Seismic design and assessment of structures with viscous dampers at limit state levels: Focus on probability of damage in devices

During large earthquakes, the seismic demand of viscous dampers may exceed their capacity. In this regard, current design codes must consider extreme conditions and preserve the damper at limit state levels. Here, by adjusting the damping coefficient, a procedure is introduced to mitigate device damages during severe earthquakes. To assess the procedure, 15 special moment resisting frames with a different number of stories (two, four, and eight) were designed by three methods: The recommended novel procedure, the seismic provisions of ASCE7, and the procedure proposed by Miyamoto et al. 1 for structures, installed with supplemental damping devices. A series of incremental dynamic analyses were then performed by modeling the limit state behavior of viscous dampers. Results indicated that the novel method reduces the damage probability of dampers as well as the maximum demands on the structure at different seismic hazard levels.     

粘滞阻尼器连接的相邻隔震与非隔震建筑地震反应分析

针对隔震结构在地震作用下隔震层位移较大,可能会与相邻非隔震结构之间产生碰撞问题进行了分析,采用简化模型对隔震与相邻非隔震结构之间布置粘滞阻尼器的减震控制的工作机理进行了研究。建立了隔震与相邻非隔震结构之间布置粘滞阻尼器减震控制的数值仿真分析模型,研究了粘滞阻尼器的阻尼系数、布置位置以及隔震结构隔震层刚度对结构顶点位移的影响。结果表明:随着阻尼器阻尼系数和隔震结构隔震层刚度的增加,隔震结构顶层位移也随之增大,阻尼器布置位置越靠近隔震层,相邻非隔震结构顶层位移控制效果越明显。     

基于极点配置算法的黏滞阻尼器优化设计

为克服常用极点配置算法的局限性,提出基于实模态空间解耦的极点配置算法,该算法求得的反馈增益矩阵中位移反馈增益始终为零,符合黏滞阻尼器特性。基于该反馈增益矩阵采用等效最优控制法进行参数优化设计,并提出基于阻尼器耗散能量的位置优化设计方法。在上述研究的基础上给出了黏滞阻尼器优化设计流程,并以某20层实际结构进行数值模拟,分析结果表明,被动控制系统性能与对应主动控制系统的性能相近,达到预期效果,验证该设计流程的有效性与正确性。     

某综合办公楼采用粘滞阻尼器的消能减震设计

介绍了高烈度区某 1 2层综合办公楼采用粘滞阻尼器的消能减震设计。设计中 ,在结构原拟设剪力墙的位置设置单斜撑粘滞阻尼器消能支撑 ,所采用的粘滞阻尼器为具有自主知识产权的速度线性相关型粘滞阻尼器。时程分析结果表明 ,粘滞阻尼器可大量耗散地震动能量 ,有效降低结构在地震作用下的振动反应。     

Comparison of distribution methods for viscous damping coefficients to buildings

A simple and convenient method often adopted by practising engineers designing supplemental viscous dampers to a building is to calculate damping coefficients of viscous dampers corresponding to a desired added damping ratio. To facilitate the design, various methods for distributing damping coefficients along the height of the building are compared in the study. In the article, two non-repetitive distribution methods are proposed and compared with some often adopted methods and a repetitive simplified sequential search algorithm. Numerical studies of three planar frames in which two are vertically irregular have indicated that all distribution methods may result in similar seismic responses if added damping ratio are the same. Nevertheless, compromising among a few design factors such as the total added damping coefficient, maximum damper force at one storey, total added damper force, control of storey drift and total computational efforts, one of the two proposed methods distributing the damping coefficient only to ‘efficient storeys’ may provide one of the better choices for the practical design of viscous dampers.     

粘滞阻尼减震结构的研究与应用进展

本文总结了国内粘滞阻尼器的研究与应用现状,包括粘滞阻尼材料,粘滞阻尼器的类型、性能和力学模型,粘滞阻尼减震结构的性能、分析模型和设计方法,粘滞阻尼器在工程中的应用状况等。分析了粘滞阻尼器研究与应用中存在的问题,提出了今后应加强研究的几个问题,给出了发展减震技术的一些建议。     

消能减震结构的试算设计方法

在结构中如何确定阻尼器位置及相关参数是消能减震结构设计的关键问题.本文在仔细分析阻尼器参数特性的基础上,结合"择层设计"思想,提出了一种设置阻尼器消能减震的试算设计方法.如对于粘滞阻尼器,采用该方法可以快速确定阻尼器的位置、个数、粘滞阻尼系数和速度指数.计算实例表明,该方法简便有效,容易掌握.     

采用粘滞流体阻尼器的工程结构减振设计研究

本文在对不同结构构造的粘滞流体阻尼器的耗能原理进行分析研究的基础上,研制了一种性能良好的阻尼器──双出杆型粘滞流体阻尼器(专利号ZL00219648.4)。试验研究表明,研制的流体阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器,阻尼器的阻尼力与活塞的运动速度近似呈线性关系。介绍了工程结构采用粘滞流体阻尼器的减振设计原理,对一栋框架结构建筑进行了减振计算。计算表明,流体阻尼器可有效地降低结构的振动反应,是一种性能良好的消能减振装置。     

粘滞阻尼器在框架结构中的应用

消能减震技术比传统的抗震方法有较大的优势,其中粘滞阻尼器具有很好的减震效果,应用较为广泛;对某6层框架结构采用粘滞阻尼器进行消能减震设计,计算结果表明粘滞阻尼器对于控制结构层间位移角,基底剪力均有较好的效果。     

某大跨人行天桥的消能减振设计（一）

本文介绍了北京某大跨人行天桥的消能减振设计 ,在人行天桥的桥箱内跨中安装消能减振装置 ,消能减振装置包括TMD和粘滞阻尼器两部分 ,每个TMD由质量块和 8个弹簧减振器组成 ,粘滞阻尼器选用无刚度的速度线性相关型阻尼器。分析表明 ,采用消能减振设计可有效地削减天桥的共振反应。     

大跨度钢结构楼盖的消能减振设计

文章介绍了某火车站高架候车大厅大跨度钢结构楼盖的消能减震设计.在楼盖指定钢梁的跨中安置TMD-粘滞流体阻尼器消能减振装置,消能减振装置包括TMD和粘滞阻尼器两部分,每个TMD由一个质量块和4个弹簧减振器组成,粘滞阻尼器选用无刚度的速度线性相关型阻尼器.分析计算表明,安装减振装置后,有效地削减了该楼盖的共振响应,所有工况...     

黏滞阻尼器初始刚度的合理取值探讨

目前工程界关于黏滞阻尼器初始刚度的取值普遍较大,这与其实际性能差别较大。过大的初始刚度取值会大大高估黏滞阻尼器在风和地震下的耗能作用,使得结构设计偏于不安全。结合试验和有限元计算结果,验证了黏滞阻尼器加载刚度与其初始刚度数值上近似相等。结合一个工程案例,通过对非减震模型、不同减震模型的层间位移角、层间剪力、能量分布、附加阻尼比、滞回曲线的对比分析,阐述了黏滞阻尼器初始刚度的不合理取值可能会高估黏滞阻尼器的消能作用。     

大层高框架结构模型振动台试验

某些大型公共建筑进行抗震加固时由于建筑使用功能的要求难以采用传统加固方式,采用消能减震加固时,可能仅在部分楼层增设阻尼器。主要针对某框架结构的大型公共建筑仅在薄弱层增设黏滞阻尼器进行模型振动台试验,并对模型在地震作用下的地震响应及动力特性进行对比研究。试验结果表明,在薄弱层增设黏滞阻尼器可有效地控制、降低结构的地震反应。     

宿迁市府苑小区综合楼隔震分析

宿迁市府苑小区综合楼位于 8度区 ,设计基本地震加速度值为 0 3 0 g ,为 6层底部框架砌体结构 ,平面呈三折线形。工程采用基础隔震技术进行结构设计 ,隔震层由橡胶隔震支座、滑移支座、粘滞消能器组成。对隔震体系空间模型的时程分析表明 :采用基础隔震措施可显著降低上部结构的地震作用 ;设置粘滞消能器能较好地解决降低上部结构的地震作用和限制隔震层位移之间的矛盾 ,有效地消除结构的扭转效应     

近断层地震作用下斜拉桥黏滞阻尼器参数简化设计方法

黏滞阻尼器是漂浮体系斜拉桥常用的减震耗能装置,但传统的阻尼器参数设计需要通过反复的非线性有限元时程计算来确定,这种方法不够简便有效。本文根据近断层地震的脉冲特点以及斜拉桥动力特性,通过建立斜拉桥的双质点模型的运动微分方程,推导出近断层脉冲作用下的动力反应计算公式;并基于等效线性化方法,得到非线性黏滞阻尼器参数与等效阻尼比的关系,从而利用主梁目标位移反向确定所需设置的黏滞阻尼器参数;最后通过一座斜拉桥实例验证本文方法的正确性,并提出了黏滞阻尼器参数设计简化方法的流程。     

超高层建筑结构加强层耗能减震技术及连接节点设计研究

在框架-核心筒结构体系中,加强层可显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但会带来结构刚度、内力突变等不利影响。以某超高层建筑为工程背景,研究了黏滞阻尼器在伸臂桁架体系中的应用及在多遇地震和罕遇地震作用下的减震效果,研究了设置黏滞阻尼器的环带桁架在超高层建筑中的较优位置和减震效率。结果表明：黏滞阻尼器在伸臂桁架结构中的设置可以减小核心筒剪力墙的塑性损伤,减小结构的动力响应;设置黏滞阻尼器的环带桁架宜布置在层间相对速度大的位置,随超高层结构高度增加,阻尼器的减震效率降低。通过对伸臂桁架与外框柱、核心筒连接节点的设计及构造的分析,提出了连接节点的设计建议。     

黏滞阻尼器控制偏心结构扭转耦联振动效果分析

为了有效控制地震作用下偏心结构扭转耦联振动所引起的灾变问题,在理论分析和数值计算的基础上,建立了地震作用下偏心结构的扭转耦联运动方程,通过研究黏滞阻尼器对偏心结构扭转耦联振动的控制效果,对比分析4种黏滞阻尼器常用布置方案下偏心结构的地震响应,量化了黏滞阻尼器和钢支撑共同保护作用下对偏心结构减震效果的影响。研究结果表明:设置有黏滞阻尼器的偏心结构,在双向地震作用下偏心结构最大层位移和层间位移角均得到有效的控制;在多遇地震作用下黏滞阻尼器人字型布置方式对控制偏心结构扭转效果明显,罕遇地震作用下不同布置方式的控制效果相差不大,其结果可为地震作用下类似的偏心结构扭转效应的振动控制提供借鉴参考。     

A proposed structural design method considering fluid viscous damper degradations

The purpose of this study is to perform a seismic assessment of the moment resistant steel structures enhanced with viscous dampers where the dampers are degraded due to possible leak of viscous fluid. This paper proposes a design procedure based on corrected response spectrums as a result of seismic assessments based on nonlinear time series analyses on three‐, five‐, and seven‐story steel frame structures denoted as “generic structures.” The proposed design procedure is a seismic displacement‐based design methodology for buildings with viscous dampers as passive energy dissipation systems. Prior literature on these types of structures often overlook the viscous dampers degradation due to the fluid leak. In this paper, in order to study these effects, a target displacement is specified at first and the lateral forces and required stiffness are obtained. The effectiveness of the proposed procedure is verified with the collapse fragility curves of the generic structures according to the ASCE 7‐10 and displacement‐based design methodology. The results show that the structures designed based on proposed procedure demonstrate acceptable performance with degrading dampers.     

变高墩曲线连续梁桥减隔震分析

以一项实际工程为背景,取其中一联变高墩曲线连续梁桥作为研究对象.该桥曲率半径250 m,最大墩高40m.采用SAP2000非线性模态时程分析方法（FNA）,分别分析了原结构、带铅芯橡胶支座的结构、带粘滞阻尼器的结构、两种混合减隔的结构等5种工况.对比了5种工况的分析结果,这些结果包括梁体位移、墩顶位移、墩底反力.分析结果表明,采用布置适当的铅芯橡胶支座加粘滞阻尼器的混合减隔震方法,其减震效果比单纯使用铅芯橡胶支座或是单纯使用粘滞阻尼器更好.     

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。