[摘要] 第 1 章 绪论1 1 引言地震是地壳快速释放能量过程中造成地面
第 1 章 绪论
1.1 引言
地震是地壳快速释放能量过程中造成地面振动，并会产生地震波的一种自然现象，因其具有突发性，不能被准确预知，所以地震往往给人类造成巨大灾害。历史上历次严重的地震灾害，已经造成大量的人员伤亡和财产损失。人类以其顽强的意志，探索地震发生的规律，总结地震发生之后的经验教训，不断提高建筑物的抗震能力，以期达到“最大程度减少人员伤亡和财产损失”的目标。然而近年来国内外发生的强烈地震表明，我们距这一目标的实现还有很大距离。我国的地理位置，处在世界两大地震带交汇处，并且受到东部、南部、东南部海洋板块的挤压，地震动非常活跃，地震表现具有强度大、频率高等特点[1]。我国国土面积在世界大陆总面积中占比为 6.4％，却承受了世界范围内 33％的大陆强震，有 41％的国土面积、50％以上的城市位于地震基本烈度 7 度或 7 度以上地区，且根据地震局等有关单位预测，今后一个时期我国仍然处于地震活动相对频繁的阶段[2]。
我国正处于城市化进程快速发展时期，城市化建设已成趋势，人口密度趋于集中。为了顺应城市化进程，各类多高层建筑、大跨空间结构大规模建设。基于2016 年最新数据显示，我国高层建筑占比正在逐年增大，在世界高层建筑总量中也占有一定比例[3]。从结构受力特性出发，地震作用是此类建筑设计与分析的重要荷载。目前，多高层建筑结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构等，其中框架结构因为空间利用率较高，自重较轻，可以较为灵活得配合建筑平面布置等优点，广泛应用于工业与民用建筑中，但由于框架结构节点应力集中明显，侧向刚度较小，在强烈地震作用下，结构水平位移过大，不利于结构的受力性能，严重的情况会导致建筑物的倒塌损毁[4]。因此，考虑通过何种方式，提高框架结构消耗地震输入能量的能力，成为保证框架结构安全的关键。
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1.2 工程抗震设计思想的发展
1.2.1 经典抗震设计思想
地震给全人类造成了巨大的灾害，人类在适应自然和改造自然过程中，不断探索抵御地震的方法。现代的抗震设计理论是从 20 世纪初建立起来的，经过近一个世纪的发展，随着人们不断深入了解建筑结构的动力特性，以及不断总结地震发生的规律，结构抗震设计理论从最初的静力理论分析和反应谱理论分析，发展到动力理论分析和目前基于性能的抗震设计理论分析[6]。
基于性能的抗震设计理论是现代抗震设计理论的追求目标，是国际范围内工程结构抗震事业的里程碑。基于性能的抗震设计，其核心思想是对地震破坏程度进行量化控制，使结构对地震的响应和损坏程度设计在预期范围内，以经济最优的方式保证地震灾害所造的人员伤亡和财产损失均在可接受的范围内。
目前，基于性能的抗震设计理论主要包括承载力设计方法、基于位移的抗震设计方法以及能量法。我国建筑抗震设计规范采用的就是基于性能的抗震设计理论中的承载力设计方法[7]。
一般认为工程结构抗震设计方法的发展经历了三个阶段，即：刚性设计、柔性设计、延性设计[8]。下面对这三种设计方法进行具体解释：
(1)刚性设计：以提高结构刚度为设计目标，一般措施为增大承重构件截面尺寸和配筋，提高混凝土强度等级，加强结构和基础的整体性设计。但这种要求会限制建筑物跨度和高度，不利于结构设计的发展。
(2)柔性设计：与结构刚性设计目标不同，柔性设计的目标是减小结构的刚度，使结构所承受的地震作用变小。但是在强烈地震作用下，结构可能发生变形超限。因结构刚度太低，在常荷载以及小震作用下，结构可能发生易察觉的变形，不利于结构的舒适性和安全性。
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第 2 章 黏滞阻尼器的力学模型及设计参数
2.1 黏滞阻尼器减震机理
2.1.1 能量法原理
通过在原结构设置黏滞阻尼器，形成阻尼器复合结构，地震荷载作用下阻尼器通过滞回耗能的形式消耗大量的地震能量，迅速衰减原结构地震反应使其免于损坏。关于黏滞阻尼器的减震原理，可以从能量法角度进行描述，地震作用下原结构能量方程为：
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2.2 黏滞阻尼器的分类
黏滞阻尼器是一种速度相关型阻尼器，且多数学者认为设置黏滞阻尼器不会为原结构提供附加刚度。根据黏滞阻尼器构造原理的不同，可将黏滞阻尼器分为缸式黏滞流体阻尼器、黏滞阻尼墙和筒式黏滞流体阻尼器[10]。本文采用缸式黏滞流体阻尼器进行分析研究。
2.2.1 缸式黏滞流体阻尼器
缸式黏滞流体阻尼器由缸体、导杆、活塞、以及黏滞流体材料组成，根据活塞构造形式的不同可以分为孔隙式、间隙式和混合式黏滞阻尼器，孔隙式和间隙式的结构构造形式如下图 2.1、2.2 所示。根据导杆的不同可以分为单出杆黏滞阻尼器和双出杆黏滞阻尼器，其内部构造形式如图 2.3、2.4 所示。
(1)孔隙式黏滞流体阻尼器是封闭活塞和缸体内壁之间的间隙，并在活塞上设计一定数量的阻尼孔，活塞在缸体内运动时，液压差使得黏滞流体材料通过阻尼孔，产生黏滞阻力，达到阻尼器设计目的。
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第 3 章 设置黏滞阻尼器结构的地震反应…………………………23
3.1 振型分解反应谱法…………………23
3.1.1 单质点体系减震结构反应谱理论分析…………………23
3.1.2 多质点体系减震结构反应谱理论分析……………………25
第 4 章 设置黏滞阻尼器结构数值模拟分析……………………………35
4.1 工程概况…………………………35
4.2 模型参数设置………………35
第 5 章 结论与展望……………………………67
5.1 主要工作及结论……………………………67
5.2 展望……………………67
第 4 章 设置黏滞阻尼器结构数值模拟分析
4.1 工程概述
本文以某八度区一栋 8 层办公楼为算例对象，建筑物为钢筋混凝土框架结构，采用轻质填充墙体。建筑物东西方向长度 45.5 m ，南北向长度为 16.8 m ，建筑总面积为 6879.62m 。结构层高 3.5 m ，建筑物总高度 28 m 。梁板混凝土强度等级为C30，柱混凝土强度等级为 C40。梁柱钢筋采用 HRB400 型钢筋。梁截面尺寸为250×500 mm ，柱截面尺寸为 600×600 mm ，楼板厚度为 120 mm 。
楼面荷载分布情况如下：楼面恒、活载均取值 22/ mk N ，边梁上填充墙荷载取值2/10 mk N ，中梁上填充墙荷载取值 82/ mk N 。
本工程所在地区为抗震设防烈度八度区，设计基本地震加速度为 0.2 g ，设计地震分组为第二组，结构场地类别为Ⅱ类，特征周期为 0.4 s ，抗震设防类别为标准设防类。
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第 5 章 结论与展望
5.1 主要工作及结论
本文阐述了消能减震设计的概念，从能量角度解释了消能减震的基本原理。该抗震设计方法通过附加黏滞阻尼器，与原结构组成新系统，通过阻尼器弹塑性变形消耗大量地震能量，大幅衰减原结构输入的能量，从而有效控制结构的弹塑性变形程度和损伤程度，保证结构的安全。本文对常见的黏滞阻尼器进行了分类，并详细描述了不同类型阻尼器的构造特点。阐述了黏滞阻尼器适用于软件分析的力学模型，以及设计参数对阻尼器性能的影响。
详细推导了黏滞阻尼器适用于线弹性变形状态的振型分解反应谱法和适用于弹塑性变形状态的时程分析法，并以一栋 8 层钢筋混凝土框架结构为工程实例，以最大层间位移角、最大层间剪力、楼层最大位移等指标对比分析有无黏滞阻尼器的结构的抗震性能。推导了黏滞阻尼器附加等效阻尼比计算方法，并采用等效阻尼比对减震结构进行减震性能评价，提出了一种基于减震目标的消能减震结构设计方法，用可以量化的减震指标来指导消能减震结构设计。通过理论推导与算例验证，本文可得出如下结论：
(1)建立单质点体系和多质点体系阻尼器减震结构的运动方程，采用振型分解反应谱法进行弹性状态下的动力学分析；同时对减震结构进行弹塑性状态下的时程分析，采用线性分析和快速非线性分析方法研究减震结构的动力响应。
(2)分别采用 YJK和SAP2000软件建立模型，导出模型总质量和结构基本周期，并计算两模型的楼层剪力和层间位移角，对比发现各项数据误差控制在百分之五左右，因此可以认为两种软件所建模型等效，可以采用 SAP2000 进行消能减震结构的动力分析。
(3)合理选取地震波对无控结构和控制结构进行多遇地震作用下的动力时程分析，提取相关地震数据并进行对比，结果显示：框架结构最大层间位移角一般发生在下部楼层，消能减震结构关于层间位移角的减震效率最高可达 55.64％，平均减震效率均高于 20％，且 X 向减震效率一般高于 Y 向；层间剪力减震效率较为明显，除个别数据均大于 20％，基底剪力减震效率均超过 25％，且 X 向减震效率一般高于 Y 向；楼层最大水平位移，呈现出明显的剪切型变化，控制结构的减震效率均大于 20％，最高为 45.23％，且 X 向减震效率一般高于 Y 向；控制结构的楼层最大速度减震效率，X 向一般高于 Y 向 ，且 X 方向减震效率均超过了 20％，Y 向除个别数据均大于 20％。
参考文献（略）
