第 1 章 绪论
1.1 研究的背景及意义
地球表面被一圈岩石覆盖，称之为地壳。地球自身的运动使地壳表层破裂或者错位后引起的振动称为地震。由不同原因引起的突发性地震会给社会和人类造成不同程度的损失，另外也会引发洪水、山体滑坡、失火及释放有毒气体等二次灾害[1-3]。由于火山地震释放能量小、塌陷地震震源浅，二者波及范围较小、破坏程度较低和发生次数较少，对人类的影响微乎其微。唯独构造地震给人类带来的巨大损失是不可估计的。目前，全球发生过二十几次，其中造成两次 20 多万人死亡的地震均发生在中国，表1-1列出来世界上部分地区在强震中死亡人数及震级[4]。国内外发生的地震给人类带来了巨大的损失，所以保护建筑物在自然灾害下不受到侵害已成为了工程界研究的重要课题[5]。以目前的科技水平，我们无法预知地震何时何地到来，并且在未来很长一段时间我们仍达不到预知地震到来和地震发生程度的目的，目前关于地震的预测仍处于探索和研究阶段。所以我们的研究工作应着重关注提升建筑物强度、增强建筑物耗能等方面，做好防御和减少损失[6]。
........................
1.2 耗能减震体系概述
1.2.1 耗能减震技术的发展与原理
20世纪末，一个崭新的领域——结构振动控制,出现在各国土木学者的视线中，随后，各国学者对结构振动控制进行了理论实践研究，距今已有 40 多年历史。十年后，学者王远光将结构振动控制这一理念引入我国，吸引了大批土木工程界学者对结构抗震，耗能减震、恢复性结构、替代性结构和有机更新等方面的深入研究与探索，并取得了丰富的研究成果。由于人类现有的技术对地震到来无法做出准确的预判，我们只能做好提前的预防，所以结构耗能减震技术已成为土木工程结构中非常活跃的学科，也是预防地震最主要的途径[16-18]。目前结构耗能减震技术在理论上已日渐成熟，正在朝着规范化、科技化、最大化的方向发展。
耗能减震技术的原理就是在结构的部位增设消能构件，为结构提升刚度的同时，通过耗能构件的剪切滞回变形来吸收能量来确保结构的安全。这是一种安全、节能、逐渐成熟的技术[19]。
目前的科技水平有限，还无法实现让人类对地震的到来做出精准的预判，所以人们对结构的抗震加固和耗能减震探索研究从未中止。传统的抗震加固技术常见有三种方法：外包钢加固法、增大截面法和置换混凝土加固法；耗能减震技术则主要分为抵抗地震进行加固、耗散地震和隔离地震波三种形式[22]。下面从原理、节能环保和技术范围三个方面来分析三种技术的差异。
.....................
第 2 章 增设节点阻尼器的钢混框架结构
2.1 概述
增设节点阻尼器的钢混框架结构是一种新型组合结构，是将阻尼器连接在结构的某些节点上，并通过子框架结构将其加固。针对带有耗能减震装置的结构大多是进行软件方面的数值分析，振动台试验也是研究结构抗震性能的指标。通过计算，设计并制作了几何相似比 1:8 的缩尺模型，在纯框架节点上安装阻尼器和钢框架后进行了振动台试验，将纯框架结构和增设节点阻尼器的钢混框架结构进行减震对比。本章主要介绍模型的制作、阻尼器性能及加载制度等。
本文研究对象的原型结构为一座 4 层的钢筋混凝土框架结构[8]，X、Y 方向为两跨；结构采用的混凝土等级为 C30，所处场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为 0.1g，按 7 度抗震设防烈度设防。所建立缩尺模型经过计算、建立模板、绑钢筋、浇筑混凝土等一系列工作完成制作，如图 2-1，同时用制作缩尺模型结构的混凝土制作立方体试块和棱柱体试块进行材性试验。原型结构及纯框架缩尺结构尺寸参数如表 2-1 所示。结构试验模型可分为弹性模型和强度模型，弹性模型仅适用于结构的弹性阶段，一旦结构处于塑性阶段就会产生大量破坏，不适用于整个试验过程；而强度模型可以实现，在保证与原型结构质量相似的情况，进行不同地震波激励的振动台试验，所以采用强度模型。
............................
2.2振动台试验系统
本次试验在河北工程大学校内进行，采用该学校结构实验室地震模拟振动台，将增设节点阻尼器的钢混框架结构放于振动台上，并固定，如图 3-1 所示。
...........................
第 3 章 增设节点阻尼器的钢混框架结构试验方案..................21
3.1 概述................................21
3.2 振动台试验系统.....................21
第 4 章 模型振动台试验结果与数据分析......................31
4.1 概述..............................31
4.2 加速度时程曲线.........................31
第 5 章 增设节点阻尼器的钢混框架结构数值模拟分析.........................61
5.1 引言...............................61
5.2 有限元模型的建立........................61
第 5 章 增设节点阻尼器的钢混框架结构数值模拟分析
5.1 引言
本章在已有振动台试验的基础上，利用软件建立了不同工况的有限元模型，并进行分析。限元结构分析程序中，模型库里存储了很多常见结构模型以及许多普通软件无法分析的复杂模型，是建筑结构领域中使用较为广泛的有限元软件之一。沿着有限元模型 X 方向输入地震波，为了使有限元分析和振动台试验分析具有对比性，输入的地震波均来自于输入振动台的地震波，从加速度和位移角度进行分析，并与振动台试验结果对比。
定义材料属性可以赋予多个不同类型的单元，其中的质量密度、弹性模量、泊松比等是在结构分析过程中参与计算的数据。有限元软件中的材料类型有 Steel（钢材）、Concrete（混凝土）和 Rebar（钢筋）；本次模型采用钢材为 Q345 钢，C20 混凝土，HPB235 和 HPB335 型配筋。
有限元软件中框架截面定义中包括柱、梁、板等所有截面，自带了许多典型截面定义功能，如工字形、槽形和管形等。本次有限元软件分析中所需要的的截面类型主要包括钢框架（Steel）、混凝土框架（Concrete）和组合钢框架（Built-UpSteel）等。一层梁截面尺寸为 100*37.5，混凝土材料为 C20。
........................
结论与展望
结论
本文提出一种组合型减震结构，由钢框架、节点阻尼器和原结构连接组成，通过子框架将阻尼器连接在原混凝土框架结构节点上形成的增设节点阻尼器的钢混框架结构，节点中阻尼器的变形耗能可以提高原结构抗震性能。对原混凝土结构和新型结构进行了的振动台试验和数值模拟。通过分析结构在不同地震波激励下的加速度位移和剪力响应、结构滞回曲线以及结构能量分布，得出一些规律和启示，也发现其中的不足并加以修正。增设节点阻尼器的钢混框架结构进行地震振动台试验和有限元模拟研究总结如下：
（1）结构耗能减震技术作为一种新型抗震技术，既适用于新建建筑，也适用于已有建筑物的耗能加固，研究调查发现近 20 年内已有上百起工程取得了明显的研究效果。本文在现有研究的基础上，提出增设节点阻尼器的钢混框架结构，采用振动台模拟地震研究该结构的耗能减震效果，并用有限元模拟证明振动台试验的准确性。
（2）模型结构在峰值加速度 0.2g 地震波作用下，处于弹性阶段；在峰值加速度 1.0g 地震波作用下，混凝土破碎，裂缝延伸，处于弹塑性状态。钢混结构体系中增设阻尼器和钢框架主要用于改变结构的破坏机制，新型结构属于整体型破坏机制，纯框架结构属于层间破坏机制。
（3）通过试验现象和数据分析可知，模型结构底层破坏明显，且上层减震效果优于底层减震效果，造成这种现象的原因是钢框架与纯框架底部连接方式采用固接，增加了模型结构底层的刚度，使得结构底层承受弯矩较大所致，降低了底层的减震效果。
（4）从加速度曲线图、位移曲线图和剪力曲线图可以看出，工况八减震效果最好，工况一减震效果最差，其余工况对该工况设置在某层减震效果有一定减震效果。说明阻尼器的数量并不是越多越好，工况一每个楼层均布置阻尼器导致了结构自身刚度增加，会抵消阻尼器的减震性能。
参考文献（略）