摩擦阻尼预制混凝土的抗震设计框架结构外文翻译资料

 2022-08-07 02:08

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摩擦阻尼预制混凝土的抗震设计

框架结构

Brian G. Morgenand Yahya C. Kurama, m.a asce1 2

文摘:介绍了无粘结后张预应力混凝土框架结构的抗震设计。描述了一种确定摩擦阻尼器滑移力和后张拉钢面积所需的程序，以满足给定几何形状、梁和柱构件尺寸和选定阻尼器分布的试验框架的规定设计横向强度和能量耗散要求。所提出的设计程序假设框架的横向强度要求是通过等效横向力下结构的线性弹性分析得到的。对受横向荷载作用下的摩擦阻尼预制混凝土梁柱组件和多层框架结构进行了非线性反循环分析，以批判性地评估设计过程，并确定需要改进的地方。分析结果表明，摩擦阻尼预制框架可以达到显著的能量耗散水平，同时由于后张力的作用，可以保持较大的自定心能力。

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DOI: 10.1061 /共陈纯兲0733 - 9445共2007兲133:11共1501兲

CE数据库主题词:混凝土、后张;混凝土、预制;预应力混凝土;混凝土、钢筋;阻尼;能源;帧;地震分析;抗震设计。

介绍和背景

自20世纪90年代以来，大量的研究都是关于预制混凝土结构的抗震性能和设计，这些预制混凝土结构并没有模拟整体现浇钢筋混凝土结构的性能。的一个“非竞争性”预制框架系统已经成功地摆脱这些研究成果使用无粘结后张预制梁和列成员之间实现所需的横向负载电阻在地震地区共。， Cheok和Lew 1993年;Priestley和Tao 1993年;Priestley和MacRae 1996;莎姆et al . 1999兲。

粘结posttensioned预制混凝土框架结构的地震特征等大量共即以自我为中心的功能。、能力结构的返回到原来的undisplaced位置从非线性横向位移兲在卸货,经历大的非线性横向位移的能力没有显著损伤。后张拉钢被放置在梁的地板和屋顶层，为框架提供横向强度和刚度，以及发展自定心能力所需的恢复力。

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项目工程师,Magnusson Klemencic Associates第五大街1301号,3200套房,西雅图,华盛顿州98101共通讯作者兲。电子邮件:bmorgen@mka.com

46556年，圣母大学土木工程和地质科学系副教授。电子邮件:ykurama@nd.edu

请注意。副主编:Michael D. Symans。讨论将持续到2008年4月1日。个别论文必须单独提交讨论。若要将截止日期延长一个月，必须向ASCE执行编辑提交书面申请。本文的原稿已于2005年1月19日提交审查并可能发表;2006年9月18日通过。本文发表于《结构工程学报》，第133卷，第11期，2007年11月1日。copy;陈纯ISSN 0733 - 9445/2007/11 - 1501 - 1511 / 25.00美元。

最大的挫折的使用无粘结posttensioned预制混凝土框架结构在地震区域,由于小能量耗散,侧向位移的要求在一场严重的地震可能大于可接受的共普利斯特里,道1993兲。本文所述的研究主要针对这一问题，其主要目标是通过使用附加摩擦阻尼器来增加这些结构的能量耗散。

如图1所示，摩擦阻尼器放置在框架内选定的梁端。当发生大地震时，预制混凝土梁和柱构件之间的接缝处会出现裂缝。除了提供一个框架的横向强度的一部分,摩擦阻尼器利用开放的差距在梁两端位移发展摩擦滑动位移的接口和提供补充能量耗散框架共摩根和Kurama 2004 a, b兲。此外，阻尼器可以设计成在风和小地震的作用下不会滑动，在梁柱界面提供额外的阻力，从而增加框架的横向刚度。

大型实验的摩擦阻尼粘结posttensioned预制混凝土梁柱半成品双向循环荷载作用下在圣母大学最近进行的共摩根和Kurama 2004 b兲。作为一个例子,图2共一个兲显示了流离失所的形状的摩擦阻尼预制梁标本和图2共b兲显示了原型摩擦阻尼器。由于实验室的空间限制，梁的方向是垂直的，柱是水平放置的。连接接口和开放行为的差距产生的滑动位移的阻尼器中可以看到图2共兲。无花果。2共c和d兲显示滞后梁结束时刻共M兲与梁和弦旋转共␪兲与摩擦阻尼器的测试结果表明共测试44兲,基线测试没有测试阻尼器共43个兲,分别。bb

图2中的磁滞回路共d兲表明——的标本

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图1所示。摩擦阻尼预制混凝土框架共改编自摩根Kurama 2004 b,同意兲

阻尼器的行为在本质上是通过非线性位移共即弹性的方式。,非线性弹性兲,很少的能量耗散,但极好的恢复能力。如图2所示共c兲,能量耗散的组件可以使用摩擦阻尼器,大大增加了在保持理想的以自我为中心的功能。此外，摩擦阻尼试件的滞回曲线在反循环荷载作用下显著降低了刚度退化。

本研究开发的阻尼器利用金属表面之间的摩擦力。来自过去的知识调查共如结构性摩擦阻尼器的应用程序。， Grigorian et al. 1993;1996兲方式导致的使用两种类型的摩擦界面:共1兲leaded-bronze对不锈钢;共2兲leaded-bronze合金钢。这些配置以前被证明提供了一致的和可重复的阻尼器滑移力与位移特性。铅-铜表面在摩擦界面是由夹层12.7毫米厚leaded-bronze磁盘共CDA 932 / SAE 660轴承铜牌为受欢迎的合金轴承应用在温和的负载下,中度到高速度兲在摩擦界面。根据共1996兲,leaded-bronze合金在摩擦界面的使用是可取的,因为材料不断“self-lubricates”当一个相邻的金属摩擦表面由于发展铅及其氧化物的混合物在leaded-bronze合金的表面。铅青铜合金通过对摩擦表面的自润滑，减少了粘滑现象，使摩擦系数值趋于一致。

全面实验孤立的摩擦阻尼器动态载荷作用下共2004年摩根和Kurama兲显示的一些好处使用摩擦作为补充能量耗散地震保护机制包括:共1兲可重复的和可靠的滞回行为相对独立的速度和位移振幅共使用假设阻尼器在控制室内环境条件兲;共2兲close-to-rectangular阻尼力与位移特征提供大量的能量耗散每周期;和共3兲大阻尼器的初始刚度允许滑发生反应,因此,提供能量耗散开始在小框架的侧向位移。

研究意义与范围

基于上面的最新实验调查总结共摩根和Kurama 2004 a, b兲,本文描述了一个

摩擦阻尼无粘结后张预应力混凝土框架结构抗震设计分析研究。本文的重点是确定阻尼滑移力和后张拉钢面积所需达到规定的设计横向强度和耗能要求的框架。该程序只考虑平面加载,用于结构的设计可以分为“普通”共如基于当前的建筑规范要求。2006年,国际商会兲。对于“不规则”结构和具有显著扭转响应或扭转载荷的结构，可能需要进行三维动态时程分析。

假设梁设计结束时刻的要求已经从线弹性分析确定等效侧力作用下结构的共。2006年国际商会兲。建议具体时刻的能量耗散要求框架结构可以在ACI T1.1-01时刻框架基于结构性测试验收标准共ACI创新任务组1 2001兲。本文提出的设计方法通过在选定的梁端采用摩擦阻尼器来满足这

图2所示。研究成果改编自摩根和Kurama共2004 b,同意兲:共一兲摩擦阻尼梁流离失所的形状;共b兲原型阻尼器;共c兲梁摩擦阻尼器的行为;和共d兲梁没有摩擦阻尼器的行为

粘结后张预制混凝土框架。

以往对预制混凝土结构中附加耗能的研究有限，主要集中在剪力墙和支撑框架结构上。与之相比，本文所述的阻尼器在梁端局部使用，结构中不需要支撑构件。类似“local-damper”配置的应用程序已经研究了现浇钢筋混凝土框架共1996兲,钢框架共Christopoulos et al . 2002;Garlock et al . 2005兲,耦合墙共Kurama et al . 2006;韦尔登和Kurama 2007兲。使用温和的共。年级60兲通过预制梁柱节点钢筋,除了后张钢铁,也被调查共石et al . 1995;Priestley等人，1999年;ACI创新任务组1 2001 b兲,在实践中成功应用共Englekirk 2002兲。

提出的设计方法开发了下面两个步骤:共1兲摩擦阻尼梁的设计目的;共2兲多层框架的设计。在横向荷载作用下，对摩擦阻尼梁柱组件和多层框架结构进行非线性反循环分析，以批判性地评估设计过程，并确定需要改进的地方。详细描述的研究是在摩根和Kurama兲共2007人,包括摩擦阻尼器的机械设计和非线性动态时程分析的框架,没有地震荷载下阻尼器。

摩擦阻尼梁端部设计

本节描述了满足摩擦阻尼无粘结后张预制混凝土梁端规定的抗弯强度和耗能要求的设计程序的开发和分析验证。

阻尼器滑移力和后张拉钢面积

为了确定阻尼滑力和后张钢筋面积需要的名义强度的摩擦力矩-阻尼预制混凝土梁分为两个部分,曼M,代表的贡献摩擦阻尼器和梁后张钢筋,分别满足总需求设计梁结束时刻,马斯bs bpbd

共1兲

使用图3中的力的平衡梁的一端,Eq。共1兲可以写成

共2兲

共3兲

共4兲

F =滑动摩擦阻尼器的力共认为是平等的两个阻尼器兲吗ds

共5个兲

假定事实的方向平行光束共见摩根和Kurama 2004 b兲。ds 在情商。共5兲,n =每个阻尼器的摩擦滑动接口数量;

图3所示。摩擦阻尼梁端力的平衡

␮=摩擦系数对阻尼器滑动界面共摩根和Kurama 2004 a, b兲;和F =阻尼法向力共。dn ,阻尼器“夹紧”作用力正常摩擦滑动界面兲。

在方程式。共2兲,共4兲,h =梁高;b h =距离阻尼正常螺栓共摩根和Kurama 2004 a, b兲极端混凝土梁的纤维;d 和C=混凝土的综合压应力c

共6兲

式中:N=梁中轴向力;b A=后张拉钢的总面积;p 和f=损失后的后张拉钢的设计初始应力。piEq。共6兲Cassumes后所有的初始共损失兲后张力转移到梁,忽略任何附加轴力在光束由于发展框架的位移。c

在Eqs中使用的变量a。共2兲,共3兲是假定的深度均匀压应力混凝土砖的

共7兲

f⬘=设计无侧限混凝土抗压强度和b =波束宽度共假设混凝土没有封面spal——兲。c b 图3中的c为中性轴深度。

为了确定所需的阻尼器滑移力和后张拉钢面积，定义了一个新的参数，称为设计阻尼器弯矩比

共8兲

用␬Eq。共1兲收益率d

共9兲

共10个兲

然后，通过代入Eqs。共9兲,共10个兲方程式。共2兲,共3兲,分别所需的阻尼力,F, posttension -d

lsquo;

摩擦阻尼器的贡献具有弹性,完美的塑料共即。弹塑性兲滞回行为,整个能量耗散在图4共兲摩擦阻尼器提供的。因此,梁结束时刻的贡献后张钢使用弹性表示尽管非线性共双线性兲moment-rotation行为如图4所示共c兲关。,bilinear-elastic行为,类似于图2共d兲兴。这双线性弹性组件提供了自动定心的能力结构,同时允许软化共。、刚度减少兲,伸长时期发生。注意,图4中的非线性行为共c兲由缺口梁的一端的开口关见图2共一兲兴,因此没有发生重大损坏结构。

为设计目的,阻尼力矩之间的关系可以开发比␬用于方程式。d 共9兲,共12个兲和相对能量耗散率,␤,ACI T1.1-01中定义。使用两种类型的相对能量耗散率摘要:共1兲␤⫽相对能量耗散比梁结束;b共2兲␤⫽相对能量耗散率整个多层框架。忽略了“postyield刚度的理想化的时刻——旋转关系在图4中共兲共。,假设␣= 0兲,相对能量耗散率,␤梁可以写成b

图4所示。梁末moment-rotation行为:共一兲理想化的行为;共b兲摩擦阻尼器的贡献;和共c兲后张的贡献

荷兰国际集团(ing)钢筋面积,规定设计梁结束时刻,祈使语选择的价值设计阻尼力矩比、␬可以估计pbd d

共11个兲

共12个兲

假设bb, hb,高清,f⬘c和fpi以审判结构。注意,后张的决心在情商钢筋面积。共12个兲需要一个迭代过程使用矩形压力阻止深度一个情商。共7兲。

共13个兲

然后,结合方程式。共9兲,共13个兲,设计阻尼力矩比、␬可以␤有关d b

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