黏滞阻尼器减震设计

简单介绍了黏滞阻尼器的构造组成,耗能原理,从技术、经济两方面,阐述了其技术优势,并以山西某中学教学楼为例,分析了在减震结构中增加黏滞阻尼器的设计方法,有助于提高建筑的抗震能力。     

黏滞阻尼器减震技术应用

某项目为教学及行政楼,属性为办公、教学培训,根据《建设工程抗震管理条例》,结构需按照不低于重点设防类的要求来抗震设防设计,结合建筑功能特点,本项目采用以黏滞阻尼器为核心的消能器给结构附加阻尼,结构等效阻尼比增加,地震作用减小,以达到满足设防地震作用下建筑正常使用目标及优化部分构件截面的目的。项目减震还通过模拟多遇地震作用、设防地震作用和罕遇地震作用下时程分析,在设置消能器后,附加阻尼比和层间位移角限值均可控制在规范要求的结构减震目标范围内,同时对罕遇地震作用下的出铰情况分析,均可达到强柱弱梁的构造要求。     

屈曲约束支撑与黏滞阻尼器的减震效果对比研究

以某钢筋混凝土框架结构工程实例为研究对象,选取与场地条件相匹配的地震动作为激励,在SAP2000程序中计算了该结构在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力反应,并在框架结构模型中分别设置屈曲约束支撑和黏滞阻尼器。通过试算确定消能减震装置的参数,使得两种消能减震结构在多遇地震作用下的位移减震率均为40%。在此条件下,对比分析了结构的层间位移角、楼层加速度、基底剪力、柱轴力、塑性铰分布和各层阻尼器的工作状态。分析表明：在多遇地震作用下,屈曲约束支撑增大了结构的加速度响应,而黏滞阻尼器能够减小结构的加速度响应;在罕遇地震作用下,二者均能有效控制楼层的加速度响应,而屈曲约束支撑的位移减震效果更好,但黏滞阻尼器对框架柱内力的减少效果更为显著。     

黏滞阻尼器减震结构地震响应分析方法研究

黏滞阻尼器在大型复杂结构减震设计中应用广泛。而由于其非线性阻尼力特性,使得整体结构的地震响应分析更为复杂。为降低计算量和简化分析程序,通过对非线性阻尼力进行线性化处理,引入阻尼器方位矩阵,形成阻尼器减震结构的线性化运动方程;采用二阶Rosenbrock实时积分方法求解运动方程,根据Sherman-Morrison公式简化逆矩阵求解过程,给出求解局部非线性结构动力问题的数值积分方法;通过谱分析验证了该方法的稳定性;通过对一个装有黏滞阻尼器的七层平面框架模型进行地震响应分析,验证了该方法的计算效率和可靠性。     

黏滞-软钢阻尼器组合系统的协同减震性能研究

为验证大跨度桥梁纵向黏滞-软钢阻尼器组合系统的协同工作机理和减震效果,首先设计制作黏滞-软钢阻尼器组合系统试验模型,通过试验测试分别获得黏滞阻尼器和软钢阻尼器的力学参数;然后开展组合系统滞回试验,并将试验结果与Matlab仿真结果进行对比分析;最后以单自由度体系为例,仿真分析组合系统的协同减震性能,并与单独使用黏滞阻尼器的减震效果进行了比较。结果表明：黏滞-软钢阻尼器组合系统中阻尼器性能稳定,滞回曲线饱满,锁定装置工作可靠;组合系统可以实现低速下黏滞阻尼器工作和高速下由锁定装置切换至软钢阻尼器工作的设计理念,仿真模拟与试验结果基本一致;单自由度体系算例中,组合系统具有良好的协同减震性能,且优于黏滞阻尼器。     

黏滞阻尼器位移损失对结构减震性能的影响研究

从黏滞阻尼器减震结构的附加阻尼比公式出发,引入位移损失,推导了附加阻尼比与阻尼器出力、阻尼器等效串联刚度、结构刚度等参数之间的关系,提出最优损失率和损失刚度比概念.通过实际工程的参数分析,得到位移角减震率随阻尼系数、地震作用的变化规律,并用理论推导的结论对变化规律进行了解析.为应用黏滞阻尼器的消能减震结构优化设计提供了...     

隔震层附加黏滞阻尼器对高层建筑基础隔震结构动力响应影响

隔震层附加黏滞阻尼器对高层基础隔震结构的动力响应影响研究较少。以某地医院15层病房楼为对象,选取隔震层附加黏滞阻尼器前后两种结构,进行三向地震动的弹塑性时程分析。结果表明,隔震层附加黏滞阻尼器后层间剪力增幅可达21.3%;首层层间位移角减小15%左右,中上部楼层层间位移角增加约4%左右;隔震层位移减小可达33.6%,可以有效降低隔震支座拉应力,但对压应力影响不明显。     

变性能黏滞阻尼器隔震结构体系抗风与隔震分析

高风压、高烈度地区的高层建筑隔震设计时存在隔震层抗风需求与减震效果难以协调的问题,且罕遇地震作用下隔震层位移过大需进行限制,为此,提出在隔震层中增设变性能黏滞阻尼器形成组合隔震体系,利用变性能黏滞阻尼器的分段式性能分别控制风、地震作用下结构响应。介绍了变性能黏滞阻尼器隔震体系的构造、作用机理、设计流程,并以某29层框剪结构为例进行了隔震设计分析。结果表明,变性能黏滞阻尼器隔震体系具有良好的耗能能力和隔震层限位效果,能够同时兼顾高层隔震结构抗风与减震需求,在高风压、高烈度地区的高层隔震建筑中有较好的工程应用价值。     

黏滞阻尼器伸臂桁架布置对超高层结构减震性能影响研究

在超高层结构中,传统伸臂桁架能显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但给结构带来刚度、内力突变等不利影响,形成结构薄弱层。黏滞阻尼器伸臂桁架因其在一定程度上减小结构刚度、提供附加阻尼比,成为近年高层建筑结构抗震与抗风的新型体系。针对一226 m超高层结构中某一榀平面框架-剪力墙,在伸臂桁架中布置黏滞阻尼器,对比分析5种不同黏滞阻尼器布置方案伸臂桁架结构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的消能减震效果,将为黏滞阻尼器在超高层结构伸臂桁架中的进一步研究和应用提供借鉴。     

油阻尼器与黏滞阻尼器的性能差异探讨

油阻尼器和黏滞阻尼器虽然都是采用液体作为介质的阻尼装置,且均为速度相关性耗能器,但二者的作用机理存在本质区别,目前相关内容的介绍很少,极易造成混淆。讨论了油阻尼器的作用机理、所采用的基本公式,也给出了油阻尼器和黏滞阻尼器的性能对比,以便读者掌握和认知。     

附加黏滞阻尼器平面不对称结构基于性能的减震控制研究

随着结构控制理论的发展,已经有不少实际工程尝试使用消能装置来控制结构的平扭耦联反应。以平面不对称结构作为分析对象,通过能力谱法,研究附加非线性粘滞阻尼器结构基于性能的抗震设计,并提出平面不对称结构阻尼系数的分配方法。     

基于性能的黏滞阻尼器与钢框架钢板剪力墙组合减震结构设计

基于结构附加阻尼及附加刚度变化对地震响应的影响规律,推导了黏滞阻尼器(VFD)与钢框架钢板剪力墙新型组合减震结构位移降低率和剪力降低率的计算式,绘制出了新型组合减震结构的减震性能曲线,给出了基于性能的组合减震设计步骤,并以1栋高烈度区实际工程为例对该方法进行了验证.结果表明,当结构位移降低率和剪力降低率确定时,结构存在...     

基于性能的屈曲约束支撑与黏滞阻尼器组合减震结构设计方法

基于结构自振周期及阻尼比变化对结构地震作用的影响规律,推导屈曲约束支撑(BRB)与黏滞阻尼器(VD)组合减震结构单自由度体系位移降低率及地震剪力降低率计算公式,绘制组合减震结构在目标位移降低率及目标剪力降低率下的减震性能曲线,提出基于性能的组合消能减震设计方法,采用工程算例验证该设计方法的有效性,并提出组合减震设计方法在多自由度体系中的简化应用模式。结果表明:当目标位移降低率及目标剪力降低率确定时,结构存在唯一减震性能点,合理设计下,组合减震结构可同时取得较好的位移及地震剪力减震控制效果,用该设计方法得到的算例结构实现了设定的减震目标,质量和刚度沿高度均匀分布的多自由度体系组合减震设计可采用该基于一阶振型的简化应用方法。     

自复位黏滞阻尼器抗震性能研究

工程中消能减震技术采用的消能装置种类众多,大部分具有良好的耗能能力,在提升建筑结构抗震性能中被广泛使用。现今研究表明震后残余位移对结构的修复使用具有重要意义,因此如何有效减小震后残余位移成为工程界强烈关注的问题。相较于普通阻尼器,1种具有自复位能力的阻尼器成为新方向。以1幢6层混凝土框架结构为例,安装1种新型的自复位黏滞阻尼器,在有限元软件Open Sees中进行模拟计算,分析单参数指标和多参数指标进行抗震性能分析。研究结果表明,自复位黏滞阻尼器不仅可以有效耗散地震能量,降低结构地震响应,提高结构的抗震性能,而且可以依靠阻尼器旗帜型的滞回曲线为结构提供回复力,高效地减小结构的残余位移,甚至可以消除残余位移,为震后结构正常使用提供了保障,同时表明残余位移对于评估自复位黏滞阻尼器在框架减震作用中具有重要意义。     

基于性能的非线性黏滞阻尼器减震结构设计与抗倒塌能力评估

依据我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)和借鉴日本隔震结构协会《被动减震结构设计!施工手册》,提出了非线性黏滞阻尼器减震结构的设计方法,通过实际结构的等效单自由度体系的减震性能曲线,确定非线性黏滞阻尼器的损失刚度比和等效支撑构件刚度比,进而应用于主结构,确定各楼层需配置的非线性黏滞阻尼器参数。利用这一方法对某6层钢筋混凝土框架结构进行减震设计,并采用SAP2000软件对结构装设阻尼器前后的抗震性能进行了分析对比。最后选择20条地震波对结构某榀横向中框架进行了增量动力分析,并采用倒塌储备系数评估结构的抗倒塌能力。结果表明:装设非线性黏滞阻尼器后结构的抗震性能有较大的改善,能够较好地达到性能目标的要求;结构的抗倒塌能力也明显提高。但不同地震动输入下结构的增量动力分析结果差别较大,因此地震波的合理选择及大震作用下动力分析结果的可靠性仍然是今后需进一步研究的主要问题。     

应用黏滞阻尼器的框架结构减震效果模拟分析

采用数值模拟方法对应用黏滞阻尼器的框架结构进行减震效果分析。为确保分析模型的准确性,分别对PKPM和ETABS,Midas-Gen模型计算得到的质量、周期和层间剪力对比分析,利用ETABS和Midas-Gen对框架结构进行多遇和罕遇地震下减震效果分析,结果表明:应用黏滞阻尼器的框架结构,在多遇地震作用下,层间剪力和位移角均有明显减小,在罕遇地震作用下,结构的层间位移角有所减小,减震效果明显。     

装配整体式混凝土高层建筑结构黏滞阻尼器减震设计

上海某装配式高层建筑,预制率不低于45%,结构体系采用设置黏滞阻尼器的装配整体式钢筋混凝土框架结构。时程分析结果表明:多遇地震作用下,附加黏滞阻尼器结构较常规结构的首层地震剪力平均减小约35%,最大层间位移角平均减小约40%,黏滞阻尼器的平均耗能比例高达64%,黏滞阻尼器消能减震效果明显;罕遇地震作用下,结构最大层间位移角为1/158,结构屈服机制合理,结构塑性变形满足"生命安全LS"性能目标,结构构件的损伤程度轻,大震下结构抗震性能良好。     

黏滞阻尼器在某教学楼减震设计中的运用

黏滞阻尼器由于其构造简单、材料经济、减震效果明显等优点,在实际结构振动控制中具有广泛的应用前景。以某学校的教学楼应用黏滞阻尼器的减震设计为例,介绍黏滞阻尼器减震结构的分析方法;对结构进行弹塑性时程分析,同时对比减震与非减震结构的抗震性能。分析结果表明,相比于非减震结构采用黏滞阻尼的减震结构的抗震性能得到了显著改善。     

布置黏滞阻尼器的格构式拱形刚架减震控制研究

将黏滞阻尼器引入格构式拱形刚架,分析了阻尼器对结构平面内地震响应的控制效果。通过动力时程分析,研究了多遇地震作用下阻尼器减震效果随阻尼器布置位置、阻尼系数及结构关键参数取值的变化规律;揭示了罕遇地震作用下黏滞阻尼器对结构受力性能的改善机理。研究结果表明：在结构拱柱连接处附加黏滞阻尼器,其竖向减震效果较横向更显著;随阻尼系数的增加,位移减震率先上升后平缓甚至下降;罕遇地震作用时,在体系层面,黏滞阻尼器有效地降低了结构的整体变形;在构件层面,黏滞阻尼器改善了拱脚杆件塑性程度,使结构各构件受力更均匀。     

大震下考虑黏滞阻尼器极限状态的减震结构抗震性能分析

现有用于黏滞阻尼器模拟的模型只能反映其正常工作状态,因此大震或特大震下,如黏滞阻尼器达到其极限状态则不能使用。针对这一问题,使用C++语言对黏滞阻尼器的Maxwell模型进行二次开发得到了可考虑位移极限状态的阻尼器Maxwell01模型、可考虑力极限状态的阻尼器Maxwell02模型,其中Maxwell02模型既可表示活塞咬边受拉极限状态又可表示驱动支撑受压极限状态,然后将Maxwell01,Maxwell02模型集成到OpenSees中。选择一个6层钢框架结构,分别按无阻尼器、安装黏滞阻尼器但未考虑极限状态、安装黏滞阻尼器且考虑活塞咬边受拉极限状态、安装黏滞阻尼器且考虑驱动支撑受压极限状态4种工况进行罕遇地震水准下的弹塑性时程分析。分析结果对比表明,考虑力极限状态,黏滞阻尼器的耗能能力会下降,因此大震下若不考虑极限状态,会高估黏滞阻尼器减震性能。