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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

消能减震结构的抗震计算研究和软件实现

消能减震结构的抗震计算可采用考虑阻尼影响的反应谱按常规的振型分解反应谱法进行,其中的关键问题是确定消能装置提供的附加阻尼比。针对国内消能减震结构抗震计算的现状,在《建筑消能减震技术规程》(JGJ 297—2013)建议的附加阻尼比算法基础上,给出了一种改进的自动迭代算法,并在软件SATWE中实现。对实际工程的计算表明,该算法相比于传统的手算方法准确性和效率更高、适用范围更广。使用本文算法及程序,可以使消能减震结构的抗震计算更加接近于传统结构的抗震计算。     

某教学楼的消能减震降度设计

主要探讨某教学楼利用消能减震技术来适当降低抗震措施的抗震加固设计,在多遇地震下采用等值线性分析方法来计算结构的附加阻尼比,并对设置软钢消能器后的某教学楼进行在罕遇地震下的静力非线性分析。分析结果表明,结构能够达到既定的减震目标。     

四川省老年医学中心-医技楼消能减震设计

四川省老年医学中心项目,采用了设置黏滞消能器的消能减震框架结构体系。主要阐述了黏滞消能器的布置原则、附加阻尼比计算、小震弹性时程和减震系数分析、大震弹塑性时程分析和关键部位验算。结果表明,结构各项指标均能满足现行规范及规程要求,大震下黏滞消能器滞回曲线饱满、减震效果明显,消能器的设置有效保护了主体结构,提高了整体结构的抗震性能。     

防灾科技学院科研中心消能减震结构设计

防灾科技学院学生及教师科技研发中心项目位于高烈度区,为提高结构抗震安全性,满足建筑功能使用要求,项目采用消能减震体系,共布置88个黏滞消能器。采用ETABS空间分析程序,通过不同水准地震作用下的结构弹性和弹塑性分析,得到消能减震结构的楼层剪力、层间位移角、能量耗散、塑性发展等,对该结构体系的抗震性能进行综合评价。结果表明,结构整体和关键构件均满足设计要求,结构抗震性能良好;设置消能器的减震效果明显,多遇地震下消能器提供7.8%附加阻尼比,罕遇地震下消能器提供2.6%附加阻尼比,结构滞回提供2.1%附加阻尼比;罕遇地震作用下,结构整体损伤状态属于中等破坏,满足"大震不倒"设防目标。     

基于减震控制目标的黏滞消能设计实用方法

提出了一种黏滞流体消能器减震设计的实用设计方法:即由设定的性能目标确定地震作用的降低程度,再确定原结构所需要的消能器附加有限阻尼比,再根据消能器耗散的能量与消能结构的总应变能两者的比值,估算出结构所需消能器的数量,最后进行消能器的优化设计。采用本文实用设计方法对一栋框架-剪力墙结构进行消能器布置。对该减震结构在多遇地震和罕遇地震作用下的减震效果分析表明,利用本文实用方法得到的消能器布置达到了预期减震效果。本文实用方法简便准确,是快速估算黏滞流体消能器数量和选择消能器优化参数的有效方法。     

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。     

高烈度区某办公楼消能减震设计

宿迁市某高层办公楼采用混凝土框剪结构,位于高烈度区,采用粘滞阻尼墙消能减震设计。根据结构特点,制定减震方案并确定减震目标;采用规范算法、能量对比法计算得到粘滞阻尼墙在多遇地震作用下的附加阻尼比。采用ETABS软件分析多遇地震作用下的结构响应、MIDAS软件分析罕遇地震作用下的结构响应。得到结论:1)粘滞阻尼墙减震方案能够满足结构在多遇地震和罕遇地震下的减震目标;2)采用减震设计后,主体结构在大震下抗震性能较好,满足现行规范要求。     

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。     

消能减震结构阻尼器有效刚度及结构等效阻尼比取值方法研究

给出了消能减震结构时程分析中阻尼器有效刚度及结构等效阻尼比的计算步骤,研究了消能减震结构阻尼器有效刚度、结构等效阻尼比如何取值并给出取值建议,讨论了消能减震结构考虑双向地震作用时地震工况主次方向的确定方法.以某框架结构为例,对比消能减震结构时程分析与等效结构反应谱分析.结果表明,本文所提出的取值方法合理,双向地震工况主...     

粘性消能器Voigt计算模型分析与研究

附加粘性消能器的消能减震结构可由原结构的抗侧刚度和消能器的阻尼系数并联的Voigt模型表示,其中原结构为未加粘性消能器的结构。本文根据Voigt模型的受力特点,推导出附加粘性消能器的消能减震结构在外力作用下的力与位移关系式,由此绘制出结构的滞回曲线。根据推导出的阻尼比的计算公式得到阻尼比在滞回曲线中的几何意义,并分析出原结构的抗侧刚度、附加阻尼器的阻尼系数和外部干扰力的频率对Voigt计算模型滞回曲线的饱满度、形状变化趋势等的影响。结果表明,阻尼比几何意义为滞回曲线截距值的一半,阻尼系数越大、圆频率越大、原结构的抗侧刚度越小、阻尼比越大,滞回曲线越饱满,耗能能力越强,为附加粘性阻尼器的消能减震结构设计提供有益参考。     

某办公楼采用黏滞消能器的消能减震设计

介绍了高烈度区某12层科研办公楼采用黏滞消能器的消能减震设计。该办公楼采用现浇混凝土框架—剪力墙结构,在1层～12层优化布置了48套黏滞消能器。对结构进行多遇地震下的弹性时程分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析,结果表明黏滞消能器起到了良好的减震效果,显著降低了结构的地震响应,减震结构设计指标均能满足规范要求,并能提供约5%的附加等效阻尼比。     

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。