极罕遇地震作用下圆盘凸轮式阻尼器响应放大装置及消能减震体系的失效控制机理与性态设计方法

Dampers have been widely used as energy dissipation components in buildings, bridges and other actual structures, but there are some shortcomings, such as limited ultimate capacity, difficultly playing a role under the action of small or medium earthquake, and high costs of large-stroke and large-tonnage dampers. Especially under the action of extremely rare earthquake, once damper reaches its ultimate capacity, it will be failure, the structure will face the risk of damage or even collapse. Therefore, under the action of extremely rare earthquake, research on the failure control mechanism and the design method based on performance of the new energy dissipation device, which can ensure that damper does not fail, and the corresponding damping system are the key scientific problem in the field of energy dissipation technology at present..This project intends to put forward a Disk Cam Damper Response Amplification Device(RAD), which can be arranged in series with various dampers, can effectively play a role when small earthquake or extremely rare earthquake occurs, the damper’s displacement does not fail and reduces the cost. The seismic action mechanism of RAD and the change rule of Response Amplification Factors are analyzed, the restoring force model of Viscous Damper and Friction Damper Response Amplification Device are established; The damping control effect and failure control mechanism and parameters influence rule of the corresponding energy dissipation system under the action of small earthquake or extremely rare earthquake are revealed; The seismic design method based on performance of the damping system is proposed. This research has important theoretical and practical significance for the development and improvement of energy dissipation theory and technology and practical engineering application.

阻尼器作为消能减震部件已广泛应用于建筑、桥梁等实际工程中，但存在极限能力受限、中小震作用下难以充分发挥作用、大行程大吨位阻尼器造价高昂等不足，尤其在遭遇极罕遇地震时，阻尼器超过极限能力后将失效，结构面临着损伤破坏甚至倒塌的风险。因此，极罕遇地震作用下能够确保阻尼器不失效的新型消能减震装置和相应减震体系的失效控制机理和性态设计方法研究是当前消能减震技术领域的关键科学问题。.本项目拟提出圆盘凸轮式阻尼器响应放大装置（RAD），可与各类阻尼器串联设置，小震乃至极罕遇地震时均能充分发挥作用且位移不失效，降低造价。分析RAD的地震作用机理和响应放大系数的变化规律，建立粘滞和摩擦阻尼器RAD的恢复力模型；揭示小震乃至极罕遇地震作用下相应减震体系的减震控制效果、失效控制机理及参数影响规律，提出基于性态的抗震设计方法。本项目研究对消能减震理论和技术的发展和完善及实际工程应用具有重要的理论和现实意义。

阻尼器作为消能减震部件已广泛应用于建筑、桥梁等实际工程中，但存在极限能力受限、中小震作用下难以充分发挥作用、大行程大吨位阻尼器造价高昂等不足，尤其在遭遇极罕遇地震时，阻尼器超过极限能力后将失效，结构面临着损伤破坏甚至倒塌的风险。因此，极罕遇地震作用下能够确保阻尼器不失效的新型消能减震装置和相应减震体系的失效控制机理和性态设计方法研究是当前消能减震技术领域的关键科学问题。.本项目提出了圆盘凸轮式阻尼器响应放大装置（CRAD），并研究其与黏滞阻尼器、摩擦阻尼器、金属阻尼器、形状记忆合金阻尼器、粘弹性阻尼器串联设置的CRAD-VD、CRAD-FD、CRAD-MD、CRAD-SMAD、CRAD-VED5种凸轮式响应放大阻尼器，并提出了一种响应放大摩擦阻尼器RAFD：研究了6种装置的构造及作用机理，推导了装置的恢复力计算公式，给出了理论恢复力模型以及位移、速度、力等响应放大的计算公式；对6种装置进行了伪静力试验，并与理论公式进行对比；分析了以装置为减震构件或隔震限位构件的相应建筑或桥梁的抗震性能，进行了易损性分析；揭示小震乃至极罕遇地震作用下相应减震体系的减震控制效果、失效控制机理及参数影响规律；提出了3种基于能量的性态设计方法。.结果表明：凸轮式往复运动的特点能够保证串联阻尼器的位移在小震乃至极罕遇地震作用下均不会失效；CRAD具备位移、速度、力等响应放大效应，能够充分发挥阻尼器的耗能能力，可以与各类阻尼器组合使用：当与速度相关型阻尼器串联使用时，需要注意速度放大后是否使阻尼器速度超限而失效；当与位移相关型阻尼器串联使用时，可以使金属或摩擦阻尼器等在有限行程内发挥稳定、有效的耗能能力；CRAD所具备的力放大效应，可以通过组合使用小吨位阻尼器达到直接安装大吨位阻尼器相同的耗能效果，从而取得显著的经济效益，在建筑、桥梁等结构振动控制领域具有良好的研究和应用前景，项目研究对消能减震理论和技术的发展和完善及实际工程应用具有重要的理论和现实意义。