经过对近年来多次破坏性地震震害的...

Structural seismic response, Coupling beam
IV
第一章 概述
第一章 概述
1.1 引言
地震是一种罕遇、强烈而且难以预报的严重自然灾害，除了造成房屋倒塌和 人员伤亡外，还会破坏供水供电和交通通讯等生命线工程并可能带来火灾和诱发 滑坡、泥石流等次生灾害。我国地处环太平洋地震构造系和位于北纬 20°~50° 之间的大陆地震构造系的交汇处，是地震灾害频发的国家，唐山地震、汶川地震 和台湾集集地震都给社会带来了巨大的人员伤亡和经济损失。惨重的地震灾害为 考察、防护地震灾害提供了必要的依据。一直以来，各国研究人员致力于结构抗 震性能研究，不断总结震害经验，对结构进行分析模拟和抗震试验研究，希望将 地震影响降低到最小。郭迅研究员指出[1]，地震作用下结构的倒塌与否是由地震 本身作用（包括地震强烈程度、结构动力特性）和结构抗震能力（包括建筑材料、 平立面布置、结构整体性、多道防御体系、施工质量、结构延性耗能等）综合作 用决定的(图 1-1)。震害调查表明，合理的结构抗震设计能有效改善结构的抗震 能力，防止结构的倒塌，保证人员的生命安全(图 1-2)。
中国地震局工程力学研究所硕士学位论文
图 1-2 在汶川地震中：都江堰聚源中学，教学楼除楼梯间外都倒了，经抗震设计有构造 措施的试验大楼坏而不倒[1]
通过在结构上附加特殊装置进而灵活主动地改变结构动力特性的结构振动 控制，具有改善结构抗震安全的巨大潜力。在各国地震工程科学家的不懈努力下， 以结构振动控制技术为核心的结构抗震设计理论和方法被国内外学术界和工程界 日益重视起来。
III
中国地震局工程力学研究所硕士学位论文
4. Elastic-plastic finite element analysis is done using the finite element software ETABS and ABAQUS, to study the seismic behaviors in the condition of Chinese Code’‘s Three Levels’of fortification intensity( intensity 7) and intensity 8. Base on that, adjust the dampers’ types, number and their locations, until the intensity and deformation satisfy the Chinese Codes requirements. Thus, the target of improving the seismic performance of one intensity more than fortification intensity when keeping the seismic design basing on the seismic precautionary intensity is achieved by adding proper dampers. Keywords: Earthquake safe community, Energy dissipation, Mild steel damper,
针对大连市某新建小区房屋结构特点，在结构抗震概念指导下，将钢滞变阻 尼器应用于高层剪力墙结构的连梁上，经过优化布设，并利用 ETABS 和 ABAQUS 软件进行结构非线性时程分析，以满足高于原设防烈度的抗震要求，取得如下主 要成果。
1. 定义了地震安全社区建设工作的内涵，分析论证了其实现的技术途径。对 于当前最常见的高层剪力墙结构，采用在结构地震变形最显著的上半高度层位的 连梁布设钢滞变阻尼器，可以在仅增加少许投资、不改变满足原设防烈度要求的 施工图的前提下，实现提高一度设防的目标。
经过近百年的发展，人们认识到，结构抗震主要有两种途径，其一是使结构 具有足够的抗力，其二是隔震和耗能减震。隔震和耗能减震也称为振动控制。
地震作用
抗震能力
地
结
震
构
强
动
烈
力
程
特
度
性
建
平
结
多
施
结
筑
立
构
道
工
构
材
面
整
防
质延Biblioteka 料布体御
量
性
置
性
体
耗
系
能
图 1-1 结构的安全性是以上所有因素综合的结果[1]
1.2 结构振动控制简介
结构振动控制（Structural Control）的定义：利用特殊装置对结构体系施加控 制力或改变其动力特性，对外部激励下的动力反应加以抑制，使结构在规定的范 围内工作，满足结构抗震安全性和正常使用要求。结构地震反应控制最早可追溯 到十九世纪末，最初人们在结构基底设置某种隔震装置以阻隔地震动向上传递。 上世纪 50 年代，日本学者 Kobori 提出结构变刚度概念。60 年代，我国学者李立 在沙层或橡胶基础隔震方面做出了卓越的贡献。60 年代末，美国学者 Kelly 对叠 层橡胶支座隔震的研究，掀起了基础隔震的高潮。70 年代初，Kelly 又率先研究 结构设置金属耗能元件。1972 年，美籍华裔学者 Yao 系统提出了结构振动控制的 现代控制方法，标志结构振动控制进入结构主动控制阶段。从 90 年代开始，世界 范围内兴起了结构控制的智能控制（图 1-3）的研究，越来越多的智能驱动材料 出现并被应用于工程中。随着结构控制技术广泛的研究和应用，目前已成为了工 程结构领域的重要前沿。
2. 设计并实施了钢滞变阻尼器的拟静力试验，得到了阻尼器的完整的力学参 数，建立了阻尼器简化数学模型。
3. 根据大连市某项目的实际情况，考虑了高层剪力墙结构的地震反应特征， 提出了阻尼器优化布置方案。根据各单体结构的连梁尺寸和设防烈度（7 度）中 震时连梁处的剪力，形成了阻尼器平面布置方案，完成了阻尼器安装节点详图设 计。
摘要
摘要
经过对近年来多次破坏性地震震害的思考，人们普遍意识到房屋倒塌是造成 人员伤亡的最重要原因。2008 年汶川地震后国内有提出“建设地震安全社区”的 想法，其朴素的目标为“建震不倒的房子”。实现地震安全社区目标的技术途径 有多种，比如按照传统方法，大幅提高设防烈度后提高结构构件的配置以满足新 的设防要求；或者采用隔震、耗能减震等方法，结构自身要求不降低，但综合抗 震能力显著提高。
Main efforts have been done as follows: 1. The meaning of ‘Earthquake Safe Community’ is stated, then the solutions to realize that are pointed out and analyzed. For the common high-rise type, shear-wall structures, adding soft-steel dampers in the coupling beams properly of upper half parts, which the story-drifts are much larger, can achieve the targets to improve the fortification intensity to 8 in the condition of increasing the money invested a little bit more and do not change the original construction drawing. 2. A Pseudo-static test of mild-steel dampers is planed and finished in the structural laboratory of IEM in Beijing. The data and mechanical parameters, acquired in the test, do preparation to the attribution plan of dampers. 3. Based on the buildings of a Dalian project, the mechanical features of the high-rise and their responds under earthquakes, the attribution plan of dampers is finished. In addition, in accordance with the size of the coupling beams in sheer-wall structures and shear-forces in the condition of moderate earthquake of intensity 7, the joints between structures and dampers are presented in detail.
关键词：地震安全社区；耗能减震；钢滞变阻尼器；连梁；地震反应分析
I
ABSTRACT
ABSTRACT
Shocked by miserable images from several large destructive earthquakes during the past decade, most people realized that the collapse of buildings plays the most important role for the death toll. After the Wenchuan Earthquake in 2008, the idea of ‘Constructing the Earthquake Safe Community’ was pointed out in China. It can be stated in structural seismic design words that a newly constructed community, the buildings in which will not collapse under severe earthquake in stronger fortification intensity condition, is named of ‘Earthquake Safe Community’. There are several technological methods to realize that, such as design buildings in stronger fortification intensity condition, and adopting base-isolation, energy dissipation method thus the seismic capacity could be improved strikingly. In this thesis, considering of the feature of the buildings in a newly constructed community in Dalian, and basing on the concept of structural seismic design, we add a pattern of mild steel dampers in coupling beams in high-rise sheer-wall buildings. Optimized design, and nonlinear earthquake-response time-history analysis with the help of the software, ETABS and ABAQUS, is done to guarantee to achieve the former anti-seismic safety targets.
传统的观点认为，要想提高结构的安全性，可以增加截面尺寸和配筋，使结 构具有更高的承载力和延性。但是这样一来，结构的有效使用面积减少，结构自 重加大进而提高结构承载能力的要求。利用传统建筑材料建造的结构，其动力性 能（如刚度、阻尼）的改变很受限制，抗震安全性的提高伴随着造价增加，同时 影响使用功能。
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4. 应用弹塑性有限元软件 ETABS 和 ABAQUS，对无阻尼器和有阻尼器的结 构分别进行建模，对结构进行设防烈度以及提高一度对应的三个水准的弹塑性分 析，调整阻尼器型号、数量及位置，直至完成规范规定的强度和变形要求，从而 实现：维持设防烈度结构设计不变，仅增加适量的钢滞变阻尼器就使结构抗震能 力提高一度。