多遇地震作用下消能减震结构附加阻尼比计算方法

GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》规定,消能减震设计计算中,主体结构基本处于弹性工作阶段时可采用线性分析方法计算,按消能减震结构总阻尼比确定地震影响系数。其中,确定消能器的附加阻尼比是计算地震响应系数的关键。基于此,总结规范方法和减震系数法两种工程中用于消能减震结构附加阻尼比计算的方法,分析两种方法存在的计算困难。由此提出适宜于计算机编程计算的自由振动衰减法,并在2个实际工程中对比这3种方法计算附加阻尼比得到地震响应的准确性。结果表明,自由振动衰减法与规范方法附加阻尼比计算结果吻合,由该阻尼比按线性分析方法计算得到的地震响应与非线性时程分析计算结果误差不大,且计算方法简便,适于工程设计;而减震系数法计算结果偏于保守,将减震系数法用于消能减震结构的计算尚有待进一步研究。     

SAUSAGE软件减震结构附加阻尼比的应用

《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定,消能减震设计计算中,主体结构基本处于弹性工作阶段时可采用线性分析方法计算,按消能减震结构总阻尼比确定地震影响系数。其中,确定消能器的附加阻尼比是计算地震响应系数的关键。考虑到消能器附加阻尼比规范算法各项参数选取的困难,SAUSAGE软件给出了基于非线性时程分析结果的附加阻尼比规范算法,同时,也给出了基于能量的附加阻尼比算法。从实际工程出发,对比了这两种附加阻尼比计算方法的计算结果,并分析了差异原因;同时对比了两种附加阻尼比等效线性分析与非线性分析层间剪力的误差,结果表明,基于能量算法得出的附加阻尼比更符合实际;最后,探讨了地震波选取及附加阻尼比计算时刻对计算结果的影响,给出了一些工程应用的建议。     

黏滞阻尼器结构等效阻尼比计算方法比较研究

讨论了几种计算附加非线性黏滞阻尼器结构的等效阻尼比实用估计方法,并根据减震结构与非减震结构动力响应提出动力响应减震系数法计算附加等效阻尼比,并以一个黏滞阻尼器框架抗震墙结构实际工程比较了四种附加等效阻尼比估计方法以及动力响应减震系数法得到地震响应的准确性。     

黏滞阻尼器消能减震结构在多遇地震下附加阻尼比计算方法对比研究

确定消能减震结构在多遇地震作用下阻尼器的等效附加阻尼比是消能减震结构设计的关键。较易于应用在工程实践的三种等效附加阻尼比计算方法分别为:规范反应谱法、规范时程法和时程能量比法。本文参考层模型概念给出了规范时程方法中阻尼器耗能和结构应变能的一种计算方法;讨论了能量等效的理论依据和基本假定;评述了三种方法的优缺点。为避免时程分析中地震动的离散性,本文时程分析采用了人工合成地震动。基于自主研发软件,使用上述三种方法计算了某实际消能减震结构的等效附加阻尼比,讨论了三种方法的差异。     

基于线性化等效方法的消能减震结构有效附加阻尼比计算

通过线性化等效原理,将消能减震结构中的消能部件等效为框架柱,将非线性分析转化为线性分析,得到消能部件附加给结构的有效阻尼比。对工程实例进行了线性化等效分析和非线性对比分析。研究结果表明：线性化等效分析方法可以准确地得出消能部件附加给结构的有效阻尼比,无论是层间位移角还是层剪力,两种分析方法得出的结果都符合较好,通过“附加有效阻尼比”修正的结构的线性分析与含有消能减震部件的非线性分析得出的结果一致。     

BRB消能减震结构设计中附加有效阻尼比计算方法分析研究

依据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)提出的消能减震结构设计中附加有效阻尼比的确定方法,结合实际BRB消能减震结构,采用包络法、时变法及综合法三种取值方法,分别计算BRB的附加有效阻尼比,将计算所得附加有效阻尼比叠加回原结构,对叠加后结构进行弹塑性时程分析,对比其与BRB消能减震结构的响应。结果表明:包络法计算简捷、精度略低,计算结果较安全保守;时变法计算繁复、精度较高,较符合实际;综合法计算繁复程度和精度均介于包络法和时变法之间,此研究可为BRB消能减震结构计算附加有效阻尼比提供参考,亦可作为其他位移及速度型消能减震结构计算附加有效阻尼比的参考。     

建筑减震结构分析的层间剪力校准系数法

我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)推荐采用考虑附加阻尼比和附加刚度的振型分解反应谱法进行建筑减震结构地震作用效应分析。但附加阻尼比和附加刚度的确定存在近似性，亟待发展高效准确的减震结构分析方法。以减震结构为研究对象，建立了减震结构地震响应的时域显式表达式，实现了非线性减震装置恢复力(阻尼力)的快速迭代计算。结合蒙特卡罗模拟，通过地震响应平均峰值的计算获得了统计上准确的结构层间剪力，并将其与规范反应谱法得到的层间剪力进行对比，进而获得了各楼层的层间剪力校准系数，采用该校准系数对规范反应谱法计算得到的各楼层构件内力进行了调整。最后，针对三个建筑减震结构，分别采用层间剪力校准系数法和规范反应谱法进行地震响应分析，验证了层间剪力校准系数法在减震结构地震作用效应计算方面的高效性和准确性。     

基于功率的附加有效阻尼比计算方法研究

消能减震结构附加有效阻尼比计算一般采用基于能量的应变能法。相比能量,功率反映能量的耗散效率,具有瞬时特性,对于速度相关型消能器,风振设计时经常要求计算功率,使用功率计算附加有效阻尼比将更加合理直接。推导了基于功率的附加有效阻尼比计算方法(功率计算方法),比较功率计算方法与应变能法的差异性,通过一个多层与一个超高层工程实例对功率计算方法与应变能法的计算效果进行研究。结果表明,应变能法计算结果较为保守,功率计算方法计算结果更符合实际。建议计算速度相关型消能器附加有效阻尼比时优先采用功率计算方法。     

隔震结构不同阻尼比地震影响系数曲线的改进研究

对我国现行建筑抗震设计规范中不同阻尼比隔震结构的地震影响系数曲线进行了研究。对于隔震结构的计算分析,规范建议采用时程分析方法进行求解;在特定情况下,也可根据规范中不同阻尼比结构的地震影响系数曲线,采用简化的等效线性化方法进行迭代求解。建立了一个典型的采用叠层橡胶支座隔震的12层钢筋混凝土结构;分别采用等效线性化方法和时程分析方法,对隔震层位移、基底剪力等进行分析和比较。发现等效线性化方法的隔震分析结果相对于时程分析方法严重偏大,说明当结构阻尼比大于0.05时,我国规范的阻尼调整系数值过于保守。在此基础上,对规范中地震影响系数曲线采用的阻尼调整和形状参数提出了改进建议。在不同的场地类别和地震分组情况下,改进后的等效线性化方法的计算精度均得到了很大提高,可以准确计算隔震结构的基本动力响应。     

新型黏滞阻尼墙在某框架-剪力墙结构中的应用

介绍了新型黏滞阻尼墙(VFW)的性能和减震原理,以及附加阻尼比的一种实用计算方法。分别计算了原结构模型、设置VFW的消能器模型以及调整阻尼比的模型三者的地震响应,通过对比设置VFW的模型与调整阻尼比的模型的计算结果,研究消能器为结构提供的附加阻尼比。由分析可知,消能器耗能显著,计算结果满足减震目标要求,消能减震设计方案能够有效改善结构性能,对控制结构层间位移角、减小地震作用具有明显作用。     

用随机减量法计算消能减震结构附加阻尼比

在消能减震设计中,附加阻尼比直接影响到地震影响系数的大小,也是评价消能减震方案的重要宏观指标。针对现有的由结构响应计算附加阻尼比的方法存在计算繁琐且不够准确等不足,将随机减量法运用在消能结构阻尼比的计算中,即从结构的地震响应信号中提取自由振动衰减信号,从而很方便地利用对数衰减法确定消能结构的阻尼比。算例结果表明,该法可以近似地分析减震结构耗能随振动强度和时间的变化。最后采用工程实例介绍消能减震结构的分析以及阻尼比的计算方法,并通过其来评价两种消能方案,从而为消能减震结构设计提供参考。由随机减量法计算得到的阻尼比作为一个重要评价指标可以在今后的设计中应用。     

考虑平-扭耦联效应的消能减震结构振动反应分析

为深入探讨消能减震结构在发生平-扭耦联变形时的振动反应分析方法,对消能减震结构中消能装置附加阻尼比的计算理论和计算方法进行了对比分析,并建立了可以考虑平-扭耦联效应的消能装置附加阻尼比计算方法,即改进变形能比法,并深入研究了消能减震结构发生平-扭耦联变形的动力时程分析方法,如振型叠加法、状态空间解法和直接积分法。选取2个偏心结构对建立的计算模型和相关结论进行了验证分析,数值计算结果表明:改进变形能比法求解的消能减震装置附加阻尼比与精确解(复模态理论)结果相接近,3种动力分析方法在求解消能减震结构发生平-扭耦联变形时均具有较高精度,可用于此类工程抗震设计与分析。     

黏滞阻尼器有效刚度对结构的影响及其取值方法研究

目前,在进行消能减震结构分析时,通常忽略黏滞阻尼器的刚度,影响了结构受力与响应的准确性。为此,阐述黏滞阻尼器刚度特性及其对结构的影响,给出一种适用于时程分析的有效刚度迭代取值方法。对设置黏滞阻尼器消能减震模型、附加有效阻尼比等效模型和附加有效阻尼比与有效刚度等效模型的三组模型进行分析,研究黏滞阻尼器有效刚度对结构受力与响应的影响。结果表明:采用附加有效阻尼比与有效刚度等效模型分析得到的结构楼层剪力与层间位移角的变化趋势基本和采用消能减震模型分析的结果一致;采用附加有效阻尼比等效模型与采用消能减震模型分析的结果则相差较大;时程分析中采用提出的有效刚度迭代取值方法是可行的,建议黏滞阻尼器消能减震结构设计时考虑黏滞阻尼器有效刚度的影响。     

基于应变能法的附加有效阻尼比时变计算方法研究

《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)及《建筑消能减震技术规程》(JGJ 297—2013)给出的消能减震结构设计中附加有效阻尼比取值计算方法为包络计算方法,使得计算结果偏于保守,计算精度相对较低。针对以上问题,提出了基于应变能法的附加有效阻尼比时变计算方法(时变法),通过消能减震实际工程分析验证了该计算方法的合理性与精确性。结果表明,"时变法"计算所得附加有效阻尼比结果合理,更加吻合实际情况,具有更高精度。     

某医技楼消能减震设计及非线性分析

上海某医院医技综合楼项目为高层框架-剪力墙结构,采用了墙板式软钢位移型阻尼器的消能减震设计方案。为研究该方案的减震效果,利用ETABS、PKPM-SAUSAGE两种有限元软件对结构进行多遇地震和罕遇地震下的非线性时程分析,分析结果表明:PKPM、YJK等常规设计软件中等效支撑+附加阻尼比能够有效地模拟阻尼器的作用;通用有限元分析模型中非线性连接单元能有效地模拟阻尼器的作用;软钢位移型阻尼器在小震下开始屈服耗能并为结构提供附加阻尼比,采用规范法和能量法两种方法计算,计算结果表明,阻尼器能够为该高层框架-剪力墙结构提供1%的附加阻尼比;罕遇地震下,阻尼器充分耗能,且所有阻尼变形均不超过产品限值;采用消能减震方案后,结构抗震性能有了较大提高。     

高层建筑局部消能减震体系的参数影响及设计分析

本文分析了影响局部消能减震新体系减震效果的主要因素,为上下部结构的重力荷载比、周期比以及上部结构的等效粘滞阻尼比。通过计算得到了上下部结构重力荷载比的适宜配置为Rg=0.1~0.4,周期比的适宜配置为RT=0.9~1.5,适宜的上部结构附加阻尼比为ζd1=0.15~0.25。提出了局部消能减震结构的改进振型分解反应谱法,通过算例分析,说明该方法用于局部消能减震结构是可行的,计算结果能够满足工程设计精度要求。     

高层钢框架结构附加屈曲约束支撑阻尼投放量的简易计算方法研究

依据建筑抗震设计规范(GB50011-2010)建立24层空间钢框架结构,分别采用等效线性化理论、能量平衡以及倍数法的设计方法计算高层钢框架结构附加屈曲约束支撑的阻尼投放量,并采用Midas/Gen软件对附加阻尼的消能减震结构进行弹塑性时程分析,考察和比较以上三种理论方法确定阻尼量的过程和附加阻尼后结构的减震效果。结果表明:1采用等效线性化理论计算时,设定参数和使用公式较多且繁琐,耗费大量时间和精力;采用倍数法计算时,"最佳倍数"的确定需要反复试算多种工况,计算量较大;2采用能量法计算时,参数和公式少、力学概念清楚、原理易懂,且减震效果最好,故认为用此方法计算阻尼投放量既有效又简便。最后给出了能保证良好消能减震效果的有效弹性刚度比和屈服力比的参考范围,为消能减震结构设计提供依据。     

消能减震结构附加阻尼比相关问题讨论

讨论了消能减震结构附加阻尼比计算的两种基本方法,并对结构应变能计算的三种表达式进行分析,给出不同表达式的使用建议,在此基础上,通过一个算例对和附加阻尼比及减震效果相关的几个问题进行了比较分析。明确不同附加阻尼比计算方法在小震和大震下产生的具体差别程度;比较了局部楼层布置阻尼器时采用附加阻尼比的误差、高附加阻尼比对地震总输入能量的影响等。在给出附加阻尼比相关问题定量化规律特征的前提下,对消能减震结构设计与分析提出了合理化建议。     

弹塑性结构等效线性化方法的对比研究

本文对五种等效线性化方法——割线刚度法、Hwang的经验系数法、平均刚度和能量法、Iwan的经验系数法、平均刚度和阻尼法的计算精度进行了统计分析。以误差的均值和变异系数作为评价标准,研究不同延性、不同结构周期、不同阻尼比对这些简化计算方法计算精度的影响。     

基于时程分析方法的黏滞阻尼减震结构附加阻尼比计算研究

附设黏滞阻尼器后结构的附加阻尼比是进行减震结构设计的关键。基于目前计算附加阻尼比时应用得十分广泛的时程分析方法进行研究,首先从基本理论出发,分析基于特征向量法的快速非线性分析（FNA）方法、Ritz向量法的FNA方法、直接积分方法以及与3种计算方法对应的能量比法在附加阻尼比计算时所面临的主要问题及重要参数设置;然后通过一单自由度体系的振动台试验测试结果与各种计算方法的数值模拟结果进行对比分析,得到较为适合的附加阻尼比计算方法;最后将研究成果应用于实际工程结构,进一步验证所推荐方法和参数设置的正确合理性。研究旨在为今后广大一线减震设计工程师计算较为真实的附加阻尼比提供重要参考。