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。     

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。     

粘滞阻尼结构小震附加阻尼比计算方法的对比分析

根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010,消能减震结构设计中,主体结构弹性工作时可采用等效线性分析方法来分析计算,其中,确定等效附加阻尼比是消能减震设计计算的关键。规范的方法实际使用起来比较困难,且对场地卓越周期与结构自振周期的比值比较敏感,特别是对长周期结构计算出的附加阻尼比偏大,低估了地震作用。减震系数法虽易于设计人员使用,却太过于保守,造成较大的经济浪费。因此,利用一自振周期明显高于场地卓越周期的框架结构,对比分析规范法、减震系数法、能量比法、响应衰减法,以及笔者提出的平均减震系数法。按等效线性分析方法所得结果与非线性时程分析结果比较,结果表明,规范法附加阻尼比偏大,偏不安全;减震系数法附加阻尼比过于偏小和保守;而能量比法、响应衰减法及平均减震系数法三者比较吻合,且三者计算误差均不大,其中,能量比法与平均减震系数法计算简便,便于实际工程应用。     

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。     

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。     

粘滞流体阻尼器用于建筑结构的减震设计原理与方法

研究了粘滞流体阻尼器用于建筑结构消能减震设计的原理、分析方法。包括阻尼器的设置、消能支撑的型式、支撑钢杆的设计、抗震设防目标、消能减震建筑结构的特点。给出了消能减震结构的附加水平控制力、附加有效阻尼比、地震影响系数、阻尼矩阵的计算方法;介绍了振型分解反应谱法和直接动力时程分析法的设计计算要点。最后给出了采用粘滞流体阻尼器进行消能减震设计的实用设计步骤。     

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。     

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。     

减震结构基于模态阻尼耗能的附加有效阻尼比计算

快速准确估计附加有效阻尼比对于减震结构的设计过程具有提高工效意义。提出一种基于有效模态阻尼耗能概念的附加有效阻尼比计算方法,其物理意义明确,充分考虑了有效阻尼比的时变特性,且具有计算简单、精度高等优点。结合实际工程案例,对该方法计算值的精确性进行了验证,并与国家“抗规”方法进行了对比。     

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。     

基于材料非线性的结构抗震性能评价方法

利用基于材料非线性的精细化有限元模型,根据混凝土损伤和钢材等效塑性变形得到了结构材料、构件、楼层、整体结构的损坏等级并研究了将其作为抗震性能指标的合理性。为进一步丰富结构抗震性能评价指标,给出了楼层非线性耗能、整体结构的非线附加阻尼比、刚度退化系数的计算方法。将上述计算和评价方法在完全自主研发的非线性显式动力有限元分析软件SAUSAGE中完成开发。利用SAUSAGE分析了某超高层框架-剪力墙结构在7组地震动不同强度作用下的非线性动力响应。讨论了材料应力、截面内力、损伤、等效塑性应变作为抗震性能评价的可行性。对比了不同强度地震作用下结构层间位移角、层间剪力退化系数、楼层非线性耗能、楼层损坏等级作为楼层抗震性能指标并判断结构薄弱楼层的差异。研究了最大层间位移角、基底剪力退化系数、非线性附加阻尼比、刚度退化系数、损坏等级作为结构整体评价指标的合理性及对地震动的离散性;从统计意义上分析了最大层间位移角和其他指标的相互关系。     

Identification of damping ratio and its influences on wind‐ and earthquake‐induced effects for large cooling towers

Standard 5% damping ratio for high‐rise concrete structures is generally used for dynamic analysis under the action of wind and earthquakes in the existing cooling tower regulations and researches. But considering the unique configuration and material attributes of large cooling towers, the actual damping ratio must be far smaller than the recommended. However, only a few field measurements of damping ratio for large cooling towers have been conducted; neither are there thorough investigation into the qualitative and quantification of wind and seismic effects under different damping ratio. To fill this gap, field measurements of a large cooling tower standing 179 m in northwestern China was performed and acceleration vibration signals at representative positions of the tower under ambient excitation were obtained. The vibration signals were preprocessed combining random decrement technique and natural excitation technique. Three pattern recognition methods (auto‐regressive and moving mean model, Ibrahim time domain, and spare time domain (STD)) were applied to analyze the frequencies, damping ratios, and modes of vibration for the first 10 order modes. Following the line of thought of modal combination, the equivalent synthetic damping ratio was derived. Under 5 damping ratios (0.5%, 1%, 2%, 3%, and 5%), a comparative analysis on the dynamic responses of the cooling tower to wind and single seismic loading by using full transient method was performed. On this basis, the patterns of influence of damping ratio on wind‐induced vibration, wind vibration coefficient, and time history and extrema of seismic responses were extracted. Finally, different combinations of dead weight, wind, temperature in winter, sunshine duration, and seismic intensity and those of accidental seismic effects (8 working conditions) were considered, using equivalent synthetic damping ratio and standard damping ratio. Thus, the most unfavorable working conditions were identified under actual and standard damping ratios for the large cooling tower. Our research findings provide reference for determining the value of damping ratio in large cooling towers and deepening the understanding on the influence mechanism of damping ratio.     

安装磁摩擦耗能装置的结构抗震设计

摩擦耗能装置是一种有效的被动耗能装置,可以有效地减小结构在地震、风荷载等作用下的反应。本文提出了安装磁摩擦耗能装置的抗震设计方法,首先采用振型分解反应谱法计算安装磁摩擦控制装置的结构地震反应,在振型分解反应谱法的计算过程中,为了与现行建筑抗震设计规范接轨,从能量的角度计算安装磁摩擦耗能装置提供给结构附加的阻尼,采用迭代方法直接改变结构的阻尼比计算结构地震力,进而求得结构的地震反应;其次采用时程分析法校准结构的地震反应;最后用示例说明了这种方法的有效性。     

基于全时程迭代的金属阻尼器减震结构地震响应分析方法研究

准确地估算等效阻尼系数和等效附加刚度对于附加金属阻尼器的减震结构的设计具有实用意义。首先基于等效线性化基本理论推导出等效阻尼系数和等效附加刚度计算公式,并引入全时程迭代的思想,形成一种附加金属阻尼器减震结构的地震响应分析方法。继而通过对3层剪切型结构的地震响应分析,探讨了该计算方法迭代过程的收敛性。最后,通过对3层剪切型结构和8层平面框架结构的地震响应分析,考察了该计算方法的计算精度和可靠性。与现有方法相比,提出的等效阻尼系数和等效附加刚度计算公式物理意义明确,同时考虑了金属阻尼器自身参数和结构动力响应对等效线性化参数的影响,采用的全时程迭代方法具有收敛速度快、计算精度高等优点。     

设置混合调谐质量阻尼器的高层建筑风振控制实用设计方法

结合GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中的等效静风荷载计算方法,研究设置主被动可切换的混合调谐质量阻尼器(TMD/ATMD)的规则高层建筑结构的风振分析与实用设计方法。将控制系统的风振控制效果按照风振响应方差相等的原则归结为对受控结构的附加等效阻尼比,推导了控制系统最优参数和附加等效阻尼比的计算公式,给出了惯性质量平均最大行程比、主动控制力和额定功率的简化计算方法;并讨论了主动/被动控制模式的切换准则。最后给出以风振控制Benchmark结构模型为对象的受控结构及混合调谐质量阻尼系统的设计算例。算例分析表明：建议的设计方法可以方便地进行受控结构响应分析和控制系统参数设计;混合调谐质量阻尼器可以有效减小设计等效静风荷载和结构的动力响应。     

黏滞阻尼器在高层短肢剪力墙结构中的应用

在研究黏滞阻尼器减震短肢剪力墙结构抗震设计方法的基础上,对黏滞阻尼器的安装位置和传统计算方法进行总结和改进,提出按照阻尼力与楼层剪力呈正比的方式分配阻尼系数的方法,并采用渐进法的思想实现对结构所需附加阻尼比更为精确的计算。结合工程设计实例,通过方案对比,对普通剪力墙结构、短肢剪力墙结构、短肢剪力墙＋黏滞阻尼器结构建立有...     

基于场地特征周期的最小地震剪力系数研究

楼层最小地震剪力系数是建筑抗震设计中的重要控制指标之一。对现行规范规定的最小地震剪力系数限值与场地特征周期无关的不合理性进行了分析,这也是导致Ⅰ、Ⅱ类场地上的长周期结构基底剪力系数难以满足规范限值的主要原因。分析了影响基底剪力系数的因素,发现基底剪力系数受到结构质量和刚度的分布、地震烈度、场地特征周期、结构阻尼比以及设计反应谱形状的影响。提出了基于场地特征周期的最小地震剪力系数限值,在场地条件较好时可放松规范限值,这样使长周期结构的抗震设计更容易满足地震剪力系数的要求,更为经济合理。通过一个算例验证了文中提出的基于场地特征周期的最小地震剪力系数限值的合理性。