阻尼器對結(jié)構(gòu)剪力的影響

纏 鵬 飛

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原　030013)

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阻尼器對結(jié)構(gòu)剪力的影響

纏 鵬 飛

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原030013)

摘要：結(jié)合工程實例，介紹了結(jié)構(gòu)減震控制裝置的布設(shè)和選型方法，并采用ETABS計算軟件，對減震結(jié)構(gòu)進行了動力非線性時程分析，探討了阻尼器對結(jié)構(gòu)剪力的影響程度，指出阻尼器的設(shè)置增加了結(jié)構(gòu)阻尼比，加強了結(jié)構(gòu)的抗震性能。

關(guān)鍵詞：消能減震，阻尼器，ETABS軟件，動力特性

1消能減震結(jié)構(gòu)的設(shè)防

發(fā)生地震時，建筑結(jié)構(gòu)吸收地震能量，產(chǎn)生振動反應(yīng)，導(dǎo)致建筑發(fā)生不同程度的損壞，尤其在唐山地震，汶川地震等類似大地震中，會造成巨大人員傷亡和財產(chǎn)損失。而傳統(tǒng)的延性抗震設(shè)計方式存在以下主要問題：1)安全性不能完全保證；2)適應(yīng)性有一定的限制；3)經(jīng)濟性欠佳。

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中不同阻尼比下地震影響系數(shù)曲線顯示隨著阻尼比的增大(見圖1)，地震影響系數(shù)曲線下降，結(jié)構(gòu)地震作用下降。本文介紹的消能減震就是通過增大阻尼達到減小地震影響的效果。

消能減震技術(shù)是通過在結(jié)構(gòu)中安裝消能器(阻尼器)，增加結(jié)構(gòu)阻尼，達到在結(jié)構(gòu)震動時減小結(jié)構(gòu)振動幅值，耗損能量，從而減少結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)，減輕建筑結(jié)構(gòu)的地震災(zāi)害。目前越來越多的結(jié)構(gòu)采用消能減震。

下面通過工程實例來介紹消能減震的作用。

2工程簡介

本文研究內(nèi)容為將消能減震應(yīng)用于山西某醫(yī)院結(jié)構(gòu)建設(shè)中，本工程采用消能減震設(shè)計擬達到的目標(biāo)是，當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇高于本區(qū)域抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震影響時，可能損壞，但經(jīng)一般修理后仍可繼續(xù)使用。

該結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)為乙類建筑，共地上3層，首層層高為3.75 m，其余2層層高為3.40 m?？拐鹪O(shè)防烈度7度(0.15g)，設(shè)計地震分組為第一組，特征周期為0.45 s，Ⅲ類場地，抗震等級為二級?？紤]到結(jié)構(gòu)特點、造價及消能減震效率，本工程擬采取減隔震技術(shù)，以粘滯阻尼墻作為消能減震元件。粘滯阻尼墻可以為結(jié)構(gòu)提供附加阻尼，而不增加結(jié)構(gòu)附加剛度。

3結(jié)構(gòu)減震控制裝置的布置和選型

經(jīng)計算，結(jié)構(gòu)共選用4個粘滯阻尼器，設(shè)置在第1層的梁柱中，其中縱向、橫向各布置2個。結(jié)構(gòu)均采用單節(jié)點單阻尼器C30混凝土墻體支撐安裝方式，具體阻尼器安裝示意圖如圖2所示。粘滯阻尼器設(shè)計參數(shù)與數(shù)量見表1。

4計算分析

本減震設(shè)計采用由美國Computer and Structures Inc.(CSI)公司開發(fā)研制的房屋建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件——三維空間有限元分析程序ETABS。根據(jù)PKPM軟件的設(shè)計結(jié)果，建立減震結(jié)構(gòu)的ETABS計算分析模型，對減震結(jié)構(gòu)進行動力非線性時程分析，驗證減震結(jié)構(gòu)的減震效果(見圖3)。

首先，采用ETABS軟件計算非減震結(jié)構(gòu)多遇地震下的動力響應(yīng)，并將結(jié)果與SATWE計算結(jié)果進行對比，驗證ETABS軟件的可靠度。PKPM和ETABS對結(jié)構(gòu)周期的計算結(jié)果與ETABS計算得到的結(jié)構(gòu)振型參與系數(shù)見表2，各樓層X向和Y向地震剪力和層間位移的計算結(jié)果對比見表3，表4，表中：誤差率=(|SATWE-ETABS|/SATWE)。

由表2可知：所建ETABS模型前6階振型的周期與SATWE計算結(jié)果的吻合性很好，最大誤差只有0.37%；由表3和表4可知，利用ETABS建立的模型與SATWE模型地震剪力分布也較吻合，樓層最大地震剪力誤差率X向為3.19%，Y向為2.21%。以上數(shù)據(jù)有效驗證了該模型的正確性。

根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，本工程擬采用7條地震波，其中人工合成加速度時程曲線2條(RH1波、RH2波)，天然地震記錄地震波5條(ELC波、TAF波、TH1波、TH2波、TH3波)進行結(jié)構(gòu)時程分析。

多遇地震和設(shè)防地震作用下普通結(jié)構(gòu)和減震結(jié)構(gòu)X向、Y向?qū)娱g剪力計算對比見表5～表8。由表中數(shù)據(jù)可見，在多遇地震作用下，減震優(yōu)化結(jié)構(gòu)與非減震結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)層間剪力明顯減小，其中X方向最大減震效果達33.09%，Y方向最大減震效果達36.66%；設(shè)防地震作用下，減震優(yōu)化結(jié)構(gòu)與非減震優(yōu)化結(jié)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)層間剪力降低幅度也較明顯，X方向最大減震效果達23.51%，Y方向最大減震效果達26.46%。以上研究結(jié)果表明，在結(jié)構(gòu)中設(shè)置粘滯阻尼器可以有效增加結(jié)構(gòu)的阻尼比，提高結(jié)構(gòu)抗震性能。

5結(jié)語

通過對比分析設(shè)置阻尼器的結(jié)構(gòu)和原結(jié)構(gòu)在多遇地震和設(shè)防地震下的層剪力等數(shù)據(jù)可以得到結(jié)論，粘滯阻尼器的設(shè)置增加結(jié)構(gòu)的阻尼比，明顯加強了結(jié)構(gòu)的抗震動力性能，使之滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的限值要求，并達到在結(jié)構(gòu)遭遇高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震影響時，經(jīng)一般修理后仍可繼續(xù)使用的目的。

參考文獻:

[1]GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范.

[2]潘鵬，葉列平.建筑結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計與案例.北京:清華大學(xué)出版社，2010.

[3]周云，張文芳.土木工程抗震設(shè)計.北京:科學(xué)出版社，2009.

文章編號：1009-6825(2016)14-0035-03

收稿日期：2016-03-04

作者簡介：纏鵬飛(1987- )，男，助理工程師

中圖分類號：TU352.1

文獻標(biāo)識碼：A