摩擦耗能減震結構設計

周雲，男，1965年9月生，雲南人。1996年12月獲哈爾濱建築大學結構力學專業博士學位，1997年3月至2000年6月哈爾濱工業大學力學博士後流動站博士後，2001年12月破格晉升為教授。先後任廣州大學土木工程學院副院長、院長，防災減災工程研究所所長，現任廣州大學科技處處長、公共安全與防災減災研究中心主任。長期從事工程抗震與工程減震控制、城市公共安全與防災減災研究。先後主持完成國家自然科學基金等項目10餘項，獲省（部）級科技進步二、三等獎3項，市科技進步二、三等獎2項，在《土木工程學報》等學術刊物上發表學術論文90餘篇，獲國家新型實用專利6項，主編《建築耗能減震技術規程》，參加《高層鋼結構技術規程》等三個規範或規程的編寫；在科學出版社等出版社出版《土木工程抗震設計》，《土木工程防災減災學》等教材和著作14本。兼任土木工程學會防災減災工程技術委員會副主任，高等學校土木工程專業教學指導委員會委員，國際結構控制協會中國分會、中國鋼結構協會鋼一混凝土組合結構協會等16個協會或專業委員會的常務委員或委員，《土木工程學報》、《地震工程與工程振動》等7個學術刊物編委。

1 摩擦耗能減震的概念與原理

1.1 結構減震的概念與原理

1.1.1 結構減震控制的概念與發展簡況

1.1.2 結構減震控制的類型與原理

1.2 耗能減震的概念與原理

1.2.1 耗能減震的概念

1.2.2 耗能減震的原理

1.2.3 耗能減震裝置的類型

1.2.4 耗能減震裝置設計的新思想

1.3 摩擦耗能減震的概念與原理

1.3.1 摩擦學基本原理

1.3.2 摩擦耗能減震的概念與基本原理

1.3.3 摩擦耗能裝置及摩擦耗能結構的耗能機制

1.4 摩擦耗能減震的應用範圍

參考文獻

2 摩擦耗能器的類型、性能與恢復力模型

2.1 摩擦耗能器的類型與性能

2.1.1 摩擦耗能節點

2.1.2 板式摩擦耗能器

2.1.3 筒式摩擦耗能器

2.1.4 複合型摩擦耗能器

2.2 影響摩擦耗能器性能的因素分析

2.2.1 摩擦元件組成形式對摩擦耗能器性能的影響

2.2.2 高強螺栓對摩擦耗能器性能的影響

2.2.3 摩擦元件和接觸面處理對摩擦耗能器性能的影響

2.2.4 摩擦元件和孔槽的幾何尺寸對摩擦耗能器性能的影響

2.2.5 使用時間對摩擦耗能器性能的影響

2.2.6 滑動速度與温度對摩擦耗能器性能的影響

2.2.7 循環次數對摩擦耗能器性能的影響

2.2.8 外荷載類型對摩擦耗能器性能的影響

2.2.9 加工精度對摩擦耗能器性能的影響

2.3 摩擦耗能器的恢復力模型

2.3.1 普通摩擦耗能器恢復力模型

2.3.2 向心式摩擦耗能器（EDR）恢復力模型

2.3.3 擬粘滯摩擦耗能器恢復力模型

2.3.4 圓環一摩擦耗能器恢復力模型

參考文獻

3 摩擦耗能減震結構及其結構特性

3.1 摩擦耗能減震結構

3.1.1 摩擦耗能剪力牆結構

3.1.2 摩擦耗能支撐框架結構

3.2 摩擦耗能-鋼結構的振動台試驗及結構特性

3.2.1 裝有摩擦耗能節點鋼結構的振動台試驗及結構特性

3.2.2 裝有Pall摩擦耗能器鋼結構的振動台試驗及結構特性

3.2.3 裝有T形芯板擬粘滯摩擦耗能器鋼結構的試驗研究與結構特性

3.2.4 裝有夾板摩擦耗能器鋼結構的結構試驗及結構特性

3.2.5 裝有Sumitomo摩擦耗能器鋼結構的結構試驗及結構特性

3.2.6 裝有EDR摩擦耗能器鋼結構的結構試驗及結構特性

3.2.7 裝有壓電摩擦耗能器鋼結構的結構試驗及結構特性

3.2.8 裝有電磁/永磁摩擦耗能器鋼結構的結構試驗及結構特性

3.2.9 裝有複合型摩擦耗能器鋼結構的振動台試驗及結構特性

3.3 摩擦耗能一鋼筋混凝土結構的試驗研究與結構特性

3.3.1 裝有Pall型摩擦耗能器鋼筋混凝土結構的試驗研究與結構特性

3.3.2 裝有十字芯板摩擦耗能器鋼筋混凝土結構的試驗研究與結構特性

3.3.3 裝有Sumitomo摩擦耗能器鋼筋混凝土結構的試驗研究與結構特性

3.3.4 裝有圓環一摩擦耗能器鋼筋混凝土結構的試驗研究與結構特性

3.3.5 裝有複合型摩擦耗能器鋼筋混凝土結構的試驗研究與結構特性

3.3.6 裝有鋼筒摩擦耗能器鋼筋混凝土結構的試驗研究與結構特性

3.4 小結

參考文獻

4 摩擦耗能減震結構的分析方法

4.1 耗能減震結構的分析方法

4.1.1 結構地震反應分析方法概述

4.1.2 耗能減震結構的分析方法概述

4.2 耗能減震結構的分析模型

4.2.1 普通結構的分析模型

4.2.2 耗能減震結構的分析模型

4.3 基於等價線性化的振型分解反應譜法

4.3.1 振型分解反應譜法概述

4.3.2 耗能減震器的等價線性化

4.3.3 耗能減震結構的振型分解法

4.3.4 耗能減震結構的抗震設計反應譜

4.3.5 耗能減震結構地震作用與作用效應計算

4.4 時程分析法

4.4.1 時程分析法概述

4.4.2 輸入地震波的選用及調整

4.4.3 耗能減震結構的恢復力模型

4.4.4 質量、剛度與阻尼矩陣

4.4.5 結構振動方程的數值積分法

4.5 靜力彈塑性（Push-over）分析方法

4.5.1 靜力彈塑性（Push-over）分析方法概述

4.5.2 靜力彈塑性（Push-over）分析方法的原理

4.5.3 結構的能力譜

4.5.4 結構的地震需求譜

4.5.5 目標位移與結構性能評估

4.6 能量分析法

4.6.1 能量分析法概述

4.6.2 能量分析法的基本原理

4.6.3 地震輸入能量及其分配的影響因素

4.6.4 能量反應譜

參考文獻

5 摩擦耗能減震結構的設計方法

5.1 耗能減震結構的概念設計

5.1.1 耗能減震結構的適應範圍和設防目標

5.1.2 耗能減震結構的性能標準和基本要求

5.1.3 耗能器的選擇、數量確定及佈置原則

5.2 摩擦耗能減震結構的設計方法

5.2.1 最優滑移荷載設計譜法

5.2.2 期望阻尼比循環設計方法

5.2.3 與現行抗震規範相結合的設計方法

5.2.4 能量設計方法

5.3 摩擦耗能器的連接與構造

參考文獻

6 摩擦耗能器的實際工程應用

6.1 摩擦耗能器的應用概況

6.2 摩擦耗能器在新建工程中的應用

6.2.1 肯考迪亞大學圖書館

6.2.2 加拿大民航總部大樓

6.2.3 摩斯柯恩西會議中心

6.2.4 利諾維爾歐羅巴大樓

6.2.5 救護中心大樓

6.2.6 印度的梔子花公寓住宅樓

6.2.7 日本某圖書館

6.2.8 雲南洱源縣振戎中學食堂

6.3 摩擦耗能器在加固工程中的應用

6.3.1 蒙特利爾娛樂場

6.3.2 魁北克省警察局

6.3.3 馬克特克大樓

6.3.4 易通大樓

6.3.5 正義中心大樓

6.3.6 加拿大國家電子研究大樓

6.3.7 斯特文森醫院

6.3.8 波音商業飛機廠

6.3.9 波音發展中心大樓、自助餐廳和禮堂大樓

6.3.10 高地水塔和羅林山水塔

6.3.11 弗裏波特水塔

6.3.12 日本多幢鋼筋混凝土教學樓、辦公樓和公寓

參考文獻

7 耗能減震結構分析軟件簡介

7.1 耗能減震結構分析軟件概述

7.2 ETABS

7.2.1 ETABS概述

7.2.2 耗能減震單元在ETABS中的實現

7.3 SAP2000

7.3.1 SAP2000概述

7.3.2 耗能減震單元在SAP2000中的實現

7.4 MIDAS

7.4.1 MIDAS概述

7.4.2 耗能減震單元在MIDAS中的實現

7.5 ANSYS

7.5.1 ANSYS概述

7.5.2 耗能減震單元在ANSYS中的實現

參考文獻

附錄 英制與國際單位制（SI）轉換表

地震和風災害嚴重威脅着人類的生存與發展，自人類誕生以來人們就為抵抗這兩種自然災害而奮鬥。隨着科學技術和人民生活水平的提高，預防與抵禦地震和風災害的能力也在不斷的提高，結構減震（振）控制技術作為抗禦地震（強風）的一種有效方法，也得到了發展和應用。結構減震（振）控制技術在工程結構抗震抗風中已發展成為比較成熟的技術，結構減震（振）控制方法改變了傳統抗震抗風方法通過提高結構剛度、強度和延性來提高結構的抗震抗風能力，而是通過調整或改變結構動力參數的途徑，改變結構的震（振）動反應，有效地保護結構在地震（強風）中的安全。在結構中加入耗能器來控制結構的地震和風振反應的耗能減震（振）方法是結構減震（振）控制技術中一種有效、安全、可靠、經濟的減震（振）方法。

近三十年來，國內外學者對這一技術及相關的理論、方法進行了大量的研究和應用，取得了豐碩成果。為了使這些成果能儘早應用於我國量大面廣的工程建設中，作者結合自己的研究，較系統地總結這一領域的研究成果，形成這套耗能減震系列叢書。該叢書包括《金屬耗能減震結構設計》、《摩擦耗能減震結構設計》、《粘滯阻尼減震結構設計》、《粘彈性阻尼減震結構設計》。

本教材系統地總結和闡述了摩擦耗能減震的理論、方法和技術及工程應用的主要研究成果。全書共7章。分別為：第1章摩擦耗能減震的概念與原理，第2章摩擦耗能器的類型、性能與恢復力模型，第3章摩擦耗能減震結構及其結構特性，第4章摩擦耗能減震結構的分析方法，第5章摩擦耗能減震結構的設計方法，第6章摩擦耗能器的實際工程應用，第7章耗能減震結構分析軟件簡介。

本教材得到周福霖院士等前輩和同行的鼓勵、指導和支持，作者特表示由衷的感謝！

本教材在編寫過程中，參閲了國內外許多學者的著作、論文和研究報告，一些學者主動提供了有關資料和工程照片，特在此表示衷心的感謝！作者的研究生湯統壁、楊波、吳叢曉和冷加冰等協助進行了資料收集和書稿錄入等大量工作，作者對他們的貢獻表示衷心的感謝！

本教材部分研究成果得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金和建設部、廣東省建設廳、廣州市建委、廣州市教委科技基金的資助，在此表示衷心的感謝！

由於耗能減震內容十分豐富，書中難免掛一漏萬，我們將在今後的研究和教學中逐步完善，同時。由於作者水平有限，書中難免有疏漏及錯誤之處，衷心希望有關專家、學者和讀者批評指正。