的回顾与展望[J].工程抗震,1987(3):42-45.
    [103] 曾德民,苏经宇,樊水荣,等.建筑基础隔震技术的发展和应用概况[J].工程抗震,1996(3):37-41.
    [104] 刘季,周云.结构抗震控制的研究与应用状况(下)——主动控制、混合控制及半主动控制[J].哈尔滨建筑大学学报,1995,28(5):1-6.
    [105] 唐曹明,戴国莹等.建筑结构抗震分析模型的一些比较[J].工程抗震,1996(3):5-9.
    [106] 马东辉,曾德民,苏经宇,等.基础隔震技术家族的新成员——建筑基础复合隔震体系[J].工程抗震,1996(3):27-32.
    [107] J.A.Inaudi and J.M.Kelly.线性隔震系统的最佳阻尼[J].世界地震工程,1994(1):61-71.
    [108] 邓雪松,阎维明,周云.隔震结构设计与分析软件的研制[J].世界地震工程,2001,17(1):57-60.
    [109] 杜永峰,张迪,党育,等.基础隔震结构简化模型的振动参数识别[J].世界地震工程,2001,17(2):53-58.
    [110] 杨树标.复合隔震结构地震反应的简化计算[J].世界地震工程,2001,17(2):65-69.
    [111] 李建中,袁万城,范立础.连续梁桥减、隔震体系的优化设计[J].土木工程学报,1998,31(3):47-54.
    [112] 李向真,欧海龙,于德介,等.摩擦消能支撑装胃非线性刚度分析[J].地震工程与工程振动,2001,21(1):131-138.
    [113] Kannan A, Powell G M. DRAIN-2D a General Purpose Compute Program for Dynamic Analysis of Inelastic Plane Structures[M]. EERC 73-6, Earthquake Engineering
    
    Research of California, Berkeley, CA, 1973.
    [114] Park Y J, Ang A H-S. Mechanistic Seismic Damage Model for Reinforced concrete[J]. Journal of Structural Engineering, ASCE, 1985,111(4):722-739.
    [115] Vidic T, Fajfar P, Fischinger M. Consistent Inelastic Design Spctra:Strength and Displacement[J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 1992(23): 507-521.
    [116] Kawashima K, Unjoh S. Variable Dampers and Variable Stiffness for Seismic Control of Bridges[A]. Proc. of International Workshop on Structural Control, 1993.
    [117] Buckle I G, Mayes R L. Seismic Isolation: History, Application, and Performance a World View[J]. Earthquake Spectra, 1990, 6(2).
    [118] Soong T T, Lai M L. Correlation of Experimental Results and Predictions of Viscocelastic Damping of a Model Structure[A]. Proc. of Damping'91, SanDiego, California, 1991, 1-9.
    [119] Mazzolani F M, Serino G. Oleodynamic Dampers for Seismic Protection of a Steel Frame Structures in Naples[A]. International Post-Smirt Conference Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Seismic Vibration of Structures[C]. Taormina, Italy, 1997, 8, 25-27.
    [120] Dimova S, Meskouris K, Kratzig, W B. Numerical Technique for Dynamic Analysis of Structures With Friction Devices[J]. Earthquake Engrg. Struct. Dyn. 1995, 24: 881-898.
    [121] Dyke S J, Spencer B F, Carison J D. Modeling and Control of Magnetor-heological Dampers for Seismic Response[J]. Smart Mater. Struct. 1996, 5: 565-575.
    [122] Iwan W D, Gates N C. Estimating Earthquak Response of Simple Nysteretics[J]. Journal of Engineering Mechanics Divisoin, ASCE, 1979, 105(EM3): 391-405.

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