一种自复位摇摆墙结构及其性能设计方法

本发明涉及抗震结构，更具体地说，它涉及一种自复位摇摆墙结构及其性能设计方法。

背景技术：

1、自复位摇摆墙是底部具有转动能力的特殊墙体，由于地震作用自复位摇摆墙会产生变形，而后布置在墙体中的后张预应力钢绞线或者sma材料的“超弹性”使结构恢复到初始状态。自复位摇摆墙与框架结构通过一定的连接方式连接后，可以控制结构的屈服机制，提高结构的耗能能力，使结构尽可能达到设计规范建议的“强柱弱梁”设计理念。但是现有的摇摆墙设计还存在如下缺点：刚性杆作为摇摆墙和主体结构的连接件是钢筋混凝土形式，耗能过程伴随自身的破坏，而且从经济性角度分析，它的制作和破坏以后的拆卸都有非常高的经济成本。因此，对摇摆墙附加既具有良好耗能能力又易于拆卸的阻尼器，与自复位摇摆墙搭配来保护主体结构是一种更好的选择。目前有关结构减震控制的研究，绝大多数都集中于采用单一类型的阻尼器进行结构减震，存在以下不足：

2、（1）单独采用位移型阻尼器进行减震，主要是从增大结构刚度角度出发，往往只能通过增大其吨位与数量的方式控制结构地震响应，随着材料用量的增大，对连接节点的要求会更苛刻，同时会使得结构内力显著增大。

3、（2）单独采用速度型阻尼器进行减震，由于其刚度极其微小，无法提高主体结构刚度，难以有效降低结构在地震作用下的变形响应，当结构变形验算超限时，一味增加阻尼器的用量效率不佳，而且工程造价会大幅增加，不符合经济性要求。

4、总的来说，传统的设计方法仅针对单一阻尼器，而缺少一种简易的组合阻尼器理论设计方法。在应用于组合阻尼器连接的自复位摇摆墙结构时，由于两类阻尼器间的相互影响，根据原单一阻尼器设计方法得出的构件参数并不适用。

5、因此，研制开发一种耗能能力强、设计方法简易、整体控制性能好、易于拆卸组装的框架-摇摆墙结构显得迫切而且特别有意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，一种自复位摇摆墙结构及其性能设计方法，通过两类阻尼器的性能优势，在不同强度等级的地震作用下，结构体系中的阻尼器始终能发挥耗能作用，实现分阶段耗能，有效降低主体结构地震响应。

2、本发明的目的一提供一种自复位摇摆墙结构的性能设计方法，在摇摆墙和框架结构之间设有速度型阻尼器和位移型阻尼器；

3、根据摇摆墙和框架结构的性能设计指标获取目标位移比及目标剪力比；

4、绘制所述目标位移比的位移减震性能曲线及目标剪力比的剪力减震性能曲线，并获取这两曲线交点的坐标值，以得到附加刚度需求值及附加阻尼比需求值；

5、根据所述附加刚度需求值及附加阻尼比需求值确定位移型阻尼器的屈曲约束支撑参数及速度型阻尼器的阻尼参数。

6、上述的性能设计方法实现了两种阻尼器在自复位摇摆墙结构中的应用，且充分利用两类阻尼器的性能优势，在不同强度等级的地震作用下，结构体系中的阻尼器始终能发挥耗能作用，实现分阶段耗能，有效降低主体结构地震响应。

7、作进一步的改进，所述目标位移比通过下式表示：

8、；

9、式中，为屈曲约束支撑附加刚度与无控自复位摇摆结构刚度之比；为自复位摇摆墙结构的衰减指数；为速度型阻尼器提供的附加阻尼比；为无控自复位摇摆墙结构自振周期；为自复位摇摆墙结构顶点位移与无控自复位摇摆墙结构顶点位移之比；为建筑所在场地特征周期。

10、作进一步的改进，所述目标剪力比通过下式表示：

11、；

12、式中，为屈曲约束支撑附加刚度与无控自复位摇摆结构刚度之比；为速度型阻尼器提供的附加阻尼比；为无控自复位摇摆墙结构自振周期；为自复位摇摆墙结构地震剪力与无控自复位摇摆墙结构地震剪力之比；为建筑所在场地特征周期。

13、本发明的目的二提供，一种自复位摇摆墙结构，包括摇摆墙、框架结构、速度型阻尼器和位移型阻尼器；所述速度型阻尼器和位移型阻尼器均安装在摇摆墙与框架结构之间，所述速度型阻尼器和位移型阻尼器分别应用所述的性能设计方法确定位移型阻尼器的屈曲约束支撑参数及速度型阻尼器的阻尼参数。

14、作进一步的改进，所述速度型阻尼器布置在框架结构的上部楼层，所述位移型阻尼器布置在框架结构的下部楼层。

15、作进一步的改进，所述速度型阻尼器采用的是黏滞阻尼器。

16、作进一步的改进，所述位移型阻尼器采用的是防屈曲支撑。

17、作进一步的改进，所述摇摆墙包括基座和墙体；所述墙体上沿纵向设有若干预留孔道，所述预留孔道内设有预应力筋；所述基座上开设有与预留孔道相配合的通孔，所述预应力筋的两端分别通过锚具固定在预留孔道与通孔中。

18、有益效果

19、本发明的优点在于：

20、1.充分利用两类阻尼器的性能优势，在不同强度等级的地震作用下，结构体系中的阻尼器始终能发挥耗能作用，实现分阶段耗能，有效降低主体结构地震响应。

21、2.相对于传统框架-摇摆墙采用的刚性连接方式，该组合连接方式施工更加简易方便，同时在震后便于更换，使得结构在震后重建中可以快速恢复使用功能。

22、3.该性能设计方法可以实现对结构的刚度调节和附加阻尼的灵活控制，在保证结构抗震性能的同时体现良好的经济性，为结构的抗震设计提供了一个比较理想的途径。

技术特征：

1.一种自复位摇摆墙结构的性能设计方法，其特征在于，在摇摆墙（3）和框架结构（4）之间设有速度型阻尼器（1）和位移型阻尼器（2）；

2.一种自复位摇摆墙结构，其特征在于，包括摇摆墙（3）、框架结构（4）、速度型阻尼器（1）和位移型阻尼器（2）；所述速度型阻尼器（1）和位移型阻尼器（2）均安装在摇摆墙（3）与框架结构（4）之间，所述速度型阻尼器（1）和位移型阻尼器（2）分别应用如权利要求1所述的性能设计方法确定位移型阻尼器的屈曲约束支撑参数及速度型阻尼器的阻尼参数。

3.根据权利要求2所述的一种自复位摇摆墙结构，其特征在于，所述速度型阻尼器（1）布置在框架结构（4）的上部楼层，所述位移型阻尼器（2）布置在框架结构（4）的下部楼层。

4.根据权利要求2或3所述的一种自复位摇摆墙结构，其特征在于，所述速度型阻尼器（1）采用的是黏滞阻尼器。

5.根据权利要求2或3所述的一种自复位摇摆墙结构，其特征在于，所述位移型阻尼器（2）采用的是防屈曲支撑。

6.根据权利要求2所述的一种自复位摇摆墙结构，其特征在于，所述摇摆墙（3）包括基座和墙体（5）；所述墙体（5）上沿纵向设有若干预留孔道（7），所述预留孔道（7）内设有预应力筋（6）；所述基座上开设有与预留孔道（7）相配合的通孔，所述预应力筋（6）的两端分别通过锚具（8）固定在预留孔道（7）与通孔中。

技术总结
本发明公开了一种自复位摇摆墙结构的性能设计方法，涉及抗震结构。在摇摆墙和框架结构之间设有速度型阻尼器和位移型阻尼器；根据摇摆墙和框架结构的性能设计指标获取目标位移比及目标剪力比；绘制所述目标位移比的位移减震性能曲线及目标剪力比的剪力减震性能曲线，并获取这两曲线交点的坐标值，以得到附加刚度需求值及附加阻尼比需求值；根据所述附加刚度需求值及附加阻尼比需求值确定位移型阻尼器的屈曲约束支撑参数及速度型阻尼器的阻尼参数。本发明还公开了一种自复位摇摆墙结构。本发明耗能能力强、设计方法简易、整体控制性能好、易于拆卸组装。

技术研发人员：王素裹,郑宜,王俊勇,冯禄佳,丁钢成,林鹏
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21