耗能減震結(jié)構(gòu)設計與應用課件

耗能減震結(jié)構(gòu)設計與應用1編輯課件耗能減震結(jié)構(gòu)設計與應用1編輯課件1.1耗能減震的概念1

耗能減震的概念與原理1.1耗能減震的概念2編輯課件1.1耗能減震的概念1耗能減震的概念與原理1.1耗能減震附加阻尼增加01234560.080.060.040.020.00T(s)阻尼比0.05阻尼比0.10阻尼比0.15剛度剛度1.2

耗能減震的原理

0.12

0.10

隔震結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)3編輯課件附加阻尼增加01234560.08T(s)阻尼比0.05剛2月27日14時34分在智利（南緯35.8度，西經(jīng)72.7度）發(fā)生8.8級地震，震源深度33公里。地震位于智利比奧比奧大區(qū)，距離康塞普西翁（Concepción）100公里，距離特木科

（Temuco）110公里,距離該國首都圣地亞哥320公里。震源位于地下55公里。根據(jù)智利官方報道，截止2010年4月7日，在此次大地震中，死亡486人、失蹤79人、海嘯致使

80萬人受傷或無家可歸，總損失達300億美元。災區(qū)道路阻斷、缺水短電，有報道稱震中附近的兩個城市損失慘重。地震還使200萬人受到影響，150萬棟房屋被毀，6個地區(qū)進入災難緊急狀態(tài)。2耗能減震建筑的地震考驗4編輯課件2月27日14時34分在智利（南緯35.8度，2耗能減震建筑一幢帶消能減震鋼支撐超高層建筑一幢設有金屬球顆粒阻尼器高層建筑這也是近年來鮮有的經(jīng)歷大地震考驗的消能減震高層及超高層結(jié)構(gòu)工程實例。5編輯課件一幢帶消能減震鋼支撐超高層建筑這也是近年來鮮有的經(jīng)歷大地震考6編輯課件6編輯課件7編輯課件7編輯課件3消能減震裝置的類型與性能8編輯課件3消能減震裝置的類型與性能8編輯課件圖2.1-1

典型粘滯耗能器示意圖3.1粘滯阻尼器9編輯課件圖2.1-1典型粘滯耗能器示意圖3.1粘滯阻尼器9編輯課粘滯耗能器是根據(jù)流體運動，特別是當

流體通過節(jié)流孔時能產(chǎn)生粘滯阻力的

原理而制成的，是一種無剛度、速度

相關型的耗能器。常見的粘滯耗能器主要有：

缸式粘滯流體耗能器

粘滯阻尼墻

圓筒式粘滯耗能器10編輯課件粘滯耗能器是根據(jù)流體運動，特別是當常見的粘滯耗能器主要有：3.2

粘彈性阻尼器11編輯課件3.2粘彈性阻尼器11編輯課件金屬耗能器根據(jù)金屬材料的不同可分為鋼耗能器、鉛耗能器和形狀記憶合金耗能器。鋼耗能器又包括軟鋼制成的耗能器和低屈服點鋼制成的耗能器。3.3

鋼阻尼器12編輯課件金屬耗能器根據(jù)金屬材料的不同可分為鋼3.3鋼阻尼器（a）X形加勁耗能器（c）開孔式加勁耗能器（b）三角形耗能器

圖2.3-1

加勁耗能器3.3.1軟鋼耗能器由于軟鋼在進入塑性范圍后具有良好的滯回特性，因此被用來制造各種類型的耗能減震裝置。13編輯課件（a）X形加勁耗能器（c）開孔式加勁耗能器（b）三角形耗能器不銹鋼板蝶形墊片墊片外板

剎車片中板

摩擦面外板

3.4

摩擦耗能器發(fā)展始于20世紀70年代末。可以分為4種類型：

摩擦耗能節(jié)點；板式摩擦耗能器；筒式摩擦耗能器；復合型摩擦耗能器。

板式墊片14編輯課件不銹鋼板蝶形墊片墊片外板中板 摩擦面 3.4摩擦耗（1）板式摩擦耗能器15編輯課件（1）板式摩擦耗能器15編輯課件（2）鋼管摩擦耗能器16編輯課件（2）鋼管摩擦耗能器16編輯課件3.5防屈曲耗能支撐17編輯課件3.5防屈曲耗能支撐17編輯課件FF

BucklingConventional

Brace

No

Buckling

(

Yielding

)Buckling

Restrained

BracePPTensionCompressionTensionCompression18編輯課件FF Buckling NoBucklingPPT(Buckling

Restrained

Part)Unbonding

MaterialsCore

Steel

Member

Steel

TubeConcrete

(Mortar)

Tab

Plate

BucklingRestrained

Brace19編輯課件(BucklingRestrainedPart)Unbo1．在同一種耗能機制下，可利用多個耗能元件協(xié)同工作共同耗能；2．在同一種耗能（阻尼）減震器中，綜合利用不同的耗能機制共同耗能；即耗能（阻尼）減震器同時利用兩種或兩種以上的耗能方式耗能；3．耗能（阻尼）減震器應具有多道耗能減震防線（或多級耗能元件）；4．具有良好的變形跟蹤能力，其承載和耗能能力具有隨變形增大變化的自適應能力。3.6

復合型耗能器20編輯課件1．在同一種耗能機制下，可利用多個耗能元件協(xié)同工作共同耗能；分類

摩擦阻尼器摩擦耗能位移相關粘滯流體

粘滯流體

阻尼器

速度相關

粘彈性

粘彈材料

阻尼器

速度相關

軟鋼

金屬屈服

阻尼器

位移相關

防屈曲

桿件屈曲耗能支撐

位移相關工作原理

技術(shù)水平☆☆☆☆☆☆

☆☆☆

☆☆☆☆

☆☆☆☆需關注的問題

自恢復能力差耐久性差，僅地震超高壓試驗

溫度影響

僅地震

僅地震高聳結(jié)構(gòu)大跨結(jié)構(gòu)

多/高層

結(jié)構(gòu)復雜結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)應用范圍

應用程度☆☆☆☆

☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆發(fā)展方向

新型高性能

阻尼器研發(fā)

結(jié)構(gòu)減振

新方案/新體系

設計/分析(性能指標量化)

標準/規(guī)程完善推廣應用21編輯課件分類 摩擦摩擦耗能粘滯流體粘滯流體工作原理技術(shù)水4、消能減震結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容與步驟

消能減震結(jié)

構(gòu)設計內(nèi)容

消能裝置選擇消能裝置布置位置消能裝置布置數(shù)量子框架設計22編輯課件4、消能減震結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容與步驟 消能消能裝置消能裝置子框架設設計地震設計要求滿足結(jié)構(gòu)特性

選擇合適的消能器位置計算消能器的剛度和阻尼

消能減震結(jié)構(gòu)的分析

足夠的阻尼比結(jié)束否是否無消能器結(jié)構(gòu)的分析和設計

確定結(jié)構(gòu)所需的阻尼比

或設計流程23編輯課件設計地震設計要求滿足結(jié)構(gòu)特性 選擇合適的消能器位置結(jié)束否是否4.1

消能減震結(jié)構(gòu)的概念設計24編輯課件4.1消能減震結(jié)構(gòu)的概念設計24編輯課件3.8.1

隔震與消能減震設計，可用于抗震安全性、使用功能有較高要求或?qū)ｉT要求的建筑?！菊f明】2008

年局部修訂改為非強制性要求。本次修

訂，將使用功能“特殊”要求改為“較高或?qū)ｉT”

要求，并明確用于抗震安全性較高要求的建筑，不

限于2001

版的8、9

度設防地區(qū)。4.1.1

適用范圍和設防目標25編輯課件3.8.1隔震與消能減震設計，可用于抗震安全性、使用功能12.1.4

消能減震設計可用于鋼、鋼筋混凝土、鋼-混凝土混合等結(jié)構(gòu)類型的房屋。消能部件應對結(jié)構(gòu)提供足夠的附加阻尼，尚

應根據(jù)其結(jié)構(gòu)類型分別符合本規(guī)范相應章

節(jié)的設計要求。有減震需求，有相對位移或相對速度的一切結(jié)構(gòu)。26編輯課件12.1.4消能減震設計可用于鋼、鋼筋混凝土、鋼-混凝土混3.8.2

采用隔震或消能減震設計的建筑，當遭遇到本地區(qū)的多遇地震影響、抗震設防烈度地震影響和罕遇地震影響時，可按高于本規(guī)范1.0.1

條的基本設防目標進行設計?！菊f明】本次修訂，1.0.1

條將設防目標分為基本目標

和專門目標兩種情況，本條文字相應調(diào)整。當結(jié)構(gòu)

采用隔震和消能減震設計方案，具有可能滿足提高

抗震性能要求的優(yōu)勢，故推薦其按較高的設防目標

進行27編輯課件3.8.2采用隔震或消能減震設計的建筑，當遭遇到本地區(qū)的多12.1.6

建筑結(jié)構(gòu)的隔震設計和消能減震設計，尚應符合相關專門標準的規(guī)定；也可按抗震性能目標的要求進行性能化設計?！菊f明】本條與2001

版的規(guī)定相比，明確提

醒可采用隔震、消能減震技術(shù)進行結(jié)構(gòu)的

抗震性能化設計。隔震與消能減震技術(shù)是實現(xiàn)性能化設計的有效方法28編輯課件12.1.6建筑結(jié)構(gòu)的隔震設計和消能減震設計，尚應符合相關12.1.2

建筑結(jié)構(gòu)隔震設計和消能減震設計確定設計方案時，除應符合本規(guī)范第3.5.1

條的規(guī)定外，尚應與采用抗震設計的方案進行對比分析。（3.5.1

結(jié)構(gòu)體系應根據(jù)建筑的抗震設防類別、抗震設防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟和使用條件綜合比較確定。）29編輯課件12.1.2建筑結(jié)構(gòu)隔震設計和消能減震設計確定設計方案時，消能減震結(jié)構(gòu)設計是結(jié)構(gòu)抗震設計的手段方法之一！消能減震設計是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的有效、可靠、經(jīng)濟的方法！消能減震設計是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能化抗震設計的最為直接、最有效的手段和方法！30編輯課件消能減震結(jié)構(gòu)設計是結(jié)構(gòu)抗震設計的手段方法之一！消能減震設計是1）耗能減震結(jié)構(gòu)應選擇I、II類場地，且宜選

擇對抗震有利的地段，避開不利地段；當無

法避開時，應采取有效措施；4.1.2耗能減震結(jié)構(gòu)場地31編輯課件1）耗能減震結(jié)構(gòu)應選擇I、II類場地，且宜選4.1.2耗能減4.1.3

耗能減震結(jié)構(gòu)體系2）耗能減震結(jié)構(gòu)的平面、立面布置，主體結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)材料和施工應滿足國家《建筑抗震設計規(guī)范》（GB2010-5001）的要求；32編輯課件4.1.3 耗能減震結(jié)構(gòu)體系32編輯課件12.3.8

當消能減震結(jié)構(gòu)的抗震性能明顯提高時，主體結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造要求可適當降低。降低程度可根據(jù)消能減震結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)與不設置消能減震裝置結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)之比確定，最大降低程度應控制在1

度以內(nèi)。本條是新增的。當消能減震的地震影響系數(shù)不到非消能減震的50%時，可降低一度。33編輯課件12.3.8當消能減震結(jié)構(gòu)的抗震性能明顯提高33編輯課件不要被裝飾蒙蔽了雙眼！4.1.4

消能器的選擇、數(shù)量確定及布置原則34編輯課件不要被裝飾蒙蔽了雙眼！4.1.4消能器的選擇、數(shù)量確定及消能部件布置均勻

布置

避免薄弱層位移和速度最大位置4.1.4.2

消能器的布置原則

動力特性相近35編輯課件消能部件布置均勻 布置4.1.4.2消能器的布置原則3d

Wcj/4Ws消能器

數(shù)量附加阻尼比計

算原結(jié)構(gòu)

設計減震結(jié)構(gòu)分析

原結(jié)構(gòu)

分析期望阻

尼比阻尼比法

nj14.1.4.3

消能減震裝置數(shù)量確定

期望36編輯課件dWcj/4Ws消能器附加阻原結(jié)構(gòu)減震結(jié) 原結(jié)構(gòu)37編輯課件37編輯課件4.2

消能減震結(jié)構(gòu)分析方法消能減震結(jié)構(gòu)的分析方法取決于：（1）主體結(jié)構(gòu)和消能器在地震作用下所處的狀態(tài)；（2）消能器的類型：位移相關型還是速度相關型。4.2.1

消能減震結(jié)構(gòu)分析選擇38編輯課件4.2消能減震結(jié)構(gòu)分析方法消能減震結(jié)構(gòu)的分析方法取決X非線性結(jié)構(gòu)/非線性耗能器非線性結(jié)構(gòu)/線性耗能器線性結(jié)構(gòu)/非線性耗能器

線性結(jié)構(gòu)/線性耗能器圖

耗能減震結(jié)構(gòu)分析的四種情況39編輯課件X非線性結(jié)構(gòu)/非線性耗能器非線性結(jié)構(gòu)/線性耗能器線性結(jié)構(gòu)/非主體結(jié)構(gòu)消能器分析方法彈塑性彈塑性

線

性

線

性非線性

線

性非線性

線

性靜力彈塑性

分析方法靜力彈塑性

分析方法振型分解反

應譜法振型分解反

應譜法彈塑性時程

分析方法彈塑性時程

分析方法彈塑性時程

分析方法

彈性時程

分析方法40編輯課件主體結(jié)構(gòu)消能器分析方法彈塑性非線性靜力彈塑性彈塑性時程40編4.1.3

在彈性時程分析和彈塑性時程分析中，消能減震結(jié)構(gòu)的恢復力模型應包括結(jié)構(gòu)恢復力模型和消能部件的恢復力模型。4.1.6

消能減震結(jié)構(gòu)采用彈塑性時程法分析法計算時，根據(jù)主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈塑性參數(shù)和消能部件的參數(shù)確定消能減震結(jié)構(gòu)非線性分析模型，相對于彈性分析模型可有所簡化，但二者在多遇地震下的線性分析結(jié)果應基本一致。

4.3

消能減震結(jié)構(gòu)分析模型4.3.1

消能減震結(jié)構(gòu)分析模型41編輯課件4.1.3在彈性時程分析和彈塑性時程分析中， 4.34.1.7

采用靜力彈塑性分析方法分析時應滿足下列要求：

1

消能部件中消能器和支撐根據(jù)連接形式不同，可采用串聯(lián)模型或并聯(lián)模型，將消能器剛度和支撐的剛度進行等效，在計算中消能部件采用等剛度的連接桿代替。

2

結(jié)構(gòu)目標位移的確定應根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同性能來選擇，宜采用結(jié)構(gòu)總高度的1.5％作為頂點位移的界限值。42編輯課件4.1.7采用靜力彈塑性分析方法分析時應滿42編輯課件普通結(jié)構(gòu)按離散方式來劃分模型，主要可分

為層間模型、桿系模型和有限元模型

（FEM）。耗能減震結(jié)構(gòu)體系則是由主體結(jié)構(gòu)和耗能支撐（包括耗能器和支撐）所組成，故其分析模型可采用與普通結(jié)構(gòu)相同的分析模型，唯一的差別就是必須考慮耗能支撐對結(jié)構(gòu)模型的影響。43編輯課件普通結(jié)構(gòu)按離散方式來劃分模型，主要可分耗能減震結(jié)構(gòu)體系則是4.3.2

消能器的恢復力模型44編輯課件4.3.2消能器的恢復力模型44編輯課件在分析模型中，與消能器連接的支撐必須真實模擬，不能假設支撐的剛度；不能改變消能器與支撐的連接方式。45編輯課件在分析模型中，與消能器連接的支撐必須真實模擬，不能假設支撐的3.3.3

消能減震結(jié)構(gòu)的總阻尼比應為結(jié)構(gòu)阻

尼比和附加阻尼比的總和，結(jié)構(gòu)阻尼比應

根據(jù)主體結(jié)構(gòu)處于彈性或彈塑性工作狀態(tài)

分別確定。3.3.4

消能減震結(jié)構(gòu)的總剛度應為結(jié)構(gòu)剛度

和消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效剛度之和。4.4

附加剛度和阻尼比計算46編輯課件3.3.3消能減震結(jié)構(gòu)的總阻尼比應為結(jié)構(gòu)阻3.3.4

6.3.2

消能部件附加給結(jié)構(gòu)的實際有效剛度和有效阻尼比，可按下列方法確定：1位移相關型消能部件和非線性速度相關型消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效剛度可采用等價線性化方法確定。2消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比可按下式計算：

n

j147編輯課件 6.3.2消能部件附加給結(jié)構(gòu)的實際有效剛度1位移相1.基本思路利用振型分解的概念，將多自由度體系分解

成若干個單自由度系統(tǒng)的組合，引用單自

由度體系的反應譜理論來計算各振型的地

震作用，然后再按一定的規(guī)律將各振型的

動力反應進行組合以獲得結(jié)構(gòu)總的動力反

應。4.5

消能減震結(jié)構(gòu)分析方法4.5.1基于等價線性化的振型分解反應譜法48編輯課件1.基本思路4.5消能減震結(jié)構(gòu)分析方法4.5.1基于等價耗能減震結(jié)構(gòu)：首先必須根據(jù)耗能減震結(jié)構(gòu)體系非線性的特

點對其進行一些處理，然后才能使用振型

分解法進行分析。由于某些類型耗能器的

恢復力出現(xiàn)較強的非線性（如軟鋼類耗能

器、摩擦耗能器），從而導致結(jié)構(gòu)動力方

程的非線性，使其不能應用經(jīng)典的振型分

解法求解，需要對耗能減震器非線性力進

行等價線性化處理。49編輯課件耗能減震結(jié)構(gòu)：首先必須根據(jù)耗能減震結(jié)構(gòu)體系非線性的特49編輯

X

C

X

KXF

MX

g

M

X

C

X

K

X

MX

g

=C

=..

.

..KsKeCs

CeK

將耗能減震結(jié)構(gòu)體系的非線性運動方程：

M等效線性化后按振型分解法求解，運動方程可寫為：

..

.

..

50編輯課件XCXCsj

*Cej

*原結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣一般采用Rayleigh阻尼，通常是滿足正交條件的，即耗能器附加給結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣通常不滿正交條件。但是簡化計算可作近似處理，忽略阻尼矩陣的非正交項，則有：ii

ji

jTCs

j

0ii

ji

jTCe

j

051編輯課件Csj*Cej*原結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣一般采用Rayle忽略非經(jīng)典阻尼矩陣非正交項的結(jié)構(gòu)反應誤差不超過10%，大多數(shù)情況下誤差不超過5%，即使振型阻尼比大于20%時仍能保持這樣的精度。52編輯課件忽略非經(jīng)典阻尼矩陣非正交項的結(jié)構(gòu)反應52編輯課件53編輯課件53編輯課件

時程分析方法，亦稱直接動力法，是根據(jù)選定的地震波和結(jié)構(gòu)恢復力特性曲線，通過線性加速度法、Wilson-

法等逐步積分的方法對動力方程進行直接積分，從而求得結(jié)構(gòu)在地震過程中每一瞬時的位移、速度和加速度反應。該方法能夠精確反映整個地震過程中，結(jié)構(gòu)從彈性到彈塑性階段的內(nèi)力變化，以及構(gòu)件開裂、損壞直至結(jié)構(gòu)倒塌破壞全過程。4.5.2時程分析法54編輯課件 時程分析方法，亦稱直接動力法，是根據(jù)4.5.2時程分析法5(a)

單自由度摩擦耗能結(jié)構(gòu)體系(b)

恢復力模型的疊加(c)

疊加后結(jié)構(gòu)的分析模型圖4.4-6

單自由度摩擦耗能結(jié)構(gòu)體系及其分析模型55編輯課件(a)單自由度摩擦耗能結(jié)構(gòu)體系(b)恢復力模型的疊加(c5.4.3

靜力彈塑性(Push-over)分析方法靜力彈塑性（Push-over）分析方法，是指在結(jié)構(gòu)上施加豎向荷載作用并保持不變，同時沿結(jié)構(gòu)的側(cè)向施加某種分布形式的水平荷載或位移，隨著水平荷載或位移的逐級增加，按順序計算結(jié)構(gòu)由彈性狀態(tài)進入彈塑狀態(tài)性的反應，并記錄在每級加載下開裂、屈服、塑性鉸形成以及各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞行為，以此來發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)及可能的破壞機制等，并根據(jù)不同性能水平的抗震需求（如目標位移）對結(jié)構(gòu)抗震性能進行評估。56編輯課件5.4.3靜力彈塑性(Push-over)分析方法靜力彈X

&&

X

&任何建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力方程可表示為：

MCKXMI

&&靜力彈塑性分析法是將輸入結(jié)構(gòu)的特定地震波等效為一系列的靜力荷載，并逐級增大這個靜力荷載，此時每步等效靜力荷載下的動力方程為：

MCKX{Fe}X

&&

X

&

Xg57編輯課件X&&X&任何建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下Push-over法的基本原理就是在結(jié)構(gòu)的分析模型上以某種方式側(cè)向力，并使該側(cè)向力逐級單調(diào)增加，直至結(jié)構(gòu)達到預定的狀態(tài)：形成機構(gòu)、位移超限或達到目標位移，以此來分析結(jié)構(gòu)或構(gòu)件從彈性狀態(tài)進入彈塑性狀態(tài)的反應，判斷其變形能力是否滿足預定設計和使用功能的要求。4.5.3

Push-over法58編輯課件Push-over法的基本原理就是在結(jié)構(gòu)的分析4.5.3整個Push-over分析包括選擇合適的側(cè)向加載方式、等效單自由度體系的建立、荷載-位移曲線的建立以及結(jié)構(gòu)抗震性能的評估。當結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段時，只能近似對其反應進行描述，在高階振型對結(jié)構(gòu)的地震反應影響較大時，采用Push-over分析法得到的計算結(jié)果具有較大的誤差。因此，在選用Push-over法進行結(jié)構(gòu)分析時，應滿足以下條件：結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量沿高度分布均勻，地震反應以第一振型（基本振型）為主。59編輯課件整個Push-over分析包括選擇合適的側(cè)向加載方59編輯能量法的概念最初是豪斯納（Housner

G.W.）

于1956年提出來的，并首次將能量的平衡關

系應用于簡單結(jié)構(gòu)的抗震設計之中。4.5.4能量分析法60編輯課件能量法的概念最初是豪斯納（HousnerG.W.）4.5.

能量分析法的思想是在地震過程中輸入（耗能減震）結(jié)構(gòu)體系的能量必須與結(jié)構(gòu)體系內(nèi)部能量的存儲、轉(zhuǎn)換和消能相平衡。

Ein

EvEcEkEh＋Ed61編輯課件能量分能量分析法的基本原理是保證地震過程中輸入結(jié)構(gòu)的能量不超過結(jié)構(gòu)所允許的耗能能力。

Ein

Ed式中忽略了Ev

、

Ec

、

Ek

、

Eh

等因素的影響、一方面簡化了計算，另一方面可作為結(jié)構(gòu)的安全儲備。62編輯課件能量分析法的基本原理是保證地震過程中62編輯課件4.6

消能減震結(jié)構(gòu)設計步驟

期望阻尼比設計法

采用振型分解反應譜法、時程分析法和靜力彈塑性分析時所用的期望阻尼比循環(huán)設計方法就是以結(jié)構(gòu)所需求的阻尼比作為首要的設計參數(shù)，通過對現(xiàn)有的設計方法進行較小的修正，再通過循環(huán)迭代計算分析，從而完成裝設耗能器結(jié)構(gòu)的設計。63編輯課件4.6消能減震結(jié)構(gòu)設計步驟 期望阻尼比設計法63編輯設計地震設計要求滿足結(jié)構(gòu)特性結(jié)束是否

無耗能器結(jié)構(gòu)的分析和設計

確定結(jié)構(gòu)所需的阻尼比

或

選擇合適的耗能器位置

計算耗能器的剛度和阻尼

耗能減震結(jié)構(gòu)的分析否

足夠的阻尼比圖5.2-1耗能減震結(jié)構(gòu)的設計流程圖64編輯課件設計地震設計要求滿足結(jié)構(gòu)特性結(jié)束是否 無耗能器結(jié)構(gòu)的分析和設4.7

主體結(jié)構(gòu)設計65編輯課件4.7主體結(jié)構(gòu)設計65編輯課件消能子框架示意圖子框架設計

重要構(gòu)件考慮極限阻尼力

附加彎矩等消能支撐消能器4.7

消能子結(jié)構(gòu)設計

消能部件子框架66編輯課件消能子框架示意圖子 重要構(gòu)件消能支撐消能器4.7消能子3.4.3

在消能器極限位移或極限速度對應的阻尼力作用下，與消能器連接的支撐、墻（支墩）應處于彈性工作狀態(tài)；消能部件與主體結(jié)構(gòu)相連的預埋件、節(jié)點板等應處于彈性工作狀態(tài)，且不應出現(xiàn)滑移或拔出等破壞。4.9

連接與構(gòu)造67編輯課件3.4.3在消能器極限位移或極限速度對應的阻尼力作用5消能器的檢測

確保結(jié)構(gòu)安全：理想與現(xiàn)實

保護設計者：

促進生產(chǎn)商提高質(zhì)量：3.2.3

消能器的抽樣和檢測應符合下列規(guī)定：

1

消能器的抽樣應由監(jiān)理單位根據(jù)設計文

件和本規(guī)程的有關規(guī)定進行。

2

消能器的檢測應由具備資質(zhì)的第三方進

行。68編輯課件5消能器的檢測 確保結(jié)構(gòu)安全：理想與現(xiàn)實68編輯課件5.6.1消能器的性能檢驗，應符合下列規(guī)定：1對黏滯消能器，抽檢數(shù)量不少于同一工程同一類型同一規(guī)格數(shù)量的20％，且不應少于2個，檢測合格率為100％，該批次產(chǎn)品可用于主體結(jié)構(gòu)。檢測合格后，消能器若無任何損傷、力學性能仍滿足正常使用要求時，可用于主體結(jié)構(gòu)。69編輯課件5.6.1消能器的性能檢驗，應符合下列規(guī)定：1對黏滯消能器，2

對黏彈性消能器，抽檢數(shù)量不少于同一工程同一類型同一規(guī)格數(shù)量的3％，當同一類型同一規(guī)格的消能器數(shù)量較少時，可在同一類型消能器中抽檢總數(shù)量的3％，但不應少于2個，檢測合格率為100％，該批次產(chǎn)品可用于主體結(jié)構(gòu)。檢測后的消能器不應用于主體結(jié)構(gòu)。70編輯課件2對黏彈性消能器，抽檢數(shù)量不少于同一工程同一類型同一規(guī)格3

對摩擦消能器、金屬消能器和復合型消能器，抽檢數(shù)量不少于同一工程同一類型同一規(guī)格數(shù)量的3％，當同一類型同一規(guī)格的消能器數(shù)量較少時，可在同一類型消能器中抽檢總數(shù)量的3％，但不應少于2個，檢測合格率為100％，該批次產(chǎn)品可用于主體結(jié)構(gòu)。檢測后的消能器不應用于主體結(jié)構(gòu)。71編輯課件3 對摩擦消能器、金屬消能器和復合型71編輯課件4

對屈曲約束支撐，抽檢數(shù)量不少于同一工程同一類型同一規(guī)格數(shù)量的3％，當同一類型同一規(guī)格的消能器數(shù)量較少時，可在同一類的屈曲約束支撐中抽檢總數(shù)量的3％，但不應少于2個，檢驗支撐的工作性能和拉壓反復荷載作用下的滯回性能，檢測合格率為100％，該批次產(chǎn)品可用于主體結(jié)構(gòu)。檢測后的屈曲約束支撐不應用于主體結(jié)構(gòu)。72編輯課件4對屈曲約束支撐，抽檢數(shù)量不少于同一工型同一規(guī)格的消能器5.6.2

產(chǎn)品檢測合格率未達到100%，應在同批次抽檢產(chǎn)品數(shù)量加倍抽檢；加倍抽檢的檢測合格率為100%，該批次產(chǎn)品可用于主體結(jié)構(gòu)；加倍抽檢的檢測合格率仍未達到100%，該批次消能器不能在主體結(jié)構(gòu)中使用。73編輯課件5.6.2產(chǎn)品檢測合格率未達到100%，應在同批次抽8.18.28.38.48.58.68.7一般規(guī)定

消能部件進場驗收

消能部件的施工安裝順序

施工測量和消能部件的安裝、校正

消能部件安裝的焊接和緊固件連接

施工安全和施工質(zhì)量驗收

消能部件的維護6消能部件的施工、驗收和維護74編輯課件8.1一般規(guī)定6消能部件的施工、驗收和維護74編輯課件加固施工開始標記鋼筋檢測準備工作到達現(xiàn)場驗證安裝支座（連接件）安裝阻尼支撐安裝阻尼器密封、油漆完成檢修結(jié)束準備工作安裝工作75編輯課件加標鋼準到驗安安安密完結(jié)準備工作安裝工作75編輯課件日本某耗能減震加固工程的施工全程(a)標記

(c)鉆孔((b)檢測鋼筋(d)打磨外表76編輯課件日本某耗能減震加固工程的施工全程(a)標記((b)檢測鋼筋7(e)到達現(xiàn)場

(g)預應力釘?shù)膹埩φ{(diào)整

(f)安裝阻尼支撐(h)密封、油漆77編輯課件(e)到達現(xiàn)場 (f)安裝阻尼支撐77編輯課件(i)完成78編輯課件(i)完成78編輯課件消能器檢查內(nèi)容及維護（目測檢查）79編輯課件消能器檢查內(nèi)容及維護（目測檢查）79編輯課件支撐目測檢查內(nèi)容及維護80編輯課件支撐目測檢查內(nèi)容及維護80編輯課件7地震反應觀測系統(tǒng)的設置3.1.10

抗震設防烈度為7、8、9度時，高度分別超過160m、120m、80m的大型公共消能減震結(jié)構(gòu)，應按規(guī)定設置建筑結(jié)構(gòu)的地震反應觀測系統(tǒng)，建筑設計應預留觀測儀器和線路的位置和空間。81編輯課件7地震反應觀測系統(tǒng)的設置3.1.10抗震設防烈度為78

設計文件中應注明的問題3.1.4確定消能減震結(jié)構(gòu)設計方案時，消能部件的

布置應符合下列規(guī)定：

3

消能部件的設置，應便于檢查、維護和替換，設計文件中應注明消能器使用的環(huán)境、檢

查和維護要求。3.2.2應用于消能減震結(jié)構(gòu)中的消能器應符合下列

規(guī)定：2

消能器的性能參數(shù)和數(shù)量應在設計文件中

注明82編輯課件8設計文件中應注明的問題3.1.4確定消能減震結(jié)構(gòu)設計方耗能器已經(jīng)從作為結(jié)構(gòu)附加保護系統(tǒng)的第二道防線發(fā)展成為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分，并取代傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)件。耗能減震器可用于有抗震或抗風要求的一切結(jié)構(gòu)，應用極為廣泛。一般來說，結(jié)構(gòu)越高、越柔、跨度越大、變形越大，或抗震設防烈度越高，耗能減震效果越顯著。8

耗能器在工程中的應用83編輯課件耗能器已經(jīng)從作為結(jié)構(gòu)附加保護系統(tǒng)的第8耗能器在工程中的聯(lián)邦緊急救援署(FEMA)建筑抗震安全理事會(BSSC)起草的抗震規(guī)程(FEMA450)，2004年由國家地震災害減輕計劃(NEHRP)ACT4010

消能減震結(jié)構(gòu)設計的依據(jù)84編輯課件聯(lián)邦緊急救援署(FEMA)建筑抗震安全理事10消能2005年版的美國《鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震設計規(guī)范》（《Seismic

Provision

for

Structural

SteelBuildings（ANSI/AISC341-05）》

）新增加防屈曲耗能支撐鋼結(jié)構(gòu)的設計一章(第16章)。對防屈曲耗能支撐的設計、計算、試驗方法、連接的做法以及防屈曲支撐對結(jié)構(gòu)的影響參數(shù)的限制等作了較詳細的規(guī)定。

《Seismic

Provision

for

StructuralSteel

Buildings（ANSI/AISC341-05）》85編輯課件2005年版的美國《鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震設計規(guī)范》（《Seismi日本隔震結(jié)構(gòu)協(xié)會于2000年2月設置了地震反應控制

委員會，2003年編寫出版了《被動減震結(jié)構(gòu)設計·

施

工手冊》。2005年出版該手冊的第2版。該手冊將防屈曲耗能支撐歸于軟鋼阻尼器類型，并對其做了詳細的說明，主要內(nèi)容包括：支撐的構(gòu)造和裝置、材料的物理特性、安裝方法、基本特性的評估、阻尼力特性、相關性、耐久性、維護管理、產(chǎn)品偏差、出廠項目管理、分析模型等?！侗粍訙p震結(jié)構(gòu)設計·施工手冊》86編輯課件日本隔震結(jié)構(gòu)協(xié)會于2000年2月設置了地震反應控制屈曲耗能支第12章的“隔震和消能減震結(jié)構(gòu)設計”《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）由于消能裝置不改變結(jié)構(gòu)的基本形式，

除消能部件和相關部件外的結(jié)構(gòu)設計

仍可按本《建筑抗震設計規(guī)范》各章

對相應結(jié)構(gòu)類型的要求執(zhí)行。87編輯課件第12章的“隔震和消能減震結(jié)構(gòu)設計”《建筑抗震設計規(guī)范》（G《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》增加屈曲約束支撐及其應用的設計規(guī)定作為附錄E包括：E.1

結(jié)構(gòu)特點；E.2

設計原則；E.3

構(gòu)件設計；E.4

屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)；E.5

試驗及驗收。88編輯課件《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》增加屈曲約束支撐及其應用的設計廣東省《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》

14

結(jié)構(gòu)隔震和消能減震(振)設計14.114.214.314.4一般規(guī)定結(jié)構(gòu)隔震控制設計結(jié)構(gòu)消能減震控制設計結(jié)構(gòu)風振控制設計89編輯課件廣東省《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》14.1一般規(guī)定89編輯《屈曲約束支撐應用技術(shù)規(guī)程》由廣州大學會同有關單位申請的《屈曲約束支撐應用技術(shù)規(guī)程》已列入《2012年第二批工程建設協(xié)會標準制訂、修訂計劃》(建標協(xié)字[2012]127號)歡迎大家參與，并提出建議！90編輯課件《屈曲約束支撐應用技術(shù)規(guī)程》由廣州大學會同有關單位申請的《屈91編輯課件91編輯課件

消能減震技術(shù)為建筑的抗震設計和抗震加固提供了一條嶄新的思路，具有安全、適用、可靠、節(jié)省造價等優(yōu)點。

消能減震技術(shù)將成為21世紀建筑減震防災的重要手段和方法，具有十分廣闊的應用空間和發(fā)展前景。92編輯課件 消能減震技術(shù)為建筑的抗震設計和抗震 消能減震技術(shù)將成為21耗能減震結(jié)構(gòu)設計與應用93編輯課件耗能減震結(jié)構(gòu)設計與應用1編輯課件1.1耗能減震的概念1

耗能減震的概念與原理1.1耗能減震的概念94編輯課件1.1耗能減震的概念1耗能減震的概念與原理1.1耗能減震附加阻尼增加01234560.080.060.040.020.00T(s)阻尼比0.05阻尼比0.10阻尼比0.15剛度剛度1.2

耗能減震的原理

0.12

0.10

隔震結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)95編輯課件附加阻尼增加01234560.08T(s)阻尼比0.05剛2月27日14時34分在智利（南緯35.8度，西經(jīng)72.7度）發(fā)生8.8級地震，震源深度33公里。地震位于智利比奧比奧大區(qū)，距離康塞普西翁（Concepción）100公里，距離特木科

（Temuco）110公里,距離該國首都圣地亞哥320公里。震源位于地下55公里。根據(jù)智利官方報道，截止2010年4月7日，在此次大地震中，死亡486人、失蹤79人、海嘯致使

80萬人受傷或無家可歸，總損失達300億美元。災區(qū)道路阻斷、缺水短電，有報道稱震中附近的兩個城市損失慘重。地震還使200萬人受到影響，150萬棟房屋被毀，6個地區(qū)進入災難緊急狀態(tài)。2耗能減震建筑的地震考驗96編輯課件2月27日14時34分在智利（南緯35.8度，2耗能減震建筑一幢帶消能減震鋼支撐超高層建筑一幢設有金屬球顆粒阻尼器高層建筑這也是近年來鮮有的經(jīng)歷大地震考驗的消能減震高層及超高層結(jié)構(gòu)工程實例。97編輯課件一幢帶消能減震鋼支撐超高層建筑這也是近年來鮮有的經(jīng)歷大地震考98編輯課件6編輯課件99編輯課件7編輯課件3消能減震裝置的類型與性能100編輯課件3消能減震裝置的類型與性能8編輯課件圖2.1-1

典型粘滯耗能器示意圖3.1粘滯阻尼器101編輯課件圖2.1-1典型粘滯耗能器示意圖3.1粘滯阻尼器9編輯課粘滯耗能器是根據(jù)流體運動，特別是當

流體通過節(jié)流孔時能產(chǎn)生粘滯阻力的

原理而制成的，是一種無剛度、速度

相關型的耗能器。常見的粘滯耗能器主要有：

缸式粘滯流體耗能器

粘滯阻尼墻

圓筒式粘滯耗能器102編輯課件粘滯耗能器是根據(jù)流體運動，特別是當常見的粘滯耗能器主要有：3.2

粘彈性阻尼器103編輯課件3.2粘彈性阻尼器11編輯課件金屬耗能器根據(jù)金屬材料的不同可分為鋼耗能器、鉛耗能器和形狀記憶合金耗能器。鋼耗能器又包括軟鋼制成的耗能器和低屈服點鋼制成的耗能器。3.3

鋼阻尼器104編輯課件金屬耗能器根據(jù)金屬材料的不同可分為鋼3.3鋼阻尼器（a）X形加勁耗能器（c）開孔式加勁耗能器（b）三角形耗能器

圖2.3-1

加勁耗能器3.3.1軟鋼耗能器由于軟鋼在進入塑性范圍后具有良好的滯回特性，因此被用來制造各種類型的耗能減震裝置。105編輯課件（a）X形加勁耗能器（c）開孔式加勁耗能器（b）三角形耗能器不銹鋼板蝶形墊片墊片外板

剎車片中板

摩擦面外板

3.4

摩擦耗能器發(fā)展始于20世紀70年代末?？梢苑譃?種類型：

摩擦耗能節(jié)點；板式摩擦耗能器；筒式摩擦耗能器；復合型摩擦耗能器。

板式墊片106編輯課件不銹鋼板蝶形墊片墊片外板中板 摩擦面 3.4摩擦耗（1）板式摩擦耗能器107編輯課件（1）板式摩擦耗能器15編輯課件（2）鋼管摩擦耗能器108編輯課件（2）鋼管摩擦耗能器16編輯課件3.5防屈曲耗能支撐109編輯課件3.5防屈曲耗能支撐17編輯課件FF

BucklingConventional

Brace

No

Buckling

(

Yielding

)Buckling

Restrained

BracePPTensionCompressionTensionCompression110編輯課件FF Buckling NoBucklingPPT(Buckling

Restrained

Part)Unbonding

MaterialsCore

Steel

Member

Steel

TubeConcrete

(Mortar)

Tab

Plate

BucklingRestrained

Brace111編輯課件(BucklingRestrainedPart)Unbo1．在同一種耗能機制下，可利用多個耗能元件協(xié)同工作共同耗能；2．在同一種耗能（阻尼）減震器中，綜合利用不同的耗能機制共同耗能；即耗能（阻尼）減震器同時利用兩種或兩種以上的耗能方式耗能；3．耗能（阻尼）減震器應具有多道耗能減震防線（或多級耗能元件）；4．具有良好的變形跟蹤能力，其承載和耗能能力具有隨變形增大變化的自適應能力。3.6

復合型耗能器112編輯課件1．在同一種耗能機制下，可利用多個耗能元件協(xié)同工作共同耗能；分類

摩擦阻尼器摩擦耗能位移相關粘滯流體

粘滯流體

阻尼器

速度相關

粘彈性

粘彈材料

阻尼器

速度相關

軟鋼

金屬屈服

阻尼器

位移相關

防屈曲

桿件屈曲耗能支撐

位移相關工作原理

技術(shù)水平☆☆☆☆☆☆

☆☆☆

☆☆☆☆

☆☆☆☆需關注的問題

自恢復能力差耐久性差，僅地震超高壓試驗

溫度影響

僅地震

僅地震高聳結(jié)構(gòu)大跨結(jié)構(gòu)

多/高層

結(jié)構(gòu)復雜結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)應用范圍

應用程度☆☆☆☆

☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆發(fā)展方向

新型高性能

阻尼器研發(fā)

結(jié)構(gòu)減振

新方案/新體系

設計/分析(性能指標量化)

標準/規(guī)程完善推廣應用113編輯課件分類 摩擦摩擦耗能粘滯流體粘滯流體工作原理技術(shù)水4、消能減震結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容與步驟

消能減震結(jié)

構(gòu)設計內(nèi)容

消能裝置選擇消能裝置布置位置消能裝置布置數(shù)量子框架設計114編輯課件4、消能減震結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容與步驟 消能消能裝置消能裝置子框架設設計地震設計要求滿足結(jié)構(gòu)特性

選擇合適的消能器位置計算消能器的剛度和阻尼

消能減震結(jié)構(gòu)的分析

足夠的阻尼比結(jié)束否是否無消能器結(jié)構(gòu)的分析和設計

確定結(jié)構(gòu)所需的阻尼比

或設計流程115編輯課件設計地震設計要求滿足結(jié)構(gòu)特性 選擇合適的消能器位置結(jié)束否是否4.1

消能減震結(jié)構(gòu)的概念設計116編輯課件4.1消能減震結(jié)構(gòu)的概念設計24編輯課件3.8.1

隔震與消能減震設計，可用于抗震安全性、使用功能有較高要求或?qū)ｉT要求的建筑?！菊f明】2008

年局部修訂改為非強制性要求。本次修

訂，將使用功能“特殊”要求改為“較高或?qū)ｉT”

要求，并明確用于抗震安全性較高要求的建筑，不

限于2001

版的8、9

度設防地區(qū)。4.1.1

適用范圍和設防目標117編輯課件3.8.1隔震與消能減震設計，可用于抗震安全性、使用功能12.1.4

消能減震設計可用于鋼、鋼筋混凝土、鋼-混凝土混合等結(jié)構(gòu)類型的房屋。消能部件應對結(jié)構(gòu)提供足夠的附加阻尼，尚

應根據(jù)其結(jié)構(gòu)類型分別符合本規(guī)范相應章

節(jié)的設計要求。有減震需求，有相對位移或相對速度的一切結(jié)構(gòu)。118編輯課件12.1.4消能減震設計可用于鋼、鋼筋混凝土、鋼-混凝土混3.8.2

采用隔震或消能減震設計的建筑，當遭遇到本地區(qū)的多遇地震影響、抗震設防烈度地震影響和罕遇地震影響時，可按高于本規(guī)范1.0.1

條的基本設防目標進行設計。【說明】本次修訂，1.0.1

條將設防目標分為基本目標

和專門目標兩種情況，本條文字相應調(diào)整。當結(jié)構(gòu)

采用隔震和消能減震設計方案，具有可能滿足提高

抗震性能要求的優(yōu)勢，故推薦其按較高的設防目標

進行119編輯課件3.8.2采用隔震或消能減震設計的建筑，當遭遇到本地區(qū)的多12.1.6

建筑結(jié)構(gòu)的隔震設計和消能減震設計，尚應符合相關專門標準的規(guī)定；也可按抗震性能目標的要求進行性能化設計。【說明】本條與2001

版的規(guī)定相比，明確提

醒可采用隔震、消能減震技術(shù)進行結(jié)構(gòu)的

抗震性能化設計。隔震與消能減震技術(shù)是實現(xiàn)性能化設計的有效方法120編輯課件12.1.6建筑結(jié)構(gòu)的隔震設計和消能減震設計，尚應符合相關12.1.2

建筑結(jié)構(gòu)隔震設計和消能減震設計確定設計方案時，除應符合本規(guī)范第3.5.1

條的規(guī)定外，尚應與采用抗震設計的方案進行對比分析。（3.5.1

結(jié)構(gòu)體系應根據(jù)建筑的抗震設防類別、抗震設防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟和使用條件綜合比較確定。）121編輯課件12.1.2建筑結(jié)構(gòu)隔震設計和消能減震設計確定設計方案時，消能減震結(jié)構(gòu)設計是結(jié)構(gòu)抗震設計的手段方法之一！消能減震設計是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的有效、可靠、經(jīng)濟的方法！消能減震設計是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能化抗震設計的最為直接、最有效的手段和方法！122編輯課件消能減震結(jié)構(gòu)設計是結(jié)構(gòu)抗震設計的手段方法之一！消能減震設計是1）耗能減震結(jié)構(gòu)應選擇I、II類場地，且宜選

擇對抗震有利的地段，避開不利地段；當無

法避開時，應采取有效措施；4.1.2耗能減震結(jié)構(gòu)場地123編輯課件1）耗能減震結(jié)構(gòu)應選擇I、II類場地，且宜選4.1.2耗能減4.1.3

耗能減震結(jié)構(gòu)體系2）耗能減震結(jié)構(gòu)的平面、立面布置，主體結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)材料和施工應滿足國家《建筑抗震設計規(guī)范》（GB2010-5001）的要求；124編輯課件4.1.3 耗能減震結(jié)構(gòu)體系32編輯課件12.3.8

當消能減震結(jié)構(gòu)的抗震性能明顯提高時，主體結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造要求可適當降低。降低程度可根據(jù)消能減震結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)與不設置消能減震裝置結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)之比確定，最大降低程度應控制在1

度以內(nèi)。本條是新增的。當消能減震的地震影響系數(shù)不到非消能減震的50%時，可降低一度。125編輯課件12.3.8當消能減震結(jié)構(gòu)的抗震性能明顯提高33編輯課件不要被裝飾蒙蔽了雙眼！4.1.4

消能器的選擇、數(shù)量確定及布置原則126編輯課件不要被裝飾蒙蔽了雙眼！4.1.4消能器的選擇、數(shù)量確定及消能部件布置均勻

布置

避免薄弱層位移和速度最大位置4.1.4.2

消能器的布置原則

動力特性相近127編輯課件消能部件布置均勻 布置4.1.4.2消能器的布置原則3d

Wcj/4Ws消能器

數(shù)量附加阻尼比計

算原結(jié)構(gòu)

設計減震結(jié)構(gòu)分析

原結(jié)構(gòu)

分析期望阻

尼比阻尼比法

nj14.1.4.3

消能減震裝置數(shù)量確定

期望128編輯課件dWcj/4Ws消能器附加阻原結(jié)構(gòu)減震結(jié) 原結(jié)構(gòu)129編輯課件37編輯課件4.2

消能減震結(jié)構(gòu)分析方法消能減震結(jié)構(gòu)的分析方法取決于：（1）主體結(jié)構(gòu)和消能器在地震作用下所處的狀態(tài)；（2）消能器的類型：位移相關型還是速度相關型。4.2.1

消能減震結(jié)構(gòu)分析選擇130編輯課件4.2消能減震結(jié)構(gòu)分析方法消能減震結(jié)構(gòu)的分析方法取決X非線性結(jié)構(gòu)/非線性耗能器非線性結(jié)構(gòu)/線性耗能器線性結(jié)構(gòu)/非線性耗能器

線性結(jié)構(gòu)/線性耗能器圖

耗能減震結(jié)構(gòu)分析的四種情況131編輯課件X非線性結(jié)構(gòu)/非線性耗能器非線性結(jié)構(gòu)/線性耗能器線性結(jié)構(gòu)/非主體結(jié)構(gòu)消能器分析方法彈塑性彈塑性

線

性

線

性非線性

線

性非線性

線

性靜力彈塑性

分析方法靜力彈塑性

分析方法振型分解反

應譜法振型分解反

應譜法彈塑性時程

分析方法彈塑性時程

分析方法彈塑性時程

分析方法

彈性時程

分析方法132編輯課件主體結(jié)構(gòu)消能器分析方法彈塑性非線性靜力彈塑性彈塑性時程40編4.1.3

在彈性時程分析和彈塑性時程分析中，消能減震結(jié)構(gòu)的恢復力模型應包括結(jié)構(gòu)恢復力模型和消能部件的恢復力模型。4.1.6

消能減震結(jié)構(gòu)采用彈塑性時程法分析法計算時，根據(jù)主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈塑性參數(shù)和消能部件的參數(shù)確定消能減震結(jié)構(gòu)非線性分析模型，相對于彈性分析模型可有所簡化，但二者在多遇地震下的線性分析結(jié)果應基本一致。

4.3

消能減震結(jié)構(gòu)分析模型4.3.1

消能減震結(jié)構(gòu)分析模型133編輯課件4.1.3在彈性時程分析和彈塑性時程分析中， 4.34.1.7

采用靜力彈塑性分析方法分析時應滿足下列要求：

1

消能部件中消能器和支撐根據(jù)連接形式不同，可采用串聯(lián)模型或并聯(lián)模型，將消能器剛度和支撐的剛度進行等效，在計算中消能部件采用等剛度的連接桿代替。

2

結(jié)構(gòu)目標位移的確定應根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同性能來選擇，宜采用結(jié)構(gòu)總高度的1.5％作為頂點位移的界限值。134編輯課件4.1.7采用靜力彈塑性分析方法分析時應滿42編輯課件普通結(jié)構(gòu)按離散方式來劃分模型，主要可分

為層間模型、桿系模型和有限元模型

（FEM）。耗能減震結(jié)構(gòu)體系則是由主體結(jié)構(gòu)和耗能支撐（包括耗能器和支撐）所組成，故其分析模型可采用與普通結(jié)構(gòu)相同的分析模型，唯一的差別就是必須考慮耗能支撐對結(jié)構(gòu)模型的影響。135編輯課件普通結(jié)構(gòu)按離散方式來劃分模型，主要可分耗能減震結(jié)構(gòu)體系則是4.3.2

消能器的恢復力模型136編輯課件4.3.2消能器的恢復力模型44編輯課件在分析模型中，與消能器連接的支撐必須真實模擬，不能假設支撐的剛度；不能改變消能器與支撐的連接方式。137編輯課件在分析模型中，與消能器連接的支撐必須真實模擬，不能假設支撐的3.3.3

消能減震結(jié)構(gòu)的總阻尼比應為結(jié)構(gòu)阻

尼比和附加阻尼比的總和，結(jié)構(gòu)阻尼比應

根據(jù)主體結(jié)構(gòu)處于彈性或彈塑性工作狀態(tài)

分別確定。3.3.4

消能減震結(jié)構(gòu)的總剛度應為結(jié)構(gòu)剛度

和消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效剛度之和。4.4

附加剛度和阻尼比計算138編輯課件3.3.3消能減震結(jié)構(gòu)的總阻尼比應為結(jié)構(gòu)阻3.3.4

6.3.2

消能部件附加給結(jié)構(gòu)的實際有效剛度和有效阻尼比，可按下列方法確定：1位移相關型消能部件和非線性速度相關型消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效剛度可采用等價線性化方法確定。2消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比可按下式計算：

n

j1139編輯課件 6.3.2消能部件附加給結(jié)構(gòu)的實際有效剛度1位移相1.基本思路利用振型分解的概念，將多自由度體系分解

成若干個單自由度系統(tǒng)的組合，引用單自

由度體系的反應譜理論來計算各振型的地

震作用，然后再按一定的規(guī)律將各振型的

動力反應進行組合以獲得結(jié)構(gòu)總的動力反

應。4.5

消能減震結(jié)構(gòu)分析方法4.5.1基于等價線性化的振型分解反應譜法140編輯課件1.基本思路4.5消能減震結(jié)構(gòu)分析方法4.5.1基于等價耗能減震結(jié)構(gòu)：首先必須根據(jù)耗能減震結(jié)構(gòu)體系非線性的特

點對其進行一些處理，然后才能使用振型

分解法進行分析。由于某些類型耗能器的

恢復力出現(xiàn)較強的非線性（如軟鋼類耗能

器、摩擦耗能器），從而導致結(jié)構(gòu)動力方

程的非線性，使其不能應用經(jīng)典的振型分

解法求解，需要對耗能減震器非線性力進

行等價線性化處理。141編輯課件耗能減震結(jié)構(gòu)：首先必須根據(jù)耗能減震結(jié)構(gòu)體系非線性的特49編輯

X

C

X

KXF

MX

g

M

X

C

X

K

X

MX

g

=C

=..

.

..KsKeCs

CeK

將耗能減震結(jié)構(gòu)體系的非線性運動方程：

M等效線性化后按振型分解法求解，運動方程可寫為：

..

.

..

142編輯課件XCXCsj

*Cej

*原結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣一般采用Rayleigh阻尼，通常是滿足正交條件的，即耗能器附加給結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣通常不滿正交條件。但是簡化計算可作近似處理，忽略阻尼矩陣的非正交項，則有：ii

ji

jTCs

j

0ii

ji

jTCe

j

0143編輯課件Csj*Cej*原結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣一般采用Rayle忽略非經(jīng)典阻尼矩陣非正交項的結(jié)構(gòu)反應誤差不超過10%，大多數(shù)情況下誤差不超過5%，即使振型阻尼比大于20%時仍能保持這樣的精度。144編輯課件忽略非經(jīng)典阻尼矩陣非正交項的結(jié)構(gòu)反應52編輯課件145編輯課件53編輯課件

時程分析方法，亦稱直接動力法，是根據(jù)選定的地震波和結(jié)構(gòu)恢復力特性曲線，通過線性加速度法、Wilson-

法等逐步積分的方法對動力方程進行直接積分，從而求得結(jié)構(gòu)在地震過程中每一瞬時的位移、速度和加速度反應。該方法能夠精確反映整個地震過程中，結(jié)構(gòu)從彈性到彈塑性階段的內(nèi)力變化，以及構(gòu)件開裂、損壞直至結(jié)構(gòu)倒塌破壞全過程。4.5.2時程分析法146編輯課件 時程分析方法，亦稱直接動力法，是根據(jù)4.5.2時程分析法5(a)

單自由度摩擦耗能結(jié)構(gòu)體系(b)

恢復力模型的疊加(c)

疊加后結(jié)構(gòu)的分析模型圖4.4-6

單自由度摩擦耗能結(jié)構(gòu)體系及其分析模型147編輯課件(a)單自由度摩擦耗能結(jié)構(gòu)體系(b)恢復力模型的疊加(c5.4.3

靜力彈塑性(Push-over)分析方法靜力彈塑性（Push-over）分析方法，是指在結(jié)構(gòu)上施加豎向荷載作用并保持不變，同時沿結(jié)構(gòu)的側(cè)向施加某種分布形式的水平荷載或位移，隨著水平荷載或位移的逐級增加，按順序計算結(jié)構(gòu)由彈性狀態(tài)進入彈塑狀態(tài)性的反應，并記錄在每級加載下開裂、屈服、塑性鉸形成以及各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞行為，以此來發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)及可能的破壞機制等，并根據(jù)不同性能水平的抗震需求（如目標位移）對結(jié)構(gòu)抗震性能進行評估。148編輯課件5.4.3靜力彈塑性(Push-over)分析方法靜力彈X

&&

X

&任何建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力方程可表示為：

MCKXMI

&&靜力彈塑性分析法是將輸入結(jié)構(gòu)的特定地震波等效為一系列的靜力荷載，并逐級增大這個靜力荷載，此時每步等效靜力荷載下的動力方程為：

MCKX{Fe}X

&&

X

&

Xg149編輯課件X&&X&任何建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下Push-over法的基本原理就是在結(jié)構(gòu)的分析模型上以某種方式側(cè)向力，并使該側(cè)向力逐級單調(diào)增加，直至結(jié)構(gòu)達到預定的狀態(tài)：形成機構(gòu)、位移超限或達到目標位移，以此來分析結(jié)構(gòu)或構(gòu)件從彈性狀態(tài)進入彈塑性狀態(tài)的反應，判斷其變形能力是否滿足預定設計和使用功能的要求。4.5.3

Push-over法150編輯課件Push-over法的基本原理就是在結(jié)構(gòu)的分析4.5.3整個Push-over分析包括選擇合適的側(cè)向加載方式、等效單自由度體系的建立、荷載-位移曲線的建立以及結(jié)構(gòu)抗震性能的評估。當結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段時，只能近似對其反應進行描述，在高階振型對結(jié)構(gòu)的地震反應影響較大時，采用Push-over分析法得到的計算結(jié)果具有較大的誤差。因此，在選用Push-over法進行結(jié)構(gòu)分析時，應滿足以下條件：結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量沿高度分布均勻，地震反應以第一振型（基本振型）為主。151編輯課件整個Push-over分析包括選擇合適的側(cè)向加載方59編輯能量法的概念最初是豪斯納（Housner

G.W.）

于1956年提出來的，并首次將能量的平衡關

系應用于簡單結(jié)構(gòu)的抗震設計之中。4.5.4能量分析法152編輯課件能量法的概念最初是豪斯納（HousnerG.W.）4.5.

能量分析法的思想是在地震過程中輸入（耗能減震）結(jié)構(gòu)體系的能量必須與結(jié)構(gòu)體系內(nèi)部能量的存儲、轉(zhuǎn)換和消能相平衡。

Ein

EvEcEkEh＋Ed153編輯課件能量分能量分析法的基本原理是保證地震過程中輸入結(jié)構(gòu)的能量不超過結(jié)構(gòu)所允許的耗能能力。

Ein

Ed式中忽略了Ev

、

Ec

、

Ek

、

Eh

等因素的影響、一方面簡化了計算，另一方面可作為結(jié)構(gòu)的安全儲備。154編輯課件能量分析法的基本原理是保證地震過程中62編輯課件4.6

消能減震結(jié)構(gòu)設計步驟

期望阻尼比設計法

采用振型分解反應譜法、時程分析法和靜力彈塑性分析時所用的期望阻尼比循環(huán)設計方法就是以結(jié)構(gòu)所需求的阻尼比作為首要的設計參數(shù)，通過對現(xiàn)有的設計方法進行較小的修正，再通過循環(huán)迭代計算分析，從而完成裝設耗能器結(jié)構(gòu)的設計。155編輯課件4.6消能減震結(jié)構(gòu)設計步驟 期望阻尼比設計法63編輯設計地震設計要求滿足結(jié)構(gòu)特性結(jié)束是否

無耗能器結(jié)構(gòu)的分析和設計

確定結(jié)構(gòu)所需的阻尼比

或

選擇合適的耗能器位置

計算耗能器的剛度和阻尼

耗能減震結(jié)構(gòu)的分析否

足夠的阻尼比圖5.2-1耗能減震結(jié)構(gòu)的設計流程圖156編輯課件設計地震設計要求滿足結(jié)構(gòu)特性結(jié)束是否 無耗能器結(jié)構(gòu)的分析和設4.7

主體結(jié)構(gòu)設計157編輯課件4.7主體結(jié)構(gòu)設計65編輯課件消能子框架示意圖子框架設計

重要構(gòu)件考慮極限阻尼力

附加彎矩等消能支撐消能器4.7

消能子結(jié)構(gòu)設計

消能部件子框架158編輯課件消能子框架示意圖子 重要構(gòu)件消能支撐消能器4.7消能子3.4.3

在消能器極限位移或極限速度對應的阻尼力作用下，與消能器連接的支撐、墻（支墩）應處于彈性工作狀態(tài)；消能部件與主體結(jié)構(gòu)相連的預埋件、節(jié)點板等應處于彈性工作狀態(tài)，且不應出現(xiàn)滑移或拔出等破壞。4.9

連接與構(gòu)造159編輯課件3.4.3在消能器極限位移或極限速度對應的阻尼力作用5消能器的檢測

確保結(jié)構(gòu)安全：理想與現(xiàn)實

保護設計者：

促進生產(chǎn)商提高質(zhì)量：3.2.3

消能器的抽樣和檢測應符合下列規(guī)定：

1

消能器的抽樣應由監(jiān)理單位根據(jù)設計文

件和本規(guī)程的有關規(guī)定進行。

2

消能器的檢測應由具備資質(zhì)的第三方進

行。160編輯課件5消能器的檢測 確保結(jié)構(gòu)安全：理想與現(xiàn)實68編輯課件5.6.1消能器的性能檢驗，應符合下列規(guī)定：1對黏滯消能器，抽檢數(shù)量不少于同一工程同一類型同一規(guī)格數(shù)量的20％，且不應少于2個，檢測合格率為100％，該批次產(chǎn)品可用于主體結(jié)構(gòu)。檢測合格后，消能器若無任何損傷、力學性能仍滿足正常使用要求時，可用于主體結(jié)構(gòu)。161編輯課件5.6.1消能器的性能檢驗，應符合下列規(guī)定：1對黏滯消能器，2

對黏彈性消能器，抽檢數(shù)量不少于同一工程同一類型同一規(guī)格數(shù)量的3％，當同一類型同一規(guī)格的消能器數(shù)量較少時，可在同一類型消能器中抽檢總數(shù)量的3％，但不應少于2個，檢測合格率為100％，該批次產(chǎn)品可用于主體結(jié)構(gòu)。檢測后的消能器不應用于主體結(jié)構(gòu)。162編輯課件2對黏彈性消能器，抽檢數(shù)量不少于同一工程同一類型同一規(guī)格3

對摩擦消能器、金屬消能器和復合型消能器，抽檢數(shù)量不少于同一工程同一類型同一規(guī)格數(shù)量的3％，當同一類型同一規(guī)格的消能器數(shù)量較少時，可在同一類型消能器中抽檢總數(shù)量的3％，但不應少于2個，檢測合格率為100％，該批次產(chǎn)品可用于主體結(jié)構(gòu)。檢測后的消能器不應用于主體結(jié)構(gòu)。163編輯課件3 對摩擦消能器、金屬消能器和復合型71編輯課件4

對屈曲約束支撐，抽檢數(shù)量不少于同一工程同一類型同一規(guī)格數(shù)量的3％，當同一類型同一規(guī)格的消能器數(shù)量較少時，可在同一類的屈曲約束支撐中抽檢總數(shù)量的3％，但不應少于2個，檢驗支撐的工作性能和拉壓反復荷載作用下的滯回性能，檢測