高烈度区框架结构软钢阻尼器减震设计与性能研究.pdf

摘要

地震是危害严重的突发性自然灾害之一，常危及人身安全及给财产造成巨大

损失。随着经济水平的飞速发展和物质需求的不断提升，人们对生命财产安全的

重视和保障要求相应提高，因此民用建筑工程中抗震性能要求和水准也变高。减

（隔）震技术作为一种“低碳”型建筑抗震技术手段，通过耗散掉地震能量或者

将建筑物与地基隔开有效地减小了主体结构对地震的响应。为提高在地震频发且

烈度值较高区域的公共建筑抗震性能，近些年国家连续出台一系列政策和相应法

规鼓励使用消能减震技术。消能减震中常见的阻尼器种类分为速度型阻尼器和位

移型阻尼器。位移型阻尼器中剪切型软钢阻尼器价格低廉、施工简便，并且可以

同时为结构提供附加刚度和附加阻尼比的独特性能而受到青睐。为更好地推广剪

切型软钢阻尼器在高烈度区消能减震技术中的使用，本文选取某高烈度区框架结

构运用SAP2000等结构分析软件进行分析，主要研究内容与结论如下：

（1）因减震前后结构周期差异较大，本文根据《抗震设计规范》要求，同时

考虑非减震结构与减震结构的主要周期，选取了满足频谱、地震波有效持时、峰

值特性的地震动；

（2）本文介绍了剪切型软钢阻尼器等代设计理论，并总结了详细设计流程，

对比了在SAP2000有限元软件中使用Bouc-Wen单元和盈建科结构分析软件中使

用等代柱模拟剪切型软钢阻尼器的等代计算效果，总结了阻尼器有效刚度迭代方

法的详细设计流程。结果表明对比等代效果较好，基底剪力和层间位移角误差均

非常小，并对阻尼器有效刚度与阻尼比进行迭代计算。

（3）通过弹性时程分析对比剪切软钢阻尼器在梁上不同布置位置的减震效

果，对布置位置进行了对比优化，找到了阻尼器减震效果最好的布置位置，阻尼

器在梁居中布置减震效果较好，结构的层间位移角明显减小，楼层剪力也得到了

相应控制，从理论上进行了深入分析得到结论一致，对设计与施工具有非常大的

指导意义；同时，对比减震模型计算发现，根据同样方法设计出的阻尼器参数，

仅阻尼器居中布置时层间位移角小于规范限值。

（4）对比分析剪切型软钢阻尼器减震结构的弹性时程分析和弹塑性时程计算

结果，结果表明减震结构周期变小，层间位移角得到了有效控制，满足规范的限

值要求；剪切型软钢阻尼器耗能占总输入能量的比例约16%~28%，表明阻尼器在

罕遇地震作用下耗能状况非常好；塑性铰发展情况符合“强柱弱梁”破坏机制，

达到了“大震不倒”抗震设防目标。

（5）采用地震增量动力分析对软钢阻尼器减震结构得到易损性曲线，分析本

结构在不同地震强度作用下各性能状态下的失效概率，判断结构基本符合“小震

I

不坏，中震可修，大震不倒”的抗震性能要求。

关键词：高烈度区框架结构，剪切型软钢阻尼器，有效刚度迭代，弹塑性时

程分析，增量动力分析

II

ABSTRACT

Earthquakesareoneoftheseriousandsuddennaturaldisastersthatoftenendanger

personalsafetyandcausehugelossestoproperty.Withtherapiddevelopmentofthe

economyandthecontinuousimprovementofmaterialdemand,peoplesattentiontoand

requirementsforensuringthesafetyoflifeandpropertyhavecorrespondinglyincreased.

Therefore,theseismicperformancerequirementsandstandardsincivilconstruction

projectshavealsobecomehigher.Asalow-carbonseismictechnology,seismic

reduction(isolation)technologyeffectivelyreducestheresponseofthemainstructure

toearth