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传统的结构抗震方式主要是通过增强结构自身的强度、刚度及延性来抵抗强地面运动输入,达到降低结构破坏水平和减小结构反应的目的。而耗能减震技术则是通过在结构的某些部位安装能量耗散装置,在遭受中、强地面运动激励时,通过能量耗散装置(如阻尼器等)的屈服耗散地震输入能量,进而达到保护主体结构、改善结构的动力特性的效果。 基于性能的抗震设计作为新世纪抗震设计的发展方向,正处于动态研究当中。本文在分析国内外基于性能的抗震设计研究成果基础上,将基于性能的抗震设计方法引入到耗能减震结构设计当中。 以安装有剪切板屈服阻尼器的被动耗能减震钢结构为研究对象,对其抗震性能进行评估;确定耗能减震结构的性能目标并分别采用直接基于位移的设计方法和基于能量的设计方法对原结构进行附加阻尼器设计,对比两种方法对不同高度结构的适用性。主要工作内容如下: ①介绍了本文采用的钢剪切板屈服阻尼器的特性、减震原理和力学模型,并给出被动耗能系统刚度及阻尼器的侧向刚度和屈服力的计算公式。 ②划分结构的性能水准,确定每个性能水准对应的层间位移角限值。进而将被动耗能减震钢结构划分为三个等级的性能目标,并确定减震结构基于性能的抗震设计设防目标。 ③分别设计了3、6、9层的钢框架,以基于位移方法对其进行附加阻尼器设计并评估其减震效果。分析结果表明,附加阻尼器结构的位移及层间位移角均比原结构有较大的减小。基于位移方法对3层结构减震效果最好,平均减震率为34.3%;9层次之,为20.6%;6层最小,为19.2%。6层与9层减震效果相近。 ④采用基于能量的设计方法对结构进行减震设计,评估附加阻尼器后结构的抗震性能。分析结果表明,基于能量方法对9层框架减震效果最好,6层次之,3层最小。3层、6层和9层结构在附加阻尼器后均满足性能目标I要求。 ⑤通过对两种方法进行对比分析后发现:3层框架采用基于位移方法和基于能量方法设计减震效果相近,且均满足性能目标I的要求;6层框架用基于位移方法设计不满足性能目标要求,基于能量方法对6层结构减震效果则比较好;9层框架用两种方法设计均满足性能要求,但基于能量方法与性能目标更接近,说明其阻尼器参数计算更为精确。 因此,对于低层框架,推荐采用基于位移的设计方法,因其计算简单,在低层结构减震设计中有良好的应用前景。 对于中、高层结构,由于结构高模态的影响,使用基于位移方法计算误差较大。此时,推荐采用基于能量的设计方法,减震效果良好且满足性能目标要求。