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原文传递恒力自复位阻尼器与惯性摆联合控制多跨桥的抗震设计及性能研究

论文题名：	恒力自复位阻尼器与惯性摆联合控制多跨桥的抗震设计及性能研究
关键词：	连续梁桥;抗震结构;自复位;阻尼器;摆式惯容
摘要：	可恢复功能抗震结构是指震后不需修复或稍加修复就可恢复使用功能的结构，目前已成为地震工程领域中一个新的研究方向，受到全球地震工程学者和技术人员的广泛关注。为了提高震后可恢复性，学者们已经提出不同类型的自复位耗能装置以达到结构减震和自复位的目的。但是自复位阻尼器的添加会在提高结构耗能能力的同时增加结构的刚度，可能对结构的加速度响应和结构构件的附加内力带来不利的影响。为了有效提高对结构加速度和附加内力响应的控制效果，本文提出了一种具有低二次刚度的压板屈曲恒力自复位阻尼器来控制阻尼器添加给结构带来的附加内力。并利用摆式惯容的结构频率调节作用，将其与自复位阻尼器并联，进一步控制结构的加速度和附加内力响应。采用试验、理论和数值方法开展了如下研究：　　（1）利用压杆的后屈曲力学行为特征和摩擦元件的滞回阻尼特性设计了一种压板屈曲恒力自复位阻尼器（CSCD），并试验研究了该阻尼器在周期荷载下的力学特性。结果表明该阻尼器具有较好的自复位性能、较高耗能能力和有较低的二次刚度，并可通过调节摩擦元件的正压力可方便调节该元件的滑动摩擦力，进而调节该阻尼器的阻尼特性。此外，通过分段线性模型和有限元方法模拟了自复位阻尼器的力-位移关系，并对该阻尼器的等效阻尼和等效刚度等特性进行了参数化研究。　　（2）以桥面位移为桥梁损伤状态的量化指标，提出CSCD加固多跨连续梁桥的直接基于位移抗震设计方法。通过相应水准地震作用下加固桥梁的弹塑性时程分析验证了该抗震设计方法的可靠性。同时比较了普通自复位阻尼器（SCD)加固桥梁和CSCD加固桥梁的弹塑性时程响应。结果表明，在相同桥面位移目标下，CSCD加固桥梁具有更小的桥墩基底剪力和桥面加速度。　　（3）通过将惯容减震系统和CSCD结合，提出了一种摆式惯容-压板屈曲恒力自复位阻尼系统（ICSCD）。基于等效线性理论和杜哈梅积分推导了含惯容系统的位移反应谱，并提出了含ICSCD连续梁桥结构的直接基于位移抗震设计方法（DDBD）。利用提出的DDBD流程对ICSCD加固四跨钢筋混凝土桥梁结构进行抗震设计，并通过弹塑性时程分析比较含CSCD结构和含ICSCD结构的地震响应。结果表明所提出设计方法能使结构达到抗震性能目标，ICSCD加固结构能同时降低结构的加速度和基底剪力等地震响应，可克服单独CSCD不能有效控制结构加速度响应的缺陷。　　（4）研究了ICSCD加固结构在不同质量比和不同杠杆放大系数下对结构地震响应的影响，结果表明惯容质量的添加能够克服一般阻尼器作为支撑减震时导致加速度响应增加的缺陷，质量比为0.06和放大系数为6时为最优的参数设置。此外，研究了ICSCD加固结构在近断层和远场地震动下的地震响应差异，结果表明ICSCD加固结构在近断层地震动下的减震效果要优于远场地震动下的减振效果。
作者：	张静思
专业：	力学
导师：	张振华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	河南理工大学
学位年度：	2022