摩擦耗能支撑框架结构设计参数分析

摩擦阻尼器在框架结构平面中合理布置分析张敏，汪东卓（广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州545006）摘要：针对摩擦阻尼器在框架结构平面中合理布置进行分析.针对横向地震作用下摩擦阻尼器在空间框架结构中的5种布置形式，对摩擦阻尼器在框架结构楼层中合理布置进行了地震反应分析，研究了框架结构的楼层最大侧移、层间最大位移角和各榀框架顶部最大侧移.结果表明：在平面对称结构中，各种对称布置摩擦阻尼器的方式，其减震效果基本相同，且减震效果较显著；而非对称布置摩擦阻尼器的框架结构会产生不同程度的扭转效应，其减震效果较差，且地震反应甚至会超过相应抗震结构.因而阻尼器在结构中布置应尽量使结构刚度中心和质量中心重合，不宜使结构刚度中心和质量中心偏差加大.关键词：阻尼器；摩擦；框架；地震；有限元中图分类号：TU311DOI:10.16375/45-1395/t.2018.03.0030引言地震是一种自然现象，地震的发生有很大的随机性，地震在瞬间就能使地面的建筑物造成破坏，并可能引发火灾、疾病等衍生灾害，对人类社会造成了巨大的影响.针对这种突发性、随机性的自然灾害，不少专家学者相继提出采用结构抗震和结构减震控制等方法进行抵抗.传统的建筑结构是通过增强结构本身的属性（强度、刚度、延性）来抵抗和消耗地震作用，耗能减震体系是在结构中增加减震装置，由减震装置和建筑结构共同耗散地震作用，并且大量的地震能量由减震装置承受，达到减轻建筑结构自身损伤的目的［1-2］.摩擦阻尼器是一种性价比较高的减震装置，该装置价格便宜，制作方便，能较好地耗散地震和风荷载中的能量，进而保证在地震作用下建筑结构的安全性和使用性［3］.国内外很多学者对结构中设置摩擦阻尼器和其他阻尼器耗能体系的地震响应进行了相关研究.1987年Pall 摩擦阻尼器（嵌入制动摩擦垫块）在循环荷载作用下的试验研究结果表明［4］：该耗能器的工作性能稳定（50次循环加载基本上不出现退化现象），耗散能力强，其滞回曲线接近理想矩形.彭凌云等［5］提出一种拟线性摩擦阻尼器，经过实验数据和理论数值模拟结果表明：该阻尼器具有与位移量有关联的线性滞回阻尼的基本特征，基于弹性力学给出的近似计算公式能够反映试验得到的阻尼器滞回特点，可以用于阻尼器的初步设计.Kazutaka 等［6］对摩擦阻尼器的阻尼力和位移因变量特性进行研究后发现：摩擦阻尼能展现目标特征、性能稳定，在循环载荷下具备高耐久能力，安装阻尼器的高层建筑在长期抗震中是非常理想的.朱军强等［7］通过压电陶瓷的压电反应，研发出一种基于半主动控制的新型压电摩擦阻尼器，在不同的电压情况下，由ABAQUS 有限元软件进行动力时程分析，解出此阻尼器的滞回曲线，为其工程应用提供理论依据.胡强等［8］对方钢管铅芯阻尼器进行力学和有限元分析，探讨其阻尼器的抗震性能.李创第等［9］对设置粘弹阻尼器的基础隔震结构进行平稳响应分析，通过复模态法分析得到其结构的位移反应和加速度反应，进而讨论其耗能能力.马真迪［10］通过有限元软件对波纹型、光滑型两种摩擦阻尼器分别进行动力时程分析，通过摩擦系数等效转化的方案，将等效的摩擦系数输入到MIDAS 建立的框架模型中，收稿日期：2018-03-08基金项目：广西研究生教育创新计划项目（YCSW2017201）资助.作者简介：张敏，博士，教授，研究方向：结构抗震与减震，E-mail ：zhmzm@.第29卷第3期2018年9月广西科技大学学报JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.29No.3Sep.2018第29卷广西科技大学学报获得波纹摩擦阻尼器的抗震性能.周圆兀等［11］通过力的等效处理和解耦法分析了粘滞阻尼耗能结构的地震反应，验证了其方法准确性较高.张海龙等［12］在结构上附加T 型摩擦阻耗能减震装置，在罕见地震作用下进行动力分析，并应用SAP2000软件对比分析得到该结构的位移和内力反应差距，验证了在高层钢框架结构中设置T 形芯板摩擦阻尼器具有良好的耗能减震作用.孙飞飞等［13］提出了一种适用于多层框架结构的新型摩擦消能减震楼梯及其构造形式.针对所采用阻尼器布置方式，提出并验证了梯段板等效四平行杆模型；认为采用刚接方法计算楼梯内阻尼器附加阻尼比结果更准确，且计算量较小，可供设计人员参考.上述研究主要针对地震作用下阻尼器对单榀框架的减震效果，但任何建筑都是空间结构，阻尼器在空间结构中的减震效果与阻尼器在空间结构平面布置有关，阻尼器在空间结构平面内如何分布，这对结构地震反应有直接影响.因此，本文针对摩擦阻尼器在框架结构平面内的平面分布进行分析，研究该阻尼器在框架平面内对称分布和非对称分布的地震反应，得出各阻尼器在结构平面内的合理布置原则，从而为该消能减震结构的合理设计提供参考.本文针对单向地震作用下，摩擦阻尼器在框架结构平面内分别采用3种对称布置、2种非对称布置方案进行地震反应分析，以楼层最大位移和各楼层的层间最大位移角作为衡量依据，通过SAP2000有限元软件进行模拟分析，讨论阻尼器分别采用该5种布置方案对建筑结构的减震效果，从而得出阻尼器在空间框架结构平面内的合理布置方案及合理布置原则.1摩擦阻尼器参数确定1.1摩擦阻尼器形式本结构采用的摩擦阻尼器为摩擦剪切耗能器，如图1所示.当框架侧移时，摩擦阻尼器上、下水平板间的滑动量与楼层层间侧移相同.1.2摩擦阻尼器的作用力F d =ηk d Δx +(1-η)f sgn (Δx )（1）式中，k d ——摩擦阻尼器支z 撑的刚度；η——工作系数；Δx ——摩擦阻尼器上下两端节点板的水平相对位移；f ——摩擦阻尼器的摩擦阻尼力.sgn ——符号函数.当Δx i >0，则sgn (Δx i )=1；当Δx i <0，则sgn (Δx i )=-1；当Δx i =0，则sgn (Δx i )=0.对于第i 楼层阻尼器，η按下列条件确定：若|Δ|x i =0，则ηi =1（2）若|Δ|x i ≠0，则ηi =0（3）式中，Δx i ——第i 楼层摩擦阻尼器两端节点板的水平相对速度，Δx =x i -x i -1.2工程算例该算例为一栋钢筋混凝土框架结构的建筑物，建筑物总高度为34.2m ，共10层，首层高度为4.5m ，其余各层高度均为3.3m ；该建筑物抗震设防烈度为8度（0.3g ），地震分组为第二组，设防类别丙类；梁板柱混凝土强度等级均为C 30；楼屋面恒载标准值为10kN/m 2，楼屋面活载标准值为2kN/m 2；梁截面尺寸为300mm×650mm ，柱截面尺寸600mm×750mm ，板厚为100mm ；框架模型的平面布置如图2所示.图1摩擦阻尼器构造Fig.1Friction damperconstruction图2框架结构平面布置Fig.2Plane layout of frame structure16第3期通过SAP2000建模分析得：结构横向自振周期T 1=1.318s ；T 2=0.428s ；T 3=0.240s.单向地震作用下，对布置摩擦阻尼器的不同工况下的框架结构进行分析，结构分别沿横向按图3（b ）—图3（f ）布置摩擦阻尼器.图中各方案每个楼层的总滑动摩擦力均相等，每层阻尼器总滑动摩擦力f 均为700kN.本文分别考虑4类场地的地震波，即：Ⅰ类场地OROVILLE 波、Ⅱ类场地El-Centro 波、Ⅲ类场地HOLLYWOOD STORAGE 波、Ⅳ类场地天津波.根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）［14］，各地震波的加速度峰值均为110gal.3单向地震作用阻尼器布置在平面对称的框架结构中，在横向地震作用下，考虑以下阻尼器对称布置3种方案，和阻尼器非对称布置2种方案，分别对其进行地震反应分析，如图3所示.抗震结构（无阻尼器）布置方案a （a ）（b ）布置方案b布置方案c （c ）（d ）布置方案d布置方案e （e ）（f ）图3阻尼器布置方案Fig.3Damper layout scheme 图3（b ）、图3（c ）、图3（d ）代表在框架结构中对称布置摩擦阻尼器，图3（e ）、图3（f ）代表在框架结构中非对称布置摩擦阻尼器.图3中括号中数字如（1-3），表示建筑结构中均匀布置摩擦阻尼器的层数是从第一层至第三层，其他括号内数字同理.17第29卷广西科技大学学报4结构楼层地震响应采用SAP2000软件建模分析，其中当阻尼器两端相对速度不为0时，摩擦阻尼器阻尼力采用下列分析模型：F =c ||v α(α=0,c =f )（4）4.1楼层最大侧移（a ）OROVILLE 地震波（b ）El-Centro 地震波（c ）HOLLYWOOD STORAGE 地震波（d ）天津地震波图4建筑结构的楼层最大位移Fig.4Maximum floor displacement of building structure分析表明：1）在平面对称框架结构分别按图3（b ）、图3（c ）和图3（d ）对称布置摩擦阻尼器的方案下，结构各楼层最大位移反应相对抗震结构（无阻尼）均显著减小，并且各方案减震效果基本一致.由此得出，阻尼器在建筑结构中对称布置时，能极大减小建筑结构的地震反应，且减震效果基本相同.2）在图3（e ）摩擦阻尼器布置方案下，同图3（b ）、图3（c ）和图3（d ）对称布置方案相比较，减震效果有所差距，这是因为建筑结构中的阻尼器布置方式不对称，从而使建筑结构产生了扭转效应，进而增大了楼层最大位移，因此减震效果减弱.3）在图3（f ）摩擦阻尼器布置方案下，即阻尼器仅布置在结构一侧，阻尼器的非对称程度增大，从而使结构的扭转程度增大，进而较大地减弱了结构的减震效果，甚至其地震响应超出了相应的抗震结构.因此，在平面对称框架结构中摩擦阻尼器不宜非对称布置，尤其是阻尼器严重不对称布置更应避免.18第3期4.2各榀框架顶层水平位移分布在横向地震作用下，图5中的所有布置方案各榀框架顶层水平位移结果见下图所示.其中，0刻度水平线以上表示建筑结构在地震作用下的正向横向位移，用实线表示；0刻度水平线以下表示建筑结构在地震作用下的反向横向位移，用虚线表示.图5各榀框架顶层水平位移Fig.5Horizontal displacement at the top of each frame 以上分析表明布置方案e （图3（f ））的结构顶层楼层侧移沿平面位置变化较大，这是由于结构按照非对称方案布置摩擦阻尼器，结构在地震作用下发生了扭转，故其地震反应顶层侧移沿平面位置分布不均匀，这对结构抗震不利.4.3楼层层间最大位移角（a ）OROVILLE 地震波（b ）El-Centro 地震波（a ）OROVILLE 地震波（b ）El-Centro 地震波（c ）HOLLYWOOD STORAGE 地震波（d ）天津地震波各榀框架位置各榀框架位置各榀框架位置各榀框架位置19第29卷广西科技大学学报（c ）HOLLYWOOD STORAGE 地震波（d ）天津地震波图6建筑结构层间最大位移角Fig.6Maximum displacement angle between layers of building structure图6可见：1）在图3（b ）、图3（c ）和图3（d ）摩擦阻尼器对称布置方案下，其层间最大位移角相对相应抗震结构显著减小，具有较好的减震效果；且此3种对称布置方案的减震能力基本相同.由此可见，对称布置阻尼器的建筑结构的减震效果基本相同.2）在图3（e ）摩擦阻尼器布置方案下，其层间最大位移角相比于前3种布置方案减震效果较弱，这是由于阻尼器非对称布置时，产生了扭转效应，减弱了减震效果.3）在图3（f ）摩擦阻尼器布置方案下，即阻尼器仅布置在结构右侧，相比于前4种布置方案，其扭转程度增大，减震效果更差，甚至地震反应超过了相应抗震结构.故平面对称结构在布置摩擦阻尼器时，应当避免阻尼器非对称布置方案.5布置方案d 和方案e 结构A 轴、G 轴框架顶层位移时程曲线（a ）OROVILLE 地震波（b ）El-Centro 地震波（c ）HOLLYWOOD STORAGE 地震波（d ）天津地震波图7方案d 顶层位移时程曲线Fig.7Displacement and time curve of top layer of schemed20第3期（a ）OROVILLE 地震波（b ）El-Centro 地震波（c ）HOLLYWOOD STORAGE 地震波（d ）天津地震波图8方案e 顶层位移时程曲线Fig.8Displacement and time curve of top layer of scheme e由图7、图8可见，阻尼器不对称布置时，各结构顶层位移时程曲线不一致，表明结构存在扭转效应.6布置方案d 和方案e 顶层扭转时程曲线扭转角θ=ΔG -ΔAL式中：ΔG ——G 轴框架顶层位移时程曲线；ΔA ——A 轴框架顶层位移时程曲线；L——A 轴框架和G 轴框架水平距离.（a ）OROVILLE 地震波（b ）El-Centro地震波21第29卷广西科技大学学报（c ）HOLLYWOOD STORAGE 地震波（d ）天津地震波图9方案d 顶层扭转时程曲线Fig.9Torsion and time curve of top layer of scheme d（a ）OROVILLE 地震波（b ）El-Centro 地震波（c ）HOLLYWOOD STORAGE 地震波（d ）天津地震波图10方案e 顶层扭转时程曲线Fig.10Torsion and time curve of top layer of scheme e由图9、图10可见，阻尼器布置越不对称，结构扭转程度越大.7结论1）单向地震作用，相对于传统的抗震结构，平面对称的建筑结构在摩擦阻尼器对称布置方案a 、方案b 、方案c 下，结构各楼层最大位移和层间最大位移角相均显著减小，能较好地抵抗、消耗地震能量，并且减震效果基本相同.因此，对于平面对称的框架结构，阻尼器在结构平面内宜对称布置，且只要楼层阻尼器的总阻尼不变，不论阻尼器采用何种对称布置方案，结构地震反应和减震效果就基本相同.由此可在实际工程中根据建筑和使用需要，合理调整阻尼器的平面布置位置.2）单向地震作用，平面对称的建筑结构在摩擦阻尼器非对称布置方案d 、方案e 下，相对于对称布置方案a 、方案b 、方案c ，其减震效果减弱，这是由于在地震作用下非对称布置阻尼器时框架结构产生了扭转效应，并且随着非对称程度的增大，结构扭转程度增大，减震效果逐步变差，甚至超过无阻尼结构的2223第3期地震作用.故在工程设计中，平面对称结构布置阻尼时，应避免非对称布置方式.因此，阻尼器在结构中平面布置时，应尽量使结构刚度中心和质量中心重合，不宜使结构刚度中心和质量中心偏差加大.参考文献［1］周云，徐彤，俞公骅，等.耗能减震技术研究及应用的新进展［J］.地震工程与工程振动，1999（2）：122-131.［2］周锡元，阎维明，杨润林.建筑结构的隔震、减振和振动控制［J］.建筑结构学报，2002（2）：2-12，26.［3］史春芳，徐赵东，卢立恒.摩擦阻尼器在工程结构中的研究与应用［J］.工程建设与设计，2007（9）：37-41.［4］FILIATRAULT A，CHERRY S.Performance evaluation of friction damped braced steel frames under simulated earthquake loads ［J］.Earthquake spectra，1987，3（1）：57-78.［5］彭凌云，周锡元.拟线性摩擦阻尼器性能试验与有限元分析［J］.建筑结构学报，2010，31（6）：188-194.［6］SHIRAI K，SANO T，SUZUI Y，et al.Development of friction damper with displacement dependent variable damping force characteristics［J］.AIJ Journal of Technology and Design，2012，18（38）：85-90.［7］朱军强，张泽鑫，张仁猛，等.新型压电摩擦阻尼器的有限元分析及试验研究［J］.地震工程学报，2015，37（2）：377-382.［8］胡强，陈劲飙，唐咸远.方钢管铅芯阻尼器性能研究［J］.广西科技大学学报，2017，28（2）：89-93.［9］李创第，高硕，葛新广，等.五参数Maxwell阻尼器耗能结构在有界噪声激励下随机响应解析解［J］.广西科技大学学报，2016，27（3）：1-7，32.［10］马真迪.波纹摩擦阻尼器的有限元分析及试验研究［D］.长春：长春工程学院，2017.［11］周圆兀，王囡囡.设置粘滞阻尼器结构的耗能减震分析［J］.广西科技大学学报，2015，26（2）：14-19.［12］张海龙，李大华.T形芯板摩擦阻尼器在高层钢框架结构振动控制中的研究［J］.安徽建筑大学学报，2016，24（1）：30-34.［13］孙飞飞，王述文，宋晓伟，等.多层框架结构中摩擦减震楼梯减震性能目标研究［J］.工程抗震与加固改造，2017，39（4）：1-10.［14］中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范：GB50011-2010［S］.北京：建筑工业出版社，2010.Analysis of the reasonable arrangement of friction dampers in frame structureplanesZHANG Min，WANG Dongzhuo（School of Civil Engineering and Architecture，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou545006，China）Abstract:The reasonable arrangement of friction dampers in frame structure planes is studied.Considering5types of arrangement of friction damper in frame structures under the excitation of transversal seismic actions，the seis⁃mic response analysis for reasonable arrangement of friction damper on the floor of the frame structures was carried out.The maximum storey displacement，storey drift angle and lateral displacement of the top of the frame struc⁃tures were studied.The results indicate that the damping effect of symmetrically-setting friction damper is almost the same，and the effect is significant；that the frame structure which has non-symmetrically-setting friction damper shows some torsional responses，the damping effect is poor，and the dampers'seismic response is even larger than that of the frame structure．Therefore，the arrangement of the damper in the structure should try to make the center of the structural stiffness coincide with the center of mass，and the deviation between the center of the structural stiffness and the center of mass should not be increased.Key words:damper；friction；frame；earthquake；finite element（学科编辑：黎娅）。

装配式摩擦耗能框架是什么？装配式混凝土摩擦耗能框架体系是一种预制梁柱通过后张预应力筋装配、节点利用摩擦装置耗能的全装配式结构形式.该结构形式既保持了传统装配式钢筋混凝土框架生产速度快、质量稳定、节约模板等优点,同时通过性能稳定的承载消能双功能摩擦耗能器大幅改善了装配式节点的强度和延性.此外,后张预应力筋还可为结构提供稳定的弹性恢复力,使得采用干式节点的装配式混凝土摩擦耗能框架兼具优良的装配施工性能、结构抗震性能和功能可恢复性.本章将从装配式结构构造机理、节点耗能器试验、结构数值建模、结构抗震性能和结构易损性分析五个方面进行分析,为装配式混凝土摩擦耗能框架体系的推广和应用提供理论依据和技术支撑.※装配式摩擦耗能框架构造与机理摩擦耗能框架依据摩擦耗能器的位置,可以分为顶底摩擦耗能（Top and Bottom Friction Damped,TBFD）装配式框架和腹板摩擦耗能装配式框架（Web Friction Damped, WFD）,其原理都是梁柱通过后张无粘结预应力装配而成,同时在梁柱界面处增设摩擦耗能器来提高结构的耗能能力.顶底摩擦耗能装配式框架图4.1（a）所示为一种顶底摩擦耗能装配式框架的构造形式.其中,梁、柱,摩擦耗能器等可在工厂预制加工.如图4.1（b）所示,预制加工过程中,在梁柱及构成耗能器的相应位置预留相应的预应力孔道和螺栓（分为：摩擦螺栓及固定螺栓两种）孔道.同时,在梁的预制过程中,将内摩擦装置（主要包括内摩擦钢板和将内摩擦钢板固定为一体的端板）预埋在梁端的顶底位置.现场组装过程中,首先将外摩擦装置（包括外摩擦钢板和外摩擦固定板）通过固定螺栓固定在柱上,使两者成为整体.然后,将预应力钢绞线穿过梁、柱中预留的孔洞并进行张拉.张拉的预应力钢绞线有利于施工阶段梁柱的拼装,又可以承受使用阶段的梁端弯矩.震后,结构在预应力的自恢复力作用下可以恢复到初始位置,减少或消除结构的残余变形.在震后可以通过松开固定螺栓然后拆卸外摩擦装置以方便更换摩擦材料.节点构造中这种外摩擦装置和柱通过螺栓连接的形式便于拆卸,可以方便震后摩擦片的更换.节点的耗能机理如图4.1（c）所示,外摩擦装置与柱为一整体,内摩擦装置与梁为一整体.在地震等外荷载作用下梁柱的相对转动引起内外摩擦钢板的相互错动实现节点的能量耗散.内摩擦装置和外摩擦装置之间放置的摩擦材料可获得稳定的耗能.为了保证摩擦片在节点转动过程中同外摩擦装置为一整体,在外摩擦装置的内表面开一与摩擦板相同尺寸的凹槽以固定摩擦片.耗能器的细节构造对于节点耗能效果至关重要,为了保证梁柱能够产生较大的相对转动,梁端预留对拉摩擦螺栓预留孔洞的直径需明显大于摩擦螺栓的直径.随着梁柱间隙θ的逐渐增大,钢绞线中的内力逐渐增大,为节点提供逐渐增大的恢复力.该恢复力在震后将结构形成的间隙恢复到初始位置,减小结构的残余位移,实现结构的修复能力.结构能够实现复位的关键在于初始预应力对转动点的矩不小于摩擦力对转动点的矩.(a)顶底摩擦耗能装配式抗弯框架平面图(b)节点细部构造图(c)节点工作机理图图4.1顶底摩擦耗能装配式框架与工作机理此外,为提高结构的竖向抗剪能力,可将“摩擦耗能”“预应力装配”与“暗牛腿抗剪”紧密融合,形成带暗牛腿装配式顶底摩擦耗能框架［图4.2（a）］,其节点构造如图4.2（b）所示.暗牛腿的引入为节点提供足够的竖向抗剪能力,并且可在施工阶段搁置预制梁,提高结构的装配效率；同时,摩擦耗能器通过预埋件或螺栓连接的方式与梁柱可靠连接于梁侧面的顶底位置,不影响楼板布置,可使摩擦耗能的效率最大化.图4.2（c）给出了带暗牛腿装配式顶底摩擦耗能框架的节点转动变形图.梁柱节点产生相对转动时,转动点处的挤压发生于耗能器内外摩擦钢板的端板之间,避免了混凝土的局部压碎,进一步提升了结构的可恢复性.在节点装配时,外摩擦钢板通过承压型高强螺栓与柱固定为一整体,内摩擦钢板通过承压型高强螺栓与梁固定为一体,外摩擦钢板与内摩擦钢板重合部分嵌入摩擦板（如黄铜板等）,内摩擦板固定在外摩擦钢板预留的开槽内.当结构在地震作用下发生变形时［图4.2（c）］,梁柱连接处产生相对位移,带动内摩擦装置与外摩擦装置产生相互错动,摩擦耗能器由此开始耗散能量.同时,梁柱之间的相互错动也导致预应力筋（钢绞线）伸长,产生恢复力.与不带牛腿的节点比较,节点的下部转动点在牛腿与梁的接触部位,上部转动点在梁柱的接触部位,这将导致节点绕上下转动点距耗能器的距离有微小差别,最终导致节点滞回性能呈现一定的不对称性.(a)带暗牛腿顶底摩擦耗能装配式抗弯框架平面图(b)节点细部构造图(c)节点工作机理图图4.2带暗牛腿顶底摩擦耗能装配式框架与工作机理腹板摩擦耗能装配式框架图4.3所示为腹板摩擦耗能装配式框架及其工作机理.其中,框架梁、柱为工厂预制.在现场吊装就位后,将预应力钢绞线穿过梁柱中预留的孔道,然后对预应力钢绞线进行张拉.后张的无粘结预应力钢绞线既是施工阶段的拼装手段,又在使用阶段承受梁端弯矩.与传统的装配式结构不同,自复位框架的梁柱接触面不再进行后浇混凝土或灌浆处理,而是主要依靠梁柱接触面上的摩擦力承担剪力（根据需要,也可增设抗剪齿键、连接角钢或牛腿等冗余构件）.在地震作用下,当梁端弯矩超过梁柱接触面的临界张开弯矩时,节点张开,钢绞线应力随之增加.地震作用后,框架在预应力钢绞线的作用下恢复到原先的竖向中心位置,从而消除（或大大降低）结构在地震作用下的残余变形,且梁柱等主体结构的变形可基本控制在弹性范围内（无损）.(a)SCPC抗弯框架平面图(b)节点细部构造图(c)节点工作机理图图4.3腹板摩擦耗能装配式框架与工作机理为保证节点在变形过程中,不发生梁柱接触面处混凝土的局压破坏,通过设置梁端钢套、梁柱螺旋箍筋、剪力栓钉、柱预埋钢板等措施对混凝土进行约束并加强钢板和混凝土的整体共同工作.同时,在梁端腹板处设置了摩擦耗能件.该耗能件可由预埋钢套和连接在框架柱上的槽钢组成,并通过预应力高强螺杆（对拉式）提供垂直于摩擦面的压力.钢套与槽钢之间的接触面设有摩擦片.梁端预留对拉螺栓孔道直径明显大于预应力螺杆的直径,从而保证梁在发生一定的转角时不碰到螺杆.。

建筑论文：建筑学视角下摩擦关节式预压装配框架单元的耗能特性研究本文是一篇建筑论文，本文以预压装配式混凝土结构抗震性能问题为背景，在课题组前人的基础上，通过大量的有限元模拟和拟静力试验，针对摩擦关节式预压装配梁柱框架单元，揭示其抗震性能，并考察其滞回曲线、骨架曲线、界面耗能性能及能力，分析不同的牛腿曲率半径，预压应力以及钢绞线长度等因素对框架单元耗能性能的影响，进一步讨论梁柱本身的挠曲变形对结构耗能特性的影响。

对该框架单元的抗震性能，能量耗散能力有一个全面的评价。

1 绪论1.1 研究背景随着城市化建设的不断发展，我国的建筑产业也在以惊人的速度扩张，而目前我国的建筑行业依然以现浇钢筋混凝土为主。

传统的现浇钢筋混凝土房屋现场作业量大，工人劳动强度高，生产效率低下且对环境污染大。

这一系列的问题都迫使人们寻求建筑业的新出路。

建筑工业化则成为了建筑追求的新型产业结构。

早在1995 年，建设部就发布了《建筑工业化发展纲要》[1]，明确提出了工业化建筑体系的概念、分类、结构类型、施工工艺。

随着市场经济的发展，尤其是商品房的出现和房地产市场的形成，我国建筑工业化的发展呈现出向大规模住宅工业化方向发展的趋势。

其中预制混凝土结构是实现住宅产业化和建筑节能减排的有效途径之一。

2017 年，国务院下发了《“十三五”装配式建筑行动方案》[2]，提出了明确的要求，鼓励和推进装配式结构在各个地区的发展，要求各地制定更高层次的发展目标。

为了使我们装配式结构的建筑队伍更加专业化，装配式建筑生产企业和工程总承包企业更加全面化，要布局装配式建筑的生产、施工、运输等全工业条线，并健全装配式建筑的相关法规标准、监管机制、政策措施、技术要求等。

全面提升和提高装配式建筑的产品质量和经济效益。

争取在2021年之前，达到“15、20、15、10”的要求，即装配式建筑在全国新建的建筑中要达到15%以上，这是总体上的要求。

对于重点推进区域，如北上广深这样的一线城市，更是要求达到20%以上；对于要求积极推进的区域，如成都.武汉等省会城市，要求达到15%以上；其他地区要求基本达到10%左右。

设置钢棒耗能器的支撑框架结构性能分析沙漏形钢棒耗能器是一种新型屈服型耗能元件,具有强度高、延性好、耗能能力强且不锈蚀等优点。

在支撑框架结构的支撑端部设置钢棒耗能器,可以实现耗能器轴心受力,通过钢棒屈服耗能保护主要结构构件,震后只需更换钢棒便可使结构恢复使用功能,具有良好的社会经济效益。

本文采用数值模拟的方法,较系统地对设置钢棒耗能器的支撑框架结构的抗震性能进行了分析,主要内容如下:利用有限元软件ABAQUS对相关文献中钢棒耗能器的往复加载试验进行了数值模拟,通过与试验结果的对比验证了有限元建模方法的可靠性。

建立了单层单跨耗能支撑框架的精细化有限元模型,进行单调推覆分析和往复加载分析,并与普通支撑框架的工作性能进行了对比。

分析结果表明,耗能支撑框架具有明显的屈服时序,首先是钢棒屈服,然后是框架梁端和支撑屈服,最后是框架柱脚屈服。

而普通支撑框架的受压支撑则发生了很大的塑性变形,导致承载力突然下降。

对12个单层单跨耗能支撑框架进行了参数分析,以钢棒的尺寸及个数、支撑的截面尺寸为变化参数,研究了钢棒耗能器的刚度、屈服承载力及组合形式对结构破坏模式和主要抗震性能指标的影响。

研究结果表明,钢棒耗能器的刚度和屈服承载力设计指标具有相对独立性,保持屈服承载力不变,增大耗能器刚度能同时提高支撑框架结构的刚度和承载力;保持耗能器刚度不变,增大耗能器屈服承载力能提高支撑框架结构的承载力而不影响其刚度。

在往复荷载作用下,耗能支撑框架结构的滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力。

设计了12层的普通支撑框架和耗能支撑框架,进行反应谱分析、动力时程分析和静力弹塑性分析,考察并比较两者的抗震性能和构件塑性发展规律。

结果表明,设置钢棒耗能器能有效减小地震作用。

中震作用下,钢棒耗能器屈服并保护了支撑和框架。

大震作用下,设置钢棒耗能器显著提高了结构的塑性耗能能力,塑性损伤集中于可更换的钢棒耗能器。

消能支撑框架结构设计方法探讨随着科学技术的不断进步，人们对建筑结构设计的要求也越来越高。

在地震带地区，建筑结构的抗震性能成为了设计的重要考量因素。

在这种情况下，消能支撑框架结构设计方法成为了研究的热点之一。

本文将探讨消能支撑框架结构设计方法，从框架结构设计、消能支撑原理和结构设计方法等几个方面展开讨论。

一、框架结构设计框架结构是建筑工程中常用的结构形式之一，它由纵向和横向的框架构件组成，在地震作用下，框架结构的纵向和横向构件会受到地震力的作用，而且还会受到倾覆力矩和地震剪力的作用。

在地震带地区，框架结构的抗震性能尤为重要。

而消能支撑框架结构是一种在传统框架结构上引入了能够吸收部分地震能量的支撑系统。

它通过在结构中设置消能支撑，以增加结构的耗能能力，提高结构的抗震性能。

消能支撑框架结构在地震作用下能够显著减小结构位移和加速度，从而减小地震对结构的破坏。

二、消能支撑原理消能支撑是一种能够通过内部摩擦、变形或破坏等方式来消耗地震能量的结构装置。

其本质作用是在地震作用下，通过振动消耗在结构中引起的能量，从而降低结构的振动幅度。

所以，消能支撑设计的关键在于如何利用其固有材料的能力来消耗地震能量，从而减少地震对结构的影响。

关于消能支撑的设计原理主要包括以下几个方面：1. 摩擦阻尼器原理：通过在结构中设置摩擦阻尼器来消耗地震能量，其原理是通过相对运动的摩擦力来消耗能量。

摩擦阻尼器在结构的纵向和横向构件之间设置，使得结构在地震作用下产生相对滑动，从而消耗地震能量。

2. 形变能量原理：通过在结构中设置可形变的构件来消耗地震能量，其原理是使结构在地震作用下产生可逆或不可逆的变形，从而消耗地震能量。

形变能量器主要包括金属材料、弹塑性材料等，其受到地震作用产生变形后，能够吸收并消耗地震能量。

1. 消能支撑的布置方式：消能支撑的布置方式应根据结构的特点和地震作用的要求进行设计，主要是保证结构在地震作用下能够充分发挥消能支撑的作用。

摩擦耗能支撑框架结构设计参数分析
韩文忠;张亚峰
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2006(032)020
【摘要】就现行GB 50011-2001建筑抗震设计规范中关于设计参数的规定范围进行了讨论,明确了选择参数时应考虑的一些因素,最后结合算例对耗能支撑参数设计进行了一次计算,为编制可循环重复计算的计算程序提供了依据.
【总页数】2页(P83-84)
【作者】韩文忠;张亚峰
【作者单位】山西省交通建设工程监理总公司,山西太原 030000;太原市市政工程管理处,山西太原 030000
【正文语种】中文
【中图分类】TU323.5
【相关文献】
1.基于新型自复位摩擦耗能支撑的RC框架结构地震残余变形控制 [J], 毕仲君;胡志强;王琪;胡晓斌
2.基于OpenSees的自复位变摩擦耗能支撑材料本构模型的二次开发 [J], 何晴光;尹傲;吴伟科
3.包含可更换耗能钢板的自复位支撑参数分析 [J], 刘家旺;邱灿星;杜修力
4.自复位摩擦耗能支撑模型参数的识别 [J], 王涛;李勐;孟丽岩;刘吉胜;许国山
5.自复位摩擦耗能支撑模型参数的识别 [J], 王涛;李勐;孟丽岩;刘吉胜;许国山
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自复位摩擦耗能支撑钢框架结构抗震性能的数值分析
樊长林;路国运;冯武女
【期刊名称】《工程抗震与加固改造》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】自复位摩擦耗能(SCFED)支撑可以经历较大的变形,耗散地震动能,并且具有自复位功能,减少结构残余变形,因而得到广泛应用。

为了研究SCFED支撑框架的抗震性能,用SAP2000多段线性连接单元和Wen塑性单元分别模拟复位系统和耗能系统的力学性能,二者并联模拟SCFED支撑力学性能,比对实验结果验证模型后,对6层FEDB和SCFEDB两种钢框架进行了地震作用下的动力响应分析,通过调整地震波的峰值,考虑了小震FOE、中震DBE和大震MCE下的结构抗震性能,分析结果表明文中的数值模拟模型分析结果和试验基本吻合,可以研究SCFED支撑框架抗震性能。

与FEDB框架相比,SCFEDB框架可以减小结构的最大层间位移和残余位移,减少了与结构构件刚性连接的非结构构件的损伤,提高了结构的韧性。

【总页数】8页(P9-16)
【作者】樊长林;路国运;冯武女
【作者单位】山西工程科技职业大学建筑工程学院;太原理工大学土木工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TU391;TU352.1*1
【相关文献】
1.自复位摩擦耗能支撑框架的抗震性能分析
2.长耗能梁-偏心支撑机制对中心支撑钢框架结构抗震性能的影响
3.侧移曲线对基于位移设计的多层自复位摩擦耗能支撑钢框架抗震性能影响研究
4.基于大应变FRP的自复位摩擦耗能支撑抗震性能研究
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摩擦耗能支撑减震结构最优阻尼参数区间控制效果研究
刘锐;范康;王砚
【期刊名称】《工程抗震与加固改造》
【年(卷),期】2024(46)2
【摘要】系统研究了附加摩擦阻尼器的多层摩擦耗能支撑结构(FDBF)的减震效果。

针对学者提出的摩擦阻尼器两种恢复力模型:理想弹塑性和Bouc-Wen滞回模型,通过算例分析表明两模型结果数据具有良好的一致性。

本文选取一附加摩擦阻尼器的多层结构进行结构建模,通过摩擦耗能支撑(FDB)的3个参数——滑移力、支撑刚度、起滑位移在参数区间内连续变化,对结构顶层最大位移和加速度响应,基底剪力
以及体系总耗能和阻尼器耗能比进行了控制效果分析,结果表明耗能支撑参数对结
构减震效果影响明显,存在相对较优的参数区间,并在不同特性的结构中得到验证。

【总页数】7页(P44-49)
【作者】刘锐;范康;王砚
【作者单位】中国有色金属工业西安勘察设计研究院有限公司;西安理工大学土建
学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU352.11
【相关文献】
1.基于摩擦耗能减震的结构控制研究与应用
2.摩擦耗能支撑减震结构参数研究
3.摩擦-SMA弹簧复合耗能支撑在周边支承单层球面网壳结构中的减震效应研究
4.基
于支撑刚度的消能减震结构最优阻尼参数研究5.全钢防屈曲耗能支撑对空间桁架结构减震控制研究
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摩擦阻尼器减振参数最优化研究及在摩擦阻尼支撑框架中的应用摩擦阻尼器在减振方面的应用主要通过消耗振动能量来实现。

这种消
耗主要通过摩擦力将振动能量转化为热能。

在具体的应用中，摩擦阻
尼器可以作为支撑结构的一部分，通过优化参数提高其减振效果。

关于摩擦阻尼器的减振参数优化，可以考虑以下几个方面：
1. 摩擦材料的选择：选择具有高摩擦系数、高耐磨性的材料，如铜基
合金、高分子材料等。

2. 阻尼层的厚度：增加阻尼层的厚度可以提高其对振动能量的吸收能力，从而增强减振效果。

3. 阻尼器的形状：优化阻尼器的形状可以改善其与建筑结构的匹配度，提高减振效率。

4. 附加质量：增加附加质量可以增加阻尼器的惯量，从而改变其自振
频率，优化减振效果。

在摩擦阻尼支撑框架中的应用方面，可以利用摩擦阻尼器作为支撑结
构的一部分，通过优化参数提高框架的减振效果。

同时，可以利用摩
擦阻尼器的可重复使用性，部分取代一些需要更换的减震器，降低维
护成本。

此外，在建筑结构的抗震工作中，摩擦阻尼器能够很好地应用。

它通过将建筑物的振动能量转化成热能，从而达到减轻结构振动响应的目的。

为了更好地发挥摩擦阻尼器的减震效果，可以将其振动频率调整至主结构频率附近，改变结构共振特性，以达到减振的作用。

摩擦耗能支撑框架结构的减震分析
徐晓;郝文秀;李红梅;王蕾;杜光乾
【期刊名称】《河北农业大学学报》
【年(卷),期】2007(30)2
【摘要】摩擦耗能支撑减震技术是一种行之有效的减震措施,该文利用ANSYS程序对5层摩擦耗能支撑框架、无支撑框架和普通支撑框架的地震反应进行了计算比较.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动力反应.
【总页数】3页(P97-99)
【作者】徐晓;郝文秀;李红梅;王蕾;杜光乾
【作者单位】河北农业大学,城乡建设学院,河北,保定,071001;河北农业大学,城乡建设学院,河北,保定,071001;河北农业大学,城乡建设学院,河北,保定,071001;河北农业大学,城乡建设学院,河北,保定,071001;河北农业大学,城乡建设学院,河北,保定,071001
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.3
【相关文献】
1.防屈曲耗能支撑在钢筋混凝土框架结构中的耗能减震分析 [J], 冯曼;王泽军
2.局部楼层设置耗能支撑的框架结构减震分析 [J], 徐晓;郝文秀;王蕾;李红梅
3.摩擦耗能支撑框架结构设计参数分析 [J], 韩文忠;张亚峰
4.耗能支撑的耗能器屈服位移对框架结构减震效果的影响 [J], 郝文秀;徐晓;于秋玲;远忠兴;邹立坤
5.巨震作用下摩擦阻尼耗能框架结构减震性能分析 [J], 邵海浪; 张敏; 陈钰雪
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