FPS动力参数对新型巨型框架减振结构抗震性能的影响
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框—剪结构在地震荷载作用下的优化设计【摘要】随着国民经济的发展和社会的进步,各种新技术理念广泛的应用在各行业之中,成为促进社会各产业发展的动力之源。
建筑业作为国民经济的重要组成部分,其发展与当前社会息息相关,伴随着各种施工新技术、新理念的不断产生与应用,建筑行业也呈现出前所未有的发展态势,同时其建筑质量也受到人们的高度重视。
地震作为一项危害巨大的自然灾害,对建筑物有着不可估量的重大影响,同时其对人类生活和发展带来了严重的危害。
框架-剪力墙结构作为目前建筑工程项目的新结构,有着极好的抗震作用。
本文就框架-剪力墙结构受力分析,探讨了剪力墙结构和框架结构中抗震系数和抗震的关系,并指出了确定剪力墙卡巴果真系数的主要手段和方法。
同时就当前框剪结构在应用中的合理布置方案做了详细的分析,使得其能够满足当前房屋的使用要求,为人们生活奠定良好的安全保障。
【关键词】框架一剪力墙;剪力墙数量;刚度;剪力墙布置0.前言在社会发展中,人们对各个环境认识不断提高,随着近年来世界各地地震的不断发生,对各个城市的人们和社会发展都带来了极大的危害。
就我国而言08年的汶川地震,10年的玉树地震等等,这些地震不仅仅造成我国经济发展的严重影响,更是造成了惨重的人员伤亡。
但是从某种意义上讲,致命的不是地震,而是在地震中倒塌的建筑物。
由于在过去建筑工程施工和设计中人们对抗震性能的忽视,导致在地震中各种建筑物的倒塌,造成人员的伤害高于地震本身带来的危害,因此,建筑物的抗震设计非常重要。
框架一剪力墙结构在当前的建筑结构设计和应用中是其主要的结构方式,其以良好的刚度和空间配置的灵活性成为当前建筑结构应用和探究的重点。
此结构中剪力墙的刚度较大,主要承担地震荷载,更是保证建筑结构安全稳定的关键因素。
1.框架-剪力墙结构概述框架-剪力墙结构,俗称为框剪结构。
主要结构是框架,由梁柱构成,小部分是剪力墙。
墙体全部采用填充墙体,由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成,在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件。
近断层脉冲地震动对框剪结构的破坏作用分析吴大群;李明;杨永强【摘要】近断层脉冲型地震动对结构具有巨大的潜在破坏作用,而有关高层钢筋混凝土框剪结构(HRCFS)受其影响的研究较少。
为此,采用合成近断层脉冲型地震动(NPGM)的方法,合成了加速度峰值、脉冲速度峰值、脉冲速度峰值比及脉冲周期不同的NPGM,计算了一个22层HRCFS在上述地震动作用下的时程反应,分析了该HRCFS整体破坏指数随上述参数的变化。
结果表明,该结构的整体破坏指数在上述地震动作用下的值均较小;随加速度峰值变化无明显规律;与脉冲速度峰值和脉冲速度峰值比近似呈线性增加的关系;与脉冲周期近似呈二次抛物线关系。
由此说明,HRCFS在NPGM作用下具有良好的抗震性能,并且不能单独以加速度峰值作为表征NPGM对HRCFS破坏作用的参数。
%Near-fault pulse ground motion is a large potential damage on structure,yet there is little research a-bout couse.NPGMs with different peak ground acceleration (PGA),peak ground velocity (PGV),peak ground velocity ratio(PGVR)and pulse time period (Tp)are composited by NPGMmethod.Time history response of a 22-floor HRCFS is calculated by inputting the above ground motions,and the variations of the overall structure damage index (OSDI)of HRCFS with the above parameters is analyzed.The result shows that all the values of OSDI are small without obvious relationship with PGA.OSDI changes with PGV and PGVR in a proximate linear relationship,and changes with Tp in a proximate para-curve relationship.It can be concluded that HRCFS has good seismic performance under theNPGMs;the damage effect of NPGM on HRCFS can't be measured by PGA only.【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P679-683)【关键词】近断层;脉冲;框剪结构;破坏作用【作者】吴大群;李明;杨永强【作者单位】常州工学院常州市建设工程结构与材料性能研究重点实验室,江苏常州 213002;沈阳建筑大学土木工程学院,沈阳 100084;中国地震局工程力学研究所,哈尔滨 150080【正文语种】中文【中图分类】P315在众多的自然灾害中,地震是危害人类生命安全和正常生活的最严重灾害之一。
基于ETABS软件隔震结构地震响应分析计算韩学川;王兴国;葛楠;屈华静【摘要】利用结构有限元分析软件ETABS建立了框架-剪力墙结构三维分析模型,在基础设置FPS摩擦摆隔震装置.计算结果表明,在结构基础设置FPS隔震装置以后,结构的楼层位移有所增大,但沿结构高度分布趋于均匀,层间位移与结构内力都明显减少.对于以弯曲变形为主的高层结构,底部层间位移降低较少而顶部层间位移降低较多.结构顶部柱的剪力在中柱与边柱之间分配趋于均匀.剪力墙的剪力与弯矩分别减少了30%以上.【期刊名称】《河北联合大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2012(034)001【总页数】6页(P90-94,103)【关键词】框架-剪力墙结构;隔震;ETABS软件;时程分析;层间位移【作者】韩学川;王兴国;葛楠;屈华静【作者单位】河北联合大学河北省地震工程研究中心,河北唐山 063009;河北联合大学河北省地震工程研究中心,河北唐山 063009;河北联合大学河北省地震工程研究中心,河北唐山 063009;河北联合大学河北省地震工程研究中心,河北唐山063009【正文语种】中文【中图分类】TU311.410 引言基础隔震技术已经得到了广泛的应用[1-15],属于被动结构振动控制技术,通过在上部结构和基础之间设置隔震层来延长结构的自振周期,远离地震的卓越周期,减小结构的地震响应。
然而,目前基础隔震技术主要应用在中低层建筑,这主要是由于中低层建筑自振周期较短,隔震后周期增加明显,隔震效果良好,并且结构在地震作用下倾覆力矩比较小。
近年来,针对高层建筑,国内外学者开发了大量隔振技术,例如,普林司通和竹中工务店[3]共同开发了适用于高层建筑的隔震橡胶支座,美国加州大学的Wen-Chyr Chai[12]提出了巨型框架-子结构隔震结构方法(Mega-Sub Control Method),华中科技大学熊世树[5,6]提出了一种具有三向适宜刚度和阻尼性能的三维隔震支座——铅芯碟簧橡胶支座。
框架剪力墙结构的抗震性能分析随着经济社会的不断发展,城市建筑也在不断的发生着变化,提高建筑物的安全性能,增强建筑物的抗震性也成为所有建筑企业都必须要关注的话题,框架剪力墙结构也越来越多的出现在我们的生活当中。
随着科技的不断进步,人们对框架剪力墙结构的研究日益深入,因此分析框架剪力结构的抗震性能具有比较重要的现实意义。
本文首先分析了框架剪力结构的受力情况以及在抗震方面的优势;然后分析了影响框架剪力墙结构抗震性能的因素。
确定能够充分提高结构抗震性能的最佳参数,为建筑物的设计提供了参考数据。
框架剪力墙结构;受力特点抗震性能影响因素前言框架剪力结构简称框剪结构,它主要是在框架结构中设计一定的剪力墙。
框剪结构既能满足使用者对使用空间的要求,又能满足建筑物对侧向刚度的要求;充分发挥框架结构与剪力墙结构的优势,使建筑物的安全性能以及抗震水平得到极大的提高,通过对发生的多次地震的数据进行调查可以发现框架剪力墙结构的抗震性能高于框架结构或者是剪力墙结构。
研究框架剪力墙结构的受力特点,找出对其抗震性产生影响的因素。
确定最佳的参数,增强框架剪力结构的抗震性能,提高建筑物的安全性与稳定性一、框架剪力墙结构的受力特点以及抗震性能框架结构是由梁或者支柱发挥作用抵抗使用过程中的垂直方向的载荷,为使用者提供充足的使用空间;而剪力墙结构是通过钢筋混凝土墙体来承担水平方向的载荷,如风、地震等。
框架剪力墙结构是综合利用框架以及剪力墙,吸收两者的优势进行互补。
在建筑物的底部,剪力墙发生的位移非常小,承担着大部分的水平载荷作用,使框架结构发生弯曲变形;而在建筑物上部,剪力墙在框架的作用下发生变形,框架与剪力墙两者共同抵抗水平载荷的作用。
框架剪力墙结构使建筑物各层之间的作用力趋于平衡,使建筑物的刚度以及承载力得到极大的提高,在地震时各层之间位移非常小,建筑物变形很小,使建筑物的抗震性能得到极大的提高。
框架剪力墙结构在抗震方面具有一定的优势。
巨型框架多功能减振结构的地震响应分析的开题报告一、研究背景和意义地震是一种极具破坏性的自然灾害,对于建筑物的结构安全和稳定性有着至关重要的影响。
因此,在设计建筑物时加入减震设备成为一种常用的设计手段。
目前常用的减震设备包括钢结构支撑、阻尼器、摆锤等等,这些设备单一性能较好但是在实际使用中往往不能达到理想效果或是容易出现单点失效的情况。
因此为了提升减震性能,需要进行多方面的研究探讨。
钢筋混凝土框架结构是目前建筑界使用较多的结构形式之一,它具有高刚度、大刚度比和稳定性好的优点。
本文将通过研究巨型框架多功能加固技术,探讨其对于钢筋混凝土框架结构的地震减振效果,从而提高建筑物的抗震能力和安全性,为后续建筑设计提供一定的参考。
二、研究目标和内容本文的研究目标是探究巨型框架多功能加固技术在钢筋混凝土框架结构中的应用,以及其在地震响应中的效果。
主要内容包括以下几个方面:(1)分析巨型框架多功能加固技术的原理和构造,以及其与钢筋混凝土框架结构的匹配情况。
(2)确定研究对象并进行建模,包括钢筋混凝土框架结构和加固后的框架结构。
(3)利用ANSYS等工具进行地震响应分析,比较加固前后的结构在不同地震作用下的响应情况,从而探讨巨型框架多功能加固技术的地震减振效果。
(4)通过实例验证研究成果的正确性和实用性。
三、研究方法和技术路线本文采用以下研究方法和技术路线:(1)文献调研和资料收集,掌握国内外关于减震技术和加固技术的理论知识和实践经验。
(2)借助ANSYS等有限元软件进行建模和地震响应分析,得到加固前后结构的响应曲线和相关结果数据。
(3)对结果数据进行分析和比较,评估巨型框架多功能加固技术的减震效果,从而得出结论和建议。
四、研究进度安排本文的主要研究进度分为以下几个阶段:(1)在第一年,开展文献调研和资料收集,形成研究基础;(2)在第二年,搭建建模和仿真平台,对研究对象进行建模并进行地震响应分析;(3)在第三年,对数据进行分析和比较,得出结论和建议,并进行实例验证。
第14卷 第3期 湖 南 城 市 学 院 学 报 (自然科学版) V ol. 14 No.3 2005年9月 Journal of Hunan City University (Natural Science ) Sept. 2005FPS 动力参数对新型巨型框架减振结构抗震性能的影响邹宏德1,蓝宗建2(1.广州珠江外资建筑设计院,广东 广州 510060;2.东南大学 土木工程学院,江苏 南京 210096) 摘 要:阐述了FPS 隔震支座工作原理及其计算模型,详细分析了FPS 动力参数对钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系抗震性能的影响.研究结果表明,在钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系实际工程应用中,宜选用摩擦系数较小和滑动半径较大的FPS 产品.关键词:巨型框架;FPS ;动力参数;抗震性能中图分类号:TU352 文献标识码:A 文章编号:1672–7304(2005)03–0001–04钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系具有调频质量减振、基础隔震和阻尼耗能等多种减振功能,已有的理论研究和振动台试验研究成果均表明该体系具有明显的减振效果[1~3].FPS 是一种新型隔震装置,目前国外已进行了一系列的理论研究和试验研究,并已将其用于工程实践[4~6].笔者首次将FPS 隔震装置引入钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系,这具有重要的理论意义和研究价值.本文将主要研究FPS 动力参数对钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系抗震性能的影响.1 FPS 隔震支座工作原理及计算模型1.1 工作原理FPS(friction pendulum syste m,简称FPS)隔震支座是一种新型隔震装置[3~8],它由一个特殊的滑块构成,在滑块的底部有一关节,该关节可以在表面粘贴有抛光铬合金材料,可以在半径为R 的球冠状的滑道中自由滑动,详细构造如图1图1 FPS 隔震支座构造所示.当滑块以较快的速度滑动时,其摩擦系数可以达到0.10甚至更高;当滑块以较小的速度滑动时,其摩擦系数仅为0.05甚至更小,即摩擦系数取决于速度大小.该性质是Telfon 材料所特有的性质[4](Mokha et al.1988,1999),当地震作用力超过静摩擦力时FPS 隔震装置才开始起作用,一旦开始滑移,隔震装置所产生的恢复力等于动摩擦力和结构由于沿球面升高竖向重力分量所产生的侧向恢复力之和,这种恢复力与隔震装置所支承的重力和滑动的位移大小成比例.FPS 隔震装置具有良好的隔震效果和限位复位性能,同时,当FPS 滑动时,隔震系统的水平刚度中心与上部结构的质量中心相一致,这对于易发生扭转反应的结构是十分有利的,此外,FPS 隔震系统还与普通滑动隔震结构具有相同的特性.例如,对地震激励频率的频谱范围低敏感性和高稳定性[4~5]. 1.2 计算模型FPS 支座在球面中的运动示意图如图2(a)所示,在有限元计算模型中的双轴计算模型如图2(b)所示.这种隔震支座具有以下3个动力特性:(1)2(a) (b)图2 FPS 计算模型个水平方向的变形具有摩擦滑移特性;(2)滑动后在水平剪力方向具有刚度特征,这是由于滑移面为球面所引起的,使得支座具有恢复力特性;(3)在竖直轴上具有间隙单元的特性,即单元不能承收稿日期:2005-05-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(59778040)作者简介:邹宏德(1973-),男,湖南新化人,国家一级注册结构工程师,博士,主要从事建筑结构设计及结构抗震研究.湖 南 城 市 学 院 学 报(自然科学版)2005年第3期2受轴向拉力.这种基于滞回特性的摩擦模型由Wen(1976)和Park,Wen和Ang(1986)提出,Nagarajaiah、Reinhorn和Constantinou(1991)将其应用于基础隔震分析,Zayas和Low(1990)等阐述了FPS隔震支座及其工作原理,并对一具有FPS 隔震装置的小型建筑模型进行了振动台试验,自此之后,Mokha(1996)等和Al-Hussaini等进行了一系列FPS隔震支座的试验研究并将其应用于工程实践[3,5].2 FPS隔震支座主要动力参数的研究笔者首次将FPS隔震支座引入钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系,已有的研究结果表明,与普通巨型框架抗震结构相比,具有FPS隔震支座的钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系能够显著降低结构的地震反应,大大提高结构在强震作用下的安全可靠度[9].由于钢筋混凝土巨型框架结构具有明显的结构层次和空间受力性能,采用传统的结构动力分析方法,诸如剪切杆模型、刚性楼板模型、弹性剪切板模型等都难以反应出结构的实际受力形态,均会给结构的计算结果带来一定程度的误差.因此,本文将采用有限元方法对计算模型进行整体计算分析,其中,钢筋混凝土梁柱采用空间梁柱单元,钢筋混凝土楼板、筒体采用高精度四边形空间壳元,FPS隔震支座的双轴非线性计算模型如1.2所述,求解结构体系自振频率和振动模态时,采用Ritz vector方法进行模态分析.本参考文献[1]).在钢筋混凝土巨型框架多功能减振体系中,由于次框架本身具有隔震功能,因此,FPS隔震支座的布置与普通LRB隔震支座的布置相同,均设置在次框架柱底部,由巨型层支承.FPS隔震支座的动力参数较多,如:支座滑动半径R、高速摩擦系数maxf、低速摩擦系数minf、滑动速度相关系数ν、滑动速度控制系数a r,其中最主要的动力系数是maxf、minf和R.本文主要研究了这3种动力参数对减振结构地震反应性能的影响.对于FPS隔震支座而言,主要是通过结构自身重力所产生的恢复力和摩擦力影响其动力反应,因此,根据以往文献研究结果[5],本文针对FPS隔震支座的摩擦系数取表1中的4组数据,以研究设置FPS隔震支座的钢筋混凝土巨型框架表1 FPS隔震支座摩擦系数的取用数据类型摩擦系数第1组第2组第3组第4组maxf0.04 0.06 0.07 0.08minf0.02 0.035 0.045 0.05多功能减振结构在不同支座滑动半径R和主次框架不同质量比µ的影响,其中,根据工程实际要求,滑动半径R取1.0 m、1.5 m、2.0 m 3种类型,质量比µ取0.561、0.744、0.930 3组.以主框架顶层位移反应、顶层加速度反应、基底总剪力反应、顶部次框架顶层绝对加速度反应、隔震层水平位移反应、隔震层水平剪力反应为研究对象,在1940 El Centro NS地震作用下,具有FPS隔震支座方案的钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构地震反应最大值如表2所示.由表2可以得出以下结论:(1)主框架顶层位移一般随着µ和摩擦系数的增加而增加,特别是当摩擦系数较大时,主框架顶层位移增大十分明显;主框架顶层位移一般随R的增加而减小.当µ=0.930且=1.0 m时,第1组摩擦系数的减振结构主框架121.7 mm,而第4组摩擦系数的153.2 mm,增大25.9%.(2)主框架顶层的绝对加速度反应随着µ值的随着摩擦系数的增加而显著增加,R(3)主框架基底总剪力随着摩擦系数的增加µ=0.744时其反应值相对较小,较大时,其反应值也相应减小.(4)顶部次框架顶层绝对加速度地震反应随着µ值的增加而显著减小,随着R增加而减小.(5)顶部次框架隔震层水平剪切位移随着摩擦系数的增加而显著减小,随着R的增加而增加.邹宏德等:FPS动力参数对新型巨型框架减振结构抗震性能的影响第14卷3表2 FPS 隔震支座主要动力参数的影响 mm(6)顶部次框架隔震层水平剪力随着µ的增加而显著增加,随着R 的增加而显著减小,随着摩擦系数的增加而有所增加,但效果不太明显.以上分析结果表明,摩擦系数是FPS 隔震支座最为主要的动力参数之一,由于FPS 隔震支座的水平剪力与支承的上部结构的重力和摩擦系数有很大的相关性,过大的水平剪切力对主框架结构的地震反应性能是不利的,使得主框架的水平位移和基底剪力等地震反应大大增加,因此,在钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的实际应用过程中,应尽量采用摩擦系数较小的FPS 隔震装置.此外,上述分析结果还表明,支座滑动半径R 是另外一个重要的动力参数,由于较大的R 可以有效降低隔震层的水平剪力,因此,在满足FPS 隔震支座水平位移容许条件的情况下,应尽量采用R 值较大的产品.第1组:max f =0.04,min f =0.02第2组:max f =0.06,min f =0.035结构地震反应最大值R =1.0 R =1.5 R =2.0 R =1.0 R =1.5 R =2.0=0.561 112.8 107.8 105.6 120.4 119.6 119.1 µ=0.744 118.7 110.0 102 130 131.6 129.3 主框架顶层位移 µ=0.930 121.7 109.1 104.3 143.0 133 132.5 =0.561 2.922 2.884 2.869 2.930 2.940 2.942 µ=0.744 2.257 2.234 2.220 2.327 2.319 2.313 主框架顶层加速度 µ=0.930 2.296 2.285 2.269 2.245 2.254 2.260 µ=0.561 3.789 3.651 3.580 4.0 3.923 3.898 µ=0.744 3.233 2.995 2.867 3.579 3.440 3.367 主框架基底总剪力 µ=0.930 3.62 3.272 3.141 4.009 3.843 3.743 µ=0.561 2.367 2.171 2.023 2.125 2.044 2.014 µ=0.744 1.969 1.721 1.589 1.996 1.825 1.717 顶部次框架顶层绝对加速度 µ=0.930 1.689 1.380 1.173 1.740 1.492 1.342 µ=0.561 111.7 105 101.1 93.7 99.4 99.6 µ=0.744 103.4 109.5 111.2 98.5 98.7 94.4 顶部次框架隔震层位移反应 µ=0.930 104.6 109.0 107.5 89.6 100.1 104.6 =0.561 12598 9184 7309 12608 10400 9027 µ=0.744 16390 11302 8794 18176 14378 12154 顶部次框架隔震层水平剪力反应µ=0.93018358 13930 11622 21795 16778 13962 第3组:max f =0.07,min f =0.045第4组:max f =0.08,min f =0.05结构地震反应最大值R =1.0 R =1.5 R =2.0 R =1.0 R =1.5 R =2.0µ=0.561 121.3 120.9 120.7 122.3 121.8 121.6 µ=0.744 141.9 139.4 137.8 144.3 143.4 142.7 主框架顶层位移 µ=0.930 151.0 141 143.3 155 153.2 151.2 µ=0.561 2.890 2.907 2.915 2.861 2.875 2.883 µ=0.744 2.339 2.335 2.332 2.346 2.344 2.342 主框架顶层加速度 µ=0.930 2.223 2.233 2.238 2.205 2.214 2.219 µ=0.561 4.009 3.975 3.956 4.045 4.020 4.005 µ=0.744 3.711 3.608 3.551 3.778 3.708 3.669 主框架基底总剪力 µ=0.930 4.115 4.038 3.971 4.256 4.175 4.128 µ=0.561 2.041 2.040 2.042 2.072 2.069 2.069 µ=0.744 1.978 1.864 1.804 1.992 1.950 1.931 顶部次框架顶层绝对加速度µ=0.930 1.739 1.527 1.394 1.724 1.553 1.441 =0.561 83.1 91.1 93.7 72.7 81.7 84.9 µ=0.744 93.0 98.1 95 84.8 92.6 94.2 顶部次框架隔震层位移反应 µ=0.930 87.6 93.3 99.5 83.1 83 92.9 µ=0.561 12451 10736 9600 12298 10906 9994 µ=0.744 18707 14352 13507 18861 16234 14538 顶部次框架隔震层水平剪力反应µ=0.93022902 18506 15930 23629 19827 17504湖 南 城 市 学 院 学 报(自然科学版)2005年第3期43 结论本文阐述了FPS隔震支座的节点构造与工作原理,建立了FPS隔震支座的计算模型,研究了FPS隔震支座主要动力参数对结构抗震性能的影响,由此可以得出以下结论:(1)摩擦系数是FPS隔震支座最为主要的动力参数之一,过大的摩擦系数将会产生过大的水平惯性力,这对主框架结构的地震响应是不利的.在钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的实际应用过程中,应尽量采用摩擦系数较小的FPS隔震装置.(2)支座滑动半径R是FPS隔震支座另外一个重要的动力参数,R值越大,结构的地震反应越小,因此,在满足FPS隔震支座水平位移容许条件的情况下,应尽量采用R值较大的产品.参考文献:[1]蓝宗建,邹宏德,梁书亭,等. 钢筋混凝土巨型框架多功能建筑结构抗震性能的研究[J]. 建筑结构学报, 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College of CivilEngineering, Southeast University, Jiangsu, Nanjing 210096, China)Abstract: The mechanism and calculating model of the friction pendulum system are introduced and the effect of the dynamic factors of the friction pendulum system on the seismic performance of the multifunctional vibration-absorption reinforced concrete mega-frame structures is studied in this paper. The results of the research show that the friction pendulum systems with the little friction coefficient and the big sliding radius should been selected firstly in the practical application of the multifunctional vibration-absorption reinforced concrete mega-frame structures.Key words: Mega-frame structure; friction pendulum system; dynamic factor; seismic performance(责任编校:陈健琼)。