既有居住建筑防灾改造自复位液压阻尼器力学性能及应用研究

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我国许多既有居住建筑面临着年久失修、抗震能力不足的问题,且2016年《建筑抗震设计规范》的局部修订提高了部分地区的抗震设防烈度,这些地区的既有居住建筑已不能满足现有设防要求。对于既有居住建筑的防灾改造,以增大结构强度、刚度以及延性为基本原理的传统加固方法存在诸多弊端,安装消能减震装置虽是提高结构抗震性能的有效手段,然而研究表明结构在震后仍然存在过大的残余位移,影响结构的修复使用。因此带有自复位功能的阻尼器引起了地震工程界的关注。自复位液压阻尼器兼具耗能和复位能力,将其安装于结构能够减小地震响应和残余位移,在既有居住建筑防灾改造中具有广阔的应用前景。本文主要研究内容如下:(1)阐述了自复位液压阻尼器的构造及数学模型,对其力-位移曲线进行了仿真模拟。选取带自复位液压阻尼器的单自由度结构,研究阻尼器的附加阻尼比、预压力变化对不同强度折减系数的单自由度结构地震响应的影响。结果表明增大阻尼器的预压力对抑制结构残余位移效果显著,单自由度结构的峰值加速度随预压力和附加阻尼比的增加而增大,增大阻尼器提供的附加阻尼比能有效降低结构峰值位移。(2)以最大层间位移角为性能目标,提出了既有居住建筑防灾改造中自复位液压阻尼器的参数设计方法,对阻尼器的复位系统和耗能系统进行了设计。以六层混凝土框架结构为例,采用OpenSees对安装阻尼器抗震加固前后的框架进行地震时程分析,研究自复位液压阻尼器对结构抗震性能的提升效果。结果表明,阻尼器加固后结构的层间位移角满足目标限值要求,震后残余位移较小,虽然峰值加速度响应有所增加,但是多参数评价指标表明结构的抗震性能显著提升。(3)以层间位移角为损伤指标,对阻尼器加固的框架和原框架进行基于增量动力方法的地震易损性分析,得到地震易损性曲线。由统计汇总的IDA分位曲线可知,在相同地震动强度下,加固框架的层间位移角小于原框架,易损性分析结果表明加固框架超越不同破坏极限状态的概率低于原框架,安装自复位液压阻尼器能够降低结构损伤,提高结构抗震性能。
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