房屋建筑消能减震技术-钱稼茹
钢筋混凝土剪力墙基于位移的变形能力设计方法_钱稼茹
1) 矩形截面以及翼缘 、端柱处于受拉区的 T 形截面。 a= d fy - d ′ f′ p /( bw h w ) y+ d w f yw + . 0. 8f c + 2 d w f yw ( 7)
2) 工字形截面以及翼缘、 端柱位于受压区的 T 形截面。 当 x n≥ h f 时 , a = 当 x n < h f 时 , d fy - d ′ f′ p / (bw h w ) - f c hf (bf - bw ) /(bw hw ) y+ d w f yw + ; 0. 8f c + 2 d w f yw ( 8a)
钱稼茹 , 等 : 钢筋混凝 土剪力墙基于位移的变形能力设计方法
307
a=
d fy - d ′ f′ p /( bw h w ) y+ d w f yw + . 0. 8f c + 2 d f w yw
表 1 试验值 /计算值的统计结果 最大 值 θ θ y , ex p / y , pred θ θ u, ex p / u, pred 1. 99 1. 84 最小值 0. 41 0. 33 平均值 1. 09 1. 00
DOI : 10. 16511 /j . cnki . qhdxxb. 2007. 03. 001
ISSN 10000054 清华大学学报 (自然科学版 ) 2007 年 第 47卷 第 3期 CN 11-2223 /N J Tsingh ua U niv ( Sci & Tech ) , 2007, V ol. 47, N o. 3 1 /36 305-308
图 2为剪力墙屈服位移角的试验值 θ y,exp和式 ( 4)计算值 θ y, pred之比与轴压比的关系 , 可以看出 , 弯
装配整体式连梁抗震性能试验研究_钱稼茹
第47卷第9期2014年9月土木工程学报CHINA CIVIL ENGINEEＲING JOUＲNALVol．47Sep．No．92014基金项目：北京市科技计划（Z101106022310003）作者简介：钱稼茹，教授收稿日期：2013-07-29装配整体式连梁抗震性能试验研究钱稼茹1，2胡妤1，2赵作周1，2冯善文1，2张芸3刘国权3潘振华3李建树3（1．清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室，北京100084；2．清华大学土木工程系，北京100084；3．北京万科企业有限公司，北京100125）摘要：装配整体式连梁由预制窗下墙、现浇带和预制窗上墙组成。
为研究装配整体式连梁的抗震性能，完成9个5种跨高比连梁试件的拟静力试验，其中4个试件的窗下墙与现浇带之间采用钢筋套筒灌浆连接，4个试件的窗下墙与现浇带之间没有钢筋连接，1个试件由现浇带和窗上墙组成。
试验结果表明：连梁以弯曲破坏为主，连梁与墙肢交界面开裂，两端或角部混凝土压碎，受弯裂缝与斜裂缝布满连梁；窗下墙与现浇带之间没有钢筋连接的试件，窗下墙与现浇带分开（除两端外），形成2根连梁；连梁端弯矩-转角滞回曲线有一定程度的捏拢；连梁的极限位移角（正反向加载的平均值）为1/24 1/60，具有很好的弹塑性变形能力，跨高比为1．5的连梁试件的极限位移角小于同一类型跨高比为2．0及2．4的连梁试件；可按整体连梁采用规范公式计算装配整体式连梁的受弯承载力；窗下墙与现浇带之间是否采用钢筋套筒灌浆连接，对连梁的承载力及滞回性能影响不大。
关键词：装配整体式连梁；套筒灌浆连接；抗震性能；拟静力试验中图分类号：TU375TU352．1+1文献标识码：A文章编号：1000-131X （2014）09-0009-12Experimental study on seismic behavior of assembled monolithic coupling beamsQian Jiaru 1，2Hu Yu 1，2Zhao Zuozhou 1，2Feng Shanwen 1，2Zhang Yun 3Liu Guoquan 3Pan Zhenhua 3Li Jianshu 3（1．Key Laboratory of Civil Engineering Safety and Durability of the Ministry of Education ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ；2．Department of Civil Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ；3．Beijing Wanke Co．，Ltd．，Beijing 100125，China ）Abstract ：The assembled monolithic coupling beam is composed of a precast upper wall segment ，a cast-in-place segment and a precast lower wall segment．To study the seismic behavior of assembled monolithic coupling beams ，quasi-static tests on 9coupling beam specimens with 5different span-to-height ratios were carried out．Among the beam specimens ，four specimens employed reinforced connecting sleeves with grout to splice the precast lower wall segment and the cast-in-place segment ，four specimens had no splice of reinforcements between the precast lower wall segment and the cast-in-place segment ，and one specimen was composed of the precast upper wall segment and the cast-in-place segment．The test results indicated that the coupling beams failed in the bending mode ，the interface between the coupling beam and the wall cracked ，and the concrete at two ends or corners of the coupling beam crushed with flexural cracks and diagonal cracks distributed all over the coupling beam surface．For those specimens without splicing between the precast lower wall segment and the cast-in-place segment ，the precast lower wall segment separated from the cast-in-place segment ，leading to two individual coupling beams．The hysteretic curves of moment-rotation hysteretic loops exhibited the pinching effect to a certain degree．The ultimate rotations （average values of positive and negative loads ）varied within 1/24 1/60，exhibiting a good elastic-plastic deformation capability．The ultimate rotations of coupling beams with a span-to-height ratio of 1．5were smaller than those of the same type of coupling beams with the span-to-height ratio as 2．0or 2．4．In addition ，the flexural capacity of assembled monolithic coupling beams can be calculated according to the current standard formulas for monolithic coupling beams ，and moreover ，whether splicing the precast lower wall segment and the cast-in-place segment or not had no significant impact on the bearing capacity and hysteretic behavior of coupling beams．Keywords ：assembled monolithic coupling beam ；grout sleeve splicing ；seismic behavior ；quasi-static test E-mail ：qianjr@tsinghua．edu．cn·10·土木工程学报2014年引言装配整体式剪力墙结构是适合我国国情的高层住宅建筑的结构体系之一。
土木工程中的消能减震结构设计研究
土木工程中的消能减震结构设计研究在土木工程领域，保障建筑物在地震等自然灾害中的安全性至关重要。
消能减震结构设计作为一种有效的抗震手段，近年来受到了广泛的关注和研究。
本文将对土木工程中的消能减震结构设计进行深入探讨。
一、消能减震结构的基本原理消能减震结构的核心原理是通过在结构中设置专门的消能部件，如阻尼器，来消耗地震输入结构的能量，从而减轻主体结构的地震响应。
当建筑物受到地震作用时，消能部件能够产生较大的阻尼力，迅速将地震能量转化为热能等其他形式的能量耗散掉，降低结构的振动幅度和变形，保护主体结构的完整性和稳定性。
常见的消能器包括粘滞阻尼器、金属阻尼器、摩擦阻尼器等。
粘滞阻尼器利用液体的粘性阻力来消耗能量；金属阻尼器则依靠金属材料的塑性变形来实现耗能；摩擦阻尼器通过接触面的摩擦力来消耗能量。
二、消能减震结构设计的关键要素1、消能器的选型与布置消能器的类型和性能应根据建筑物的结构特点、地震烈度、使用功能等因素进行选择。
在布置消能器时，需要考虑结构的受力特点和变形模式，使消能器能够在地震作用下充分发挥作用。
一般来说，消能器应布置在结构的变形较大、受力复杂的部位，如框架结构的梁柱节点、剪力墙结构的连梁等。
2、结构分析与计算进行消能减震结构设计时，需要采用合适的分析方法和计算软件，准确模拟消能器的力学性能和结构的地震响应。
常用的分析方法包括时程分析法、振型分解反应谱法等。
时程分析法能够较为真实地反映结构在地震作用下的动态响应，但计算量较大；振型分解反应谱法则相对简单，但对于复杂结构和消能器的模拟可能不够精确。
3、连接构造设计消能器与主体结构之间的连接构造至关重要，它直接影响消能器的工作性能和结构的安全性。
连接构造应具有足够的强度、刚度和耐久性，能够可靠地传递消能器产生的力和变形。
同时，还应考虑连接构造的施工可行性和维护便利性。
三、消能减震结构设计的流程1、确定设计目标根据建筑物的重要性、使用功能和所处地区的地震危险性，确定消能减震结构的设计目标，如降低结构的地震响应、保证人员生命安全、减少经济损失等。
建筑结构基于位移的抗震设计-钱稼茹
建筑结构基于位移的抗震设计*钱稼茹 罗文斌(清华大学土木工程系 北京100084)[提要] 简要介绍了国外建筑规范、标准采用基于位移抗震设计的现状,介绍了三种分别考虑延性系数、能力谱和位移的基于位移的抗震设计方法,讨论了需要研究解决的若干问题。
[关键词] 基于位移的抗震设计 按延性系数设计 能力谱法 直接基于位移法Curre nt status of a do pting displac ement based seismic design in fo reign building design codes a nd standards is brie fly intro duc ed.Thre e me thods of displac ement ba se d seismic de sign a re presente d which separately co nside r the duc tility fac tor,capac ity spec trum and displace ment.Some issues which nee d to be studied a re disc ussed.K eyword s :displace me nt ba se d seismic design;ductili ty factor based de sign;ca paci ty spectrum me thod;di rect displace me nt based de sign;pushove r a na ly sis*国家自然科学基金资助重大项目(批准号:59895410)。
建筑结构的抗震要求是具有足够的刚度和承载力以抵御小震,具有足够的变形和耗能能力以抵御大震。
震害、实验和理论分析都表明,变形能力不足和耗能能力不足是结构在大震作用下倒塌的主要原因[1]。
结构构件在地震作用下的破坏程度与结构的位移响应和构件的变形能力有关,用位移控制结构在大震作用下的行为(performance)更为合理。
竖向钢筋套筒浆锚连接的预制剪力墙抗震性能试验_钱稼茹
第 41 卷 第 2 期 2011 年 2 月
建 筑 结 构 Building Structure
Vol. 41 No. 2 Feb. 2011
竖向钢筋套筒浆锚连接的预制剪力墙抗震性能试验
（ 1 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室， 北京 100084 ； 2 北京万科企业有限公司， 北京 100125 ； 3 北京市城建技术开发中心， 北京 100055 ）
*
1 1 2 2 2 2 3 3 钱稼茹 ， 彭媛媛 ， 张景明 ， 秦 珩 ， 李建树 ， 刘国权 ， 赵丰东 ， 李禄荣
Tests on seismic behavior of precast shear walls with vertical reinforcements spliced by grout sleeves Qian Jiaru 1 ，Peng Yuanyuan 1 ，Zhang Jingming 2 ，Qin Heng 2 ， Li Jianshu 2 ，Liu Guoquan 2 ，Zhao Fengdong 3 ，Li Lurong 3
（ 1 Key Laboratory of Civil Engineering Safety and Durability of China Education Ministry ，Tsinghua University ， Beijing 100084 ，China ； 2 Beijing Wanke Co. ，Ltd. ，Beijing 100125 ，China ； 3 Center of Construction Science ＆ Technology ，Beijing Municipal Commission of Housing and Urban-Rural Development ，Beijing 100055 ，China ） Abstract ： To study seismic behavior of pre-cast reinforced concrete （ RC ） shear walls with vertical reinforcements spliced by grout sleeves ，quasi-static tests of 5 shear wall specimens with shear span ratio of 2. 25 were performed. Among them ， one is cast-in-site RC wall specimen ，two are full pre-cast wall specimens ，other two are specimens of two pre-cast walls connected with a cast-in-site RC stripe. The vertical reinforcements of the pre-cast wall specimens are spliced by grout sleeves. The test results indicate that the stresses of the vertical reinforcements can be transferred effectively by grout sleeves. The failure mode of the pre-cast wall specimens is the same as that of the cast-in-site wall specimen ，i. e. ，tensile yield of reinforcements and compressive failure of concrete. The stiffness and the energy dissipation capacity of the pre-cast wall specimens are similar with those of the cast-in-site wall specimen. The ultimate drift ratios of the pre-cast wall specimens are 1 /59 ～ 1 /48. The current code formulas are suitable for calculating the compressive strength of the pre-cast shear walls. The cast-in-site stripe connects the pre-cast walls to be an unit ，the integrity behavior of the rough interface of the side face of the pre-cast wall is better than that of the shear keys. Keywords ： pre-cast shear wall ； grout sleeve splicing ； shear key ； rough interface ； seismic behavior ； quasi-static test
轻钢构架钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验_钱稼茹
（ 1 Key Laboratory of Civil Engineering Safety and Durability of China Education Ministry ，Tsinghua University ，Beijing 100084 ，China ； 2 Architectural Design and Research Institute of Tsinghua University ，Beijing 100084 ，China ） Abstract ： To study seismic behavior of lightweight-steel framework steel reinforced concrete （ SRC ） shear walls ，quasistatic tests of 8 specimens with shear span ratio of 2. 25 were carried out. The test results indicate that the specimens fail in compression-bending mode. Damage of concrete at the bottom of the wall is much serious for the specimens with high axial load ratio than the specimens with low axial load ratio. The top lateral load-displacement hysteretic loops are plump ，and the peak lateral load keep stable with a large lateral displacement increment. The ultimate drift ratios of the specimens are larger than 1 /100 ，and the deformation capacity of the specimens decreases with increasing of the axial load ratio. The walls with high axial load ratio have great deformation capacity when the boundary elements of the wall have a large value of stirrup characteristic ratio. The flexural strength of the lightweight-steel framework SRC shear walls can be calculated by the flexural strength formula of the RC shear walls ，and the C type lightweight-steel and the vertical distributed reinforcements can be taken into account. Keywords ： lightweight-steel framework ； SRC shear wall ； seismic behavior ； axial load ratio ； quasi-static test
框架结构消能减震方法研究
• 本试验将十字型消能器安装在消能支撑框架EDBF11和EDBF21中,圆板型消能器安装在消能支撑框架EDBF12 和EDBF22中。通过扭力扳手建立高强螺栓的预拉力,可人为地控制摩擦的大小,本试验所采用的消能器的屈 服滑移荷载为40kN。消能器制作完成后,通过作为支撑杆件的双角钢与钢筋砼框架角点处的预埋件相焊接。
Pcr /kN
cr /mm
Py /kN
Dy /mm
Pm /kN u /mm
MF
17.5
2.0
59
10.2
63.1
45
4.42
BF1-1
135.0
4.2
168
5.0
168.0
29
5.80
第1批
EDBF1-1
60.0
5.0
93
6.5
109.0
41
6.30
EDBF1-2
60.0
6.0
82
8.0
136.0
61
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图11 试验模型的等效阻尼系数曲线
• 图11为试验模型的等效阻尼系数变化曲线。从图11 中可以看出,2榀消能支撑框架的阻尼系数明显高于 普通框架和普通支撑框架,表明它们的消能能力远大 于后者。
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6 消能支撑钢筋砼框架结构的理论分析
• 6.1 非线性有限元分析
• 框架梁柱单元刚度的集成按实际刚度法进行,在计算截 面弯矩-曲率(M- )关系时,采用平截面假定。受拉区砼
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图13
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• 下面介绍的是一种新型消能减震框架,并综合利用不同的消能原理设计了2种新型消能器,进行了4榀消能减 震框架和3榀普通框架的低周反复荷载试验,对比研究了各类框架结构的破坏机理和滞回特性[8]。
建筑结构设计隔震和消能减震措施分析
于我们基于问题的本质 ， 尽可能的避免建筑受到破坏 。
等多种形式 ， 隔震装置有混合隔震装置、 基底滑移隔震装置以及夹层
１ 建 筑结构 中减 震措 施 橡胶垫隔震装置等。 减震措施的原理是依据建筑物之外的部件来加大建筑物的阻 ３ 建筑 物走 向设计 抗震 问题 地震是地壳 的运动造成的， 和地质结构存在着紧密的联系。房屋 尼， 从而尽可能的消耗地震传递给建筑物结构的能量 ， 防止由于地震
使建筑物遭受破坏。 一般的， 消能部件的布置必须通过研究确定 。 设置 在结构变形较大部位， 能够有效的发挥消耗地震能量的效能； 设置在 结构的两个主轴方 向， 能够让两方向都存在刚度与附加阻尼。 减震措施既能够应用在新建结构的减震设计 ，从而对建筑物的
例塌与震 向的关系非常密切。 一般的 ， 震向就是地震出现之后， 引起房 屋震动的方向。 所以， 在建筑物选址的过程当中， 必须全面分析当地地 质条件 ， 研究当地地震的震 向， 让地震震向和建筑物的走 向垂直 ， 尽可 能的防止两个走向平行。 根据前些年 出现的玉树地震与四川汶川地震 和地震震 向平行的建筑物的倒塌率相对较高 ， 然而 ， 基础部分实施特定处理以外 ，还能够应用在现结构的抗震加 同当中， 的实际隋况而言 ， 和地震震向平行 在对建筑物的基础或者地基进行隔震设计时， 必须得在建筑物动工之 和地震震向垂直的建筑物很难倒塌。分析结果显示 ， 前依据相关隔震设计的措施 ， 有序 、 合理的完成工作 ； 也能够依据消能 的建筑物， 在地震出现时 ， 会随地震波运动的幅度更大。 减震元件和装置有效的降低地震对建筑物的影响 ， 进而达到保护人们 ４ 无粘结 支撑体 系减 震 问题 无粘结支撑体系是最为机敏建筑物结构减震体系之一 ，在外包 的生命和财产安全的目的。除此之外 ， 在建筑物的施＿ 丁过程当中也可 或在钢管混凝土或者外包钢筋混凝土 以， 在建筑物的核心部位设置特定的隔震装置。 但当建筑物建成之后 ， 钢管与内核钢支撑之间不粘结 ， 在支撑两端适当部位露 冉进行抗震加同处理 ， 就必须借助于加大阻尼的方法 ， 也就是在建筑 与内核钢支撑之间涂无粘结漆形成滑移界面。 物的结构上再次加装消能减震装置。 消能减振技术的目的就是利用特 出内核钢支撑 ， 并在支撑中段设置外包层 ， 再用框架结构和高强度螺 殊设置的元件以及机构把地震动的能量进行吸收耗散 ， 从而保护主体 栓连接， 从而有效的保证拉力与压力均仅仅利用 内核钢支撑承受。滑 能够保证外包层与 结构的安全。当消能减震结构的抗震性能显著增强时， 主体结构的抗 移界面的几何尺寸与材料必须精心施工 以及设计 ， 除此之外， 约束内核钢支撑的横 向变形 ， 合理的 震构造要求能够小幅度降低。 降低程度能够参照不设置消能减震装置 内核钢之间相对滑动 ， 结构的地震影响系数和消能减震结构地震影响系数之 比确定， 且最大 避免了内核钢支撑在压力影响下造成局部屈曲与整体屈曲。 在地震发 降低 程度 必须 控制 在 １ 度 以 内。 生时， 借助于内外钢之间的配合作用而消耗地震能量 。 然而 ， 上述这种 ２ 建 筑结构 的主 要隔 震措 施 设计的缺Ｊ 在于在有关部件的汁算以及设计方面要求十分严格 。 在整 个体系当中， 建筑物的重量一般南内钢来承担 ， 外钢通常起到辅助与 ２ ． １ 悬挂隔震措施。悬挂隔震是把结构的大部分或者全部质量悬挂 起来 ， 以至于地面运动传递不到主体质量 ， ｍ现不了惯性力 ， 进而起到 配合效能， 还能够有效的避免内钢弯曲变形。 隔震效果。上述这种隔震方式通常应用在大型钢结构， 借助于钢结构 ５ 跷动 振动 控制减 震设 计 悬挂体系， 从而达到隔震的 目的。 一般的， 大型钢结构分为子结构与主 跷动减震设计一般有以下两种方法： 其一是结构中支撑 、 竖向连 框架： 子结构借助于吊杆或者索悬挂， 分布着大部分质量， 此体系能 续墙 以及地震力较大的柱等部分构件和下部基础不够紧固； 其二是整 后一种方法通常应用在强烈 够有效地隔离子结构以及主框架 ， 降低地震影响的传递 ， 控制结构的 个下部基础和上部结构在竖向不够紧固。 地震情况下 ， 高宽较大的建筑物容易造成较大竖向拔力。 地震反应； 主框架和一般框架结构相同。 总之 ，建筑结构设计隔震和消能减震措施分析极大的使得系统 ２ ． ２ 建筑物地基采用特殊材料隔震。建筑物基础隔震通常是对建筑 物的基础部分进行一系列特定的处理 ， 降低地震 时的地震波， 以至于 养护的成本减少， 系统的灵活性和智￣４ － Ｏｇ平提升 ， 系统维护程序便 缩小地震对建筑物的破坏。 传统的方法是在建筑物的基础部分直接设 捷 ， 系统的工作效率提高。 与此同时， 随着隔震和消能减震措施发挥的 置砂子或粘土垫层 ， 或者交替铺上砂子与粘土。 与此同时， 一部分相关 作用扮演了越来越重要的角色 ，可以预见的是其应用也将越来越广
不规则消能减震结构的地震反应分析
不规则消能减震结构的地震反应分析干洪;钱锡梅;周强【摘要】本文运用有限元软件SAP2000,对不规则高层RC框架结构进行地震反应分析,分别计算原结构和布置粘弹性阻尼器的消能减震结构的自振周期、总位移、层间位移等,并进行对比分析。
计算表明,消能减震结构在地震作用下总位移明显小于原结构的总位移,总位移降幅在50%-60%,层间剪力降幅在20%左右,从而达到明显的消能减震效果。
【期刊名称】《安徽建筑大学学报：自然科学版》【年(卷),期】2018(026)001【总页数】5页(P7-10)【关键词】不规则高层RC框架结构;粘弹性阻尼器;消能减震;地震反应分析【作者】干洪;钱锡梅;周强【作者单位】[1]安徽建筑大学土木工程学院,安徽合肥230601;[2]安徽工程大学建筑工程学院,安徽芜湖241000;;[1]安徽建筑大学土木工程学院,安徽合肥230601;;[1]安徽建筑大学土木工程学院,安徽合肥230601;【正文语种】中文【中图分类】TU325.10 引言随着科学技术不断的发展进步，人们的审美观也不断变化着，传统简单而规则的矩形结构缺乏创新点，不能满足人们审美观念。
为了使建筑物看起来更加新颖，大量不规则结构建筑随之出现在我们的视野中。
但是，不规则结构在建筑功能要求和抗震设计上都给设计者们带来了一些挑战，比如：结构产生较大的扭转变形；结构局部位置产生应力集中等问题[1]。
如何克服不规则结构在抗震中的不利影响，设计出外观比较新颖，而且能够满足抗震要求的结构，就需要我们通过大量的工程实际案例对不规则结构抗震进行分析研究，从而建立起一套完整的不规则抗震理论体系，利用这些理论体系来设计出更加完美的结构。
消能减震结构是在原结构的非承重结构中安装消能减震装置，通过装置的等效阻尼和等效刚度消耗地震输入的能量，减小主体结构的地震反应，从而达到减震效果[2]。
因此消能减震结构不管在抗震性能上，还是在经济上都占有较大的优势，因此在很多工程中得到广泛的应用，特别是在既有建筑的加固上应用较多。
在用市政桥梁基于位移的抗震安全评估
第23卷增刊I V ol. 23 Sup. I 工 程 力 学 2006年 6 月 June 2006 ENGINEERING MECHANICS194—————————————————收稿日期：2005-11-20；修改日期：2005-12-27作者简介：*钱稼茹(1946)，男，江苏无锡人，教授，从事结构抗震研究(E-mail: qianjr@)； 康 钊(1981)，女，湖北襄樊人，硕士，从事建筑结构设计； 赵作周(1967)，男，甘肃天水人，副教授，博士，从事结构抗震研究； 罗 琳(1942)，女，北京市人，教授级高工，设计大师，从事市政工程设计； 刘庆任(1965)，男，北京市人，高工，从事市政工程设计； 张宏远(1966)，男，辽宁沈阳人，高工，博士，从事市政工程设计。
文章编号：1000-4750(2006)Sup.I-0194-09在用市政桥梁基于位移的抗震安全评估*钱稼茹1，康 钊1，赵作周1，罗 琳2，刘庆任2，张宏远2(1. 清华大学结构工程与振动教育部重点实验室 土木工程系，北京 100084；2. 北京市市政设计研究总院，北京 100035)摘 要：介绍了在用市政桥梁结构基于位移的抗震安全评估的步骤和方法。
依据国内外普遍接受的结构抗震设计理念，以墩柱顶的位移延性系数、墩柱底截面钢筋的拉应变和混凝土的压应变为参数，通过比较结构的抗震能力和地震需求，提出了在用市政桥梁结构抗震安全评估标准。
用基于位移的方法和评估标准，对北京5座在用市政桥梁进行了在设防烈度地震和罕遇地震作用下的抗震安全评估，为这些桥梁是否需要抗震加固提供了依据。
关键词：基于位移抗震安全评估；在用市政桥梁；性能点；位移延性系数；应变 中图分类号：TU311.3 文献标识码：ADISPLACEMENT-BASED SEISMIC SAFETY ASSESSMENTOF EXISTING MUNICIPAL BRIDGES*QIAN Jia-ru 1，KANG Zhao 1，ZHAO Zuo-zhou 1，LUO Lin 2，LIU Qing-ren 2，ZHANG Hong-yuan 2(1. Key Laboratory for Structural Engineering and Vibration of Ministry of Education,Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China 2. Beijing Municipal Engineering Design and Research Institute, Beijing 100035, China)Abstract: The basic procedure and method of the displacement-based seismic safety assessment of existing municipal bridges are introduced. Displacement ductility coefficient of pier, reinforcement tension strain and concrete compression strain at the bottom section of pier are adopted as assessment parameters. Based on the world- wide accepted structural seismic design philosophies and by comparing earthquake resistant capacity and earthquake demand of structures, principles of seismic safety assessment of existing municipal bridges are proposed. Using the displacement-based method and the assessment principles, seismic safety assessments of 5 Beijing existing municipal bridges were performed. The assessment results can serve as the bases for strengthen decision making of these bridges.Key words: displacement-based seismic safety assessment; existing municipal bridge; performance point;displacement ductility coefficient; strain市政桥梁一般由墩柱、连接墩柱的盖梁(横桥向)、桥面梁和桥面板组成，桥面梁支承在墩柱或盖梁上，桥面梁与墩柱之间的连接方式有滑动支座、摆柱支座、固定支座等。
建筑消能、减震技术特点对比及应用探讨
建筑消能、减震技术特点对比及应用探讨作者：景凯宇成芳来源：《赤峰学院学报·自然科学版》2018年第12期摘要：地震对于一些重要建筑物的影响是异常巨大的，比如大坝、核电站、超高层建筑物等.如何减少地震对此类建筑物的危害成为了研究热点.本文对常见的消能、减震方法进行分析对比，通过比较得出各种方案的优缺点，并预测今后可能的发展方向，以期为相关领域的研究提供参考.关键词：建筑物;消能;减震;特点对比中图分类号：TU352.1; 文献标识码：A; 文章编号：1673-260X（2018）12-0106-021 前言对于减小地震对建筑物的影响，通常以抗震设计方法为主.我国采用的是“两阶段”设计方法，在多遇地震作用下，结构按弹性行为进行设计，依靠自身刚度和强度抵抗地震反应;在罕遇地震作用下，结构按弹塑性阶段进行设计，依靠结构塑性变形与自身延性抵抗地震作用.此设计方法是以保证人员安全为基准进行设计的，在大多数情况下能满足实际需求.但是，对于一些特殊建筑如：保证人员安全与紧急救援的生命线工程、高精度技术加工设备和核工业设备，这种设计理念是不满足要求的.另外，随着居住要求的提高，装修成本逐年提高，部分建筑的内部装修费用已经超过了结构的土建投入，在此基础上如果仍然按“两阶段”设计方法进行设计，建筑物的震后修复成本是惊人的.因此，不能单纯从建筑自身抗震方面解决抗震问题，对于特殊建筑需要从地震波向建筑传播阶段就开始考虑抗震问题，减小结构的地震反应，才能满足以上亟待解决的问题.消能、减震主要研究如何从源头减小地震反应，通过隔离、抵消等方法降低地震对建筑物的破坏作用，从而保证建筑内设备、人员等的安全.消能减震设备一般情况下会提高建筑成本，而我国由于建国初期经济基础薄弱，从上世纪80年代才开始关注消能、减震技术，发展时间较短，随着近些年基础设施的迅速发展，我国在此方面也有了长足的发展.本文参考国内外相关文献，将消能减震大体分为三种途径：1.隔震系统;2.消能系统;3.TMD系统，并将其加以对比.2 各种消能、减震技术特点的对比2.1 隔震减震隔震措施的原理是在房屋基础、底部或下部结构与上部结构之间设置由橡胶隔震支座和阻尼装置等部件组成的具有整体复位功能的隔震层，用以延长整个结构体系的自振周期，减少输入上部结构的水平地震作用，达到预期防震要求.这其中的作用效果由两方面组成，一方面是隔震层具有较大的阻尼，从而使地震作用的衰减大于无隔震建筑;另一方面，隔震层具有很小的侧移刚度，在传递振动的过程中大大延长结构物的基本周期，使结构加速反应进一步降低.隔震装置主要由隔震器和阻尼器两部分组成.常见的隔震器有：（1）叠层橡胶支座，它是由多层橡胶和多层钢板或其他材料交替叠置结合而成的一种竖向承载力高、水平刚度小、水平侧移容许值较大的装置;（2）滑动支座，它是在上部结构与基础之间设置一层滑移构造层，在小震或风荷载作用时，静摩擦力使结构固结于基础上，大震时，结构水平滑动，减小地震作用，并以其摩擦阻尼耗散地震能量;（3）滚动支座，是利用高强合金制成的滚珠（或滚轴）涂以防锈或防滑涂层后置于上部结构与基础之间，地震作用下以滚珠或滚轴的滚动来达到隔震的目的.阻尼器是通过局部的阻尼消耗传递到建筑物上的振动能量的装置，常见的阻尼器有：（1）金属屈服阻尼器;（2）粘滞阻尼器，由汽缸及其内部的液压硅油组成，利用活塞头左右的压力差，使硅油通过小孔和活塞与缸体的空隙，从而产生阻尼力;（3）粘弹性阻尼器，它主要由粘弹性材料和约束钢板组成，连接的钢板再与结构构件相连.隔震装置有一定的局限性的，对于坚硬场地的减震效果比较理想，而对于软弱场地效果相对较差，而且对于竖向振动隔震措施通常没有减震效果，对于长周期水平振动还存在共振的危险性.另一方面，由于隔震结构是预先安装在建筑物相应部位的，其阻尼与侧移刚度是基本固定的，对于不同的地震波，其隔震效果也就有所不同.由结构动力学知识可知，只有隔震构件阻尼在临界阻尼附近下，建筑物的振动才能有较好的衰减效果这也使其应用受到了一定的限制.在工程应用当中，如何合理选择或优化摩擦系数和复位刚度，如何保持摩擦系数长期不变是提高隔震效果和性能可靠度的难点.2.2 消能减震消能减震的原理是通过在房屋结构的某些部位设置的消能（阻尼）裝置（或元件），通过消能（阻尼）装置产生的弹塑性滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减少主体结构的地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌.常见的消能装置有：（1）消能阻尼器，当建筑物发生相对相对位移时，装置会产生较大阻尼，从而发挥消能作用;（2）消能支撑，是预先安装在结构局部的一些支撑结构，在结构发生形变或位移时，先于结构主体发生屈服或产生摩擦阻尼，以达到保护主体结构的目的.消能措施的优点是构造简单，性能稳定，价格低廉，易于推广应用，不但可以用于新建筑物的抗震防护，还能用于已有建筑物提高其抗震能力.但其应用也有一定的局限性，对于脆性变形较小的结构，由于其破坏前的变形相对较小，而消能结构的阻尼是与位移或速度相关的，结果导致其消能减震作用得不到充分发挥.在实际应用过程中，消能构建的屈服强度的设计也是难点，虽然屈服极限可调，但一旦确定就不能更改.如果选择的太高，在中小地震中将起不到阻尼耗能的作用;如果选的过低在大地震作用下变形将明显增大，耗能能力相应减弱.对于螺栓组成的阻尼器，如何使紧固力在使用期内保持不变也是比较困难的.今后应用过程中需要突破的难点使如何使消能构件适应不同地震强度的消能要求.2.3 TMD系统TMD系统，又叫调谐质量阻尼器系统（tuned mass damper，TMD），是在建筑物（主结构）设置一个与结构本身自振周期完全相同的结构（次结构），通常是在顶层设置悬挂的金属重球，当结构偏离平衡位置时，重球系统会因此产生一个相反的运动趋势而给建筑物一个等周期的回复力，回复力的存在将减少振动持续的时间和幅度.此系统结构相对简单，易于建造但是无形当中大幅增加了结构的自重，安装TMD系统也要有较大的空间供其进行摆动运动，也就增加了整体的建造成本.为了克服这一不足，新型的TMD系统利用结构本身的屋顶作为TMD质量块、用基础隔震中采用的叠层橡胶支座和阻尼器代替TMD中的弹簧阻尼器.这样就不需要增加额外质量，屋顶的空间也不会被占用，也不需要增加额外的空间了.TMD的减震效果主要取决于质量比、频率比和阻尼比，由于后面两个参数在振动过程中是可变的，因此很难使系统在各个阶段都有最佳的减震效果.今后可以着眼于开发新型实用的机构，发展定型产品，研究配套的计算方法和构造措施，扩大其在实际工程中的应用，充分发挥减震效果.而且此系统相对推广较难，每个TMD系统只能针对具体的建筑，对于降低成本和积累经验都难度较大.3 发展前景展望综上可见，任何一种隔震消能方式都不是万能的，需要因地制宜选用适合具体建筑结构的消能减震形式并结合当地的积累的地震数据才能最好的发挥效果.各种隔震消能方式相互取长补短，结合应用能取得较好的效果.例如层间隔震技术，它通过在楼层间设置隔震装置，一方面减小了隔震装置上部重要结构的地震响应;另一方面通过合理设计、计算，令上部结构的自振周期与结构整体的自振周期重合使其发挥类似TMD系统中金属重球的作用，通过上部结构提供的回复力进一步减小地震影响.此种结合不但能获得良好的隔震消能效果，同时弥补了TMD系统占地面积大的不足起到事半功倍的作用.在未来的发展中，还应该重视理论与实践的结合.建议首先应从政策层面着手，提高现有规范的要求使得隔震消能成为一种强制要求，用于抵消由于技术不成熟、建设设计成本大幅提高使业主产生的积极性不高的情绪，推动技术应用，在应用过程中积累经验完善技术.此外，还要扫清政策障碍.例如在高层隔震体系设计中，隔震层的受拉问题是设计重点.如果想在设计当中避免倾覆力矩使隔震支座受拉，应遵循柱距要大，抗震墙要整，抗震墙尽量居中等要求，而这与抗震规范中要求抗震墙分散布置在四周以控制结构的扭转效应向冲突.希望未来能将规范做出修改或进一步细化，避免这种技术应用中尴尬情况.其次，在应用的过程中要推进标准化进程，具体体现在：（1）装置标准化，通过标准化使得工程经验可以复制、推广，同时也能降低生产和施工成本，推进技术在实际工程应用;（2）标准化以后，积累的实际经验和观察资料可以为今后的技术研发和改进提供数据支持，促进技术完善升级.有了以上两步作为基础，根据应用中的经验可以进一步提高技术的成熟度.在材料方面，力求寻找更经济，阻尼可控的适应振动范围更广的阻尼的材料，提高技术对于不同震级、不同地震波的消能作用范围.在技术应用方面，通过观测和实验改进技术使其能在实际工程中发挥效果.2008年在日本岩手县地震中观测到了竖直加速度有4000伽（GAL）之多，这表明对于某些离震源较近的地震，竖向地震动的破坏能力不能小觑，因此对于地震高发区，竖向隔震也要引起足够的重视.应根据当地情况进行3D隔震设计，即增加竖向隔震装置.4 结语总体来说，隔震减震技术是随着经济发展和超高层建筑物的迅猛发展而突飞猛进的，但在發展过程中还是遇到了一些问题，如能突破这些瓶颈必将有更广阔的应用空间.另外，由于笔者的收集资料和个人水平有限，难免有疏漏和偏颇之处，希望各位同仁指正.参考文献：〔1〕杜东升，王曙光，刘伟庆，孙臻.高层建筑组合隔震的设计方法及应用[J].东南大学学报（自然科学版），2010，9（40）：1039-1046.〔2〕祁皑.层间隔震技术评述[J].地震工程与工程振动，2004， 12（24）：114-119.〔3〕周锡元，阎维明，杨润林.建筑结构的隔震、减震和振动控制[J].建筑结构学报，2002，4（23）：2-11.〔4〕苏经宇，曾德民.我国建筑结构隔震技术的研究和应用[J].地震工程和工程振动，2001，12（21）：94-101.〔5〕Tomizawa T， Takahashi O， Aida H， Suhara J， Kurosawa I， Tsuyuki Y & Fujita T. Construction of civil building using Three-dimensional seismic isolation system.。
古代建筑“安全员”——减隔震技术
给消耗掉了，所以也就达到了更好的减振效果。
那为什么像这样的阻尼器总安装在大楼的上部呢？不安装在大楼的下部？我们可以通过实验来进行对比，将阻尼器挂在大楼的上部和下部，然后进行摇晃，我们会发现阻尼器挂在上部的大楼摆动的幅度要明显小一些。
这是因为当大楼晃动时，摆式阻尼器会因为惯性的原因留在原地，这就给了大楼一个约束力，当阻尼器挂在上方时，约束力是从大楼上部到底部的；当阻尼器挂在下方时，约束力从下部到底部，上部的大楼晃动幅度没有被减弱。
另一种解释方法呢，需要利用杠杆原理去解释。
我们可以把大楼的底部看成一个支点，当阻尼器安装在大楼上部时，此时的力矩要比阻尼器安装在大楼的下部大的多。
这就像是杆秤一样，同样质量的秤花，但是只需要我们把它向外拨，就能达到四两拨千斤的效果。
所以这也就是为什么那些摩天大楼要把阻尼器安装在上部的原因了。
古有定海神针,今有定楼神器。
原理简单，类似单摆的阻尼器，却成了摩天大楼们应对台风和地震时的抗震减灾神器。
关于防震减灾，如果大家知道更多黑科技，欢迎你们到温州科技馆与我交流！古代建筑“安全员”——减隔震技术（第四届全国防震减灾科普讲解大赛三等奖）撰文/冼和恻蚯蚓是柔软的，有着松土的本领。
达尔文曾说：蚯蚓是地球上最有价值的生物。
在中药中，它有一个响亮的专用名叫做“地龙”。
这是因为它昼伏夜出，能够在地底下自由穿行而得名。
在大家的印象中，蚯蚓想必跟救援毫无联系，一条小小的蚯蚓怎么能去挽救生命呢？一提到机器人，是不是就想到智能、钢铁、科技呢？如果把柔软的蚯蚓与钢铁的机器人相结合，它就跟我们的地震救援有千丝万缕的联系了。
我国就已研制出了这样一款救援机器入，下面就由我来揭开它的神秘面纱。
它名字有趣，震区专用。
它名叫“钻地蚯蚓”，是一款典型的仿生机器人。
利用蚯蚓柔软的身体架构和蠕动的运动原理，可大可小，能够在山洞、管道、瓦墟、山石等复杂恶劣的地形环境下顺畅移动，同时进行生命探测等活动，这样就完全符合在地震救援中的专用性。
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油阻尼器
27层钢框架结构，底部16层每层两个方 向各2跨布置油阻尼器，底部4层每跨2 个，以上每跨1个。
26层钢框架结构，底部18层设置油阻尼器。
核心钢框架
41层钢框架结构
688个油阻尼器
()
Oil Damper
隔震高层建筑：橫浜住宅大楼(38层) 隔震层设置油阻尼器，减小橡胶垫变形
黏弹性阻尼器(圆筒式，墙式）
-500 -1000 -1500 -2000
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 位移(mm)
SLY225：
1/100的幅值下循环30圈， 1/66的幅值下发生破坏
3 振动台试验
1600
1200
800
400
0
-400
-800
-1200
-1600
-40
-20
0
20
40
位移(mm)
after
2.5
0
-2.5
-6 -15 -10 -5 0 5 10 剪切变形mm)
不同加载频率
-5
15
-15 -10 -5 0
5 10 15
剪切变形(mm)
200%应变高温加速老化前后
5
2nd
29th
2.5
5 first
last 2.5
竖向荷载(kN)
竖向荷载(kN)
0
-2.5
-5 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 剪切变形(mm)
间隙，涂层，限位卡，限位槽。
功能：
实现约束单元提供给内核单元核心段 防屈曲约束，不限制内核单元横向（截 面方向）涨缩和纵向（长度方向）伸缩
间隙：
内核单元在受压时横向膨胀，内核单 元与约束单元之间保留必要的间隙。
涂层：
内核单元与约束单元之间局部接触， 内核单元被约束区域涂刷无粘结涂层， 以降低、消除接触摩擦力。
谢谢
Top acceleration Base acceleration
High Frequency
顶层加速度时程
Low Frequency
计算 实测
Mode superposition Actual Acc.
顶层位移时程
计算 实测
Mode superposition Double integral of actual acc.
600 500 400 300 200 100
0 0
LY100 SN490
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
应变
800
400
0
-400
-800
-30
-20
-10
0
10
20
30
位移(mm)
LY100：
1/100的幅值下第13圈破坏 内核中部断裂截面颈缩
力(kN) 力(kN)
1500 1000
500 0
300%应变第2、29循环
0
-2.5
-5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 剪切变形(mm)
第1、10000次循环
粘滞阻尼器(圆筒式，墙式）
力-变形滞回曲线
静冈19层钢框架结构 无墙：计算；有墙：实测
钢板阻尼器
东京高层建筑中的应用
钢板屈服耗能
15层钢结构
29层钢结构
284个粘滞阻尼器
试验工况： 剪切应变100%~420%(变形与厚度之比) 温度-10~40度七种 频率0.5~2Hz四种(剪切应变200%) 剪切应变200%和300%时循环加载30次 0.5Hz、1.5mm循环加载10000次
竖向荷载(kN)
0.5Hz
1Hz
4
1.5Hz
2Hz
2
0
-2
-4
竖向荷载(kN)
5
beforeຫໍສະໝຸດ 振型号频率粘滞1.77 油1.70 黏弹性1.76 无阻尼器1.48
频率增大,刚度增大
振型图
1000 (kN)
-20 -1000
20 (mm)
阻尼器力-位移滞回曲线
5000 (kN)
-30
30 (mm)
-5000
层剪力-层间位移曲线
防屈曲支撑 粘滞
油
黏弹性
防屈曲支撑
油
粘滞
粘弹性
与框架结构相比，最大层间位移角减小了约55%
消能结构
5
框架结构
层号
4
最大
3
0.0155
2
1
层间位移角
0 0.01 0.02
0 0.01 0.02
0 0.01 0.02
0 0.01 0.02
结构损伤： 楼板混凝土开裂、剥落 柱脚轻微屈服 阻尼器屈服
结构损伤可接受、可修复
4 日本311地震中的高层建筑
当地时间 2011 年 3 月 11 日 14 时 46 分，日本东北部宫 城县海岸以东约 130km 太平洋海域 发生 9.0 级特大地 震，震源深度约 24.4 公里。
5
● Seismic-resistant耐b震uild構in造g 抗震结构
□ Response-contro制lle振d b構ui造lding
4
消能减震结构
3
2
1
0
Number of Stories
0
10
20
30
40
50
60
建筑层数
建筑层数-加速度放大系数(屋顶/基础)
消能减震效果显著
关东地区 (PGA52~142gal, 平均约80gal)
普通支撑受拉屈服、受压屈曲； 防屈曲支撑拉、压都屈服，滞回曲 线对称饱满。
内藏钢板支撑
1973年，日本学者提出将一字形钢板支撑埋 置在预制混凝土板里，防止钢板支撑屈曲， 提高其往复荷载下的稳定性。
普通支撑
防屈曲支撑
构造：
内核单元（滑动约束机制），约束单元
常见截面
内核单元：核心段，过渡段，连接段
滑动约束机制：
计算与实测一致 验证了实测与计算的可靠性
第16层加速度
3rd mode
2振型
2nd mode
1st mode
第16层第2振型控制 振型贡献与层号有关
Y向： 1振型 2振型
中部24层安装 288个油阻尼器
39F
2286FF
15F
42m Y
63m X
Oil Damper
54层钢框架结构
屋顶与基础加速度 屋顶加速度
黏弹性阻尼器最初用于抗风，用于抗震较 晚。原因：黏弹性材料性能随温度和荷载 频率的变化较大，使阻尼器的设计参数难 以确定；薄层黏弹性材料的剪切变形小， 不适用于大变形的抗震工程。
黏弹性阻尼器大变形性能试验
足尺黏弹性阻尼器试验
作动器 液压位移放大装置
温控箱 试验体
试件(黏弹性材料5mm厚) 加载装置
反应谱曲线形状接近，认为该地区地震地 面运动相同；根据振动周期、阻尼比，由 反应谱可得到大致的最大加速度和位移。
500
60
速度谱 35 位移谱
50
30
400
加速度谱 40
25
300
20
30
15
200
20
10
100
T(s) 10
5 T(s)
T(s)
0
0
0
0
1
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
10栋建筑基础加速度记录
屋顶 基础
计算 实测
屋顶位移
计算 实测
54层钢框架结构（计算与实测一致） 阻尼比= 3.9, 3.5, 4.3%, 周期 = 6.54, 2.00, 0.84s (Y)
屋顶加速度
屋顶位移
深线:有阻尼器,实测加速度、位移(积分) 浅线:无阻尼器,计算，振型叠加，1%阻尼比
无阻尼器:加速度和位移大幅增加
房屋建筑消能减震技术
1 为什么消能减震 2 阻尼器及其应用 3 振动台试验 4 日本311地震中的高层建筑 5 结语
1 为什么消能减震
现行房屋建筑抗震设计规范的规定是 最低要求，目标是“小震不坏，中震 可修，大震不倒”。不足： 1）大震作用后，不能很快恢复建筑的 使用功能； 2）比大震更大的地震作用下，破坏严 重，甚至倒塌； 3）地震中建筑内部设备损坏，造成财 产损失，影响救灾。
橫浜MM大楼(30层)
叠层橡胶垫 铅心叠层橡胶垫 金属阻尼器 油阻尼器
墙式：钢板和黏弹性材料组成 黏弹性材料剪切变形耗能
横浜西区 酒店公寓 钢筋混凝土结构 地下2层，地上36层 132个黏弹性阻尼器 （200ton/个）
东京
办公及公寓
钢结构 地下2层，地上45层 140个黏弹性阻尼器 （200ton/个）
Acc.加 A速m度plifi増ca幅tio比n((T頂op/部/Ba基se)部) Pseudo-acceleration(cm/s/s) Pseudo velocity (cm/s) Displacement (cm)
Tokyo
Tokyo
地面峰值加速度 地面峰值位移
加速度放大系数 (屋顶/基础)
内核单元的无粘结涂层
预留空间
限位槽
限位卡：
保证约束单元与内核单元不会因为设置间 隙而发生整体错动，避免支撑反复受力时 约束单元滑脱。
内核单元 +混凝土 +钢套筒 ＋封头板
限位槽：
对称布置在约束单元两端封头板上的槽孔。
日本的四种防屈曲支撑产品试验对比