金屬阻尼器耗能減震結(jié)構(gòu)模擬分析★

任小龍 趙亞哥白 王亞杰 黃新宇 王 璇 韓靜怡

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 地震波的研究與選取

地震波具有強(qiáng)烈的隨機(jī)性，在時(shí)程分析過(guò)程中對(duì)地震波選取要求十分嚴(yán)格，不同的地震波使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力和位移大小會(huì)相差數(shù)倍。地震波的選取項(xiàng)目包括最大值，特征周期，具有代表性的地震波的頻譜特性。在地震波選取方面，應(yīng)該使地震波卓越周期與場(chǎng)地土自振周期相近，震中距應(yīng)該與擬建場(chǎng)地震中距一致，并使選取的地震波的相關(guān)特性與當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?shí)地相符(見(jiàn)表1)。在震幅選擇方面，要求所選地震烈度應(yīng)與所選地震波主振型的加速度峰值相對(duì)應(yīng)。頻譜特性可以通過(guò)反應(yīng)譜進(jìn)行表示，應(yīng)當(dāng)包含譜形狀和峰值等特征。

表1 常用地震波記錄

地震的能量損耗與地震的持續(xù)時(shí)間相關(guān)，相應(yīng)的工程結(jié)構(gòu)的反應(yīng)也會(huì)不同。在選擇地震時(shí)段的時(shí)候，應(yīng)該將地震最為強(qiáng)烈的時(shí)間段計(jì)入，同時(shí)計(jì)入結(jié)構(gòu)彈性最大的時(shí)間段。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

2.1 模型數(shù)據(jù)

本實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型為12層雙肢剪力墻是二類(lèi)場(chǎng)地，設(shè)一組設(shè)防烈度：8度0.2g，選取兩種類(lèi)型的地震波進(jìn)行模擬分析，一種為Chi-Chi波，另一種為kobe波。兩種地震波均沿著X正方向施加。中震加速度峰值為200gal,大震加速度峰值為400gal(如圖1，圖2所示)。

沒(méi)有加入金屬阻尼的剪力墻模型的動(dòng)力彈塑性分析應(yīng)用ABAQUS對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，前3階自振振型如圖3所示。

對(duì)無(wú)控結(jié)構(gòu)沿著X軸輸入一條200gal的kobe地震波和一條400gal的kobe地震波，兩條地震波作用相同的時(shí)長(zhǎng)，兩種峰值地震作用下剪力墻塑性分布，特征圖如圖4所示。對(duì)比而言，大震的剪力墻塑性大于中震。12剪力墻塑性開(kāi)展情況，其中4層～8層最先出現(xiàn)塑性開(kāi)展，隨后剪力墻模型上部和下部隨之出現(xiàn)塑性開(kāi)展，剪力墻模型兩端塑性變形比較明顯，并且剪力墻底側(cè)部分塑性應(yīng)變開(kāi)展較上部嚴(yán)重。

2.2 金屬阻尼器加入模型分析

2.2.1連續(xù)梁阻尼器耗能結(jié)構(gòu)彈塑性地震響應(yīng)分析

建立多個(gè)12層剪力墻模型，在每個(gè)剪力墻模型中加入不同參數(shù)的金屬阻尼器，同一剪力墻1層～12層的阻尼器參數(shù)相同，同時(shí)對(duì)剪力墻模型輸入加速度峰值相同的地震波，對(duì)比不同阻尼參數(shù)的剪力墻模型層間位移情況，可以得出模型的彈塑性反應(yīng)與阻尼器參數(shù)的關(guān)系，最終選出對(duì)地震效應(yīng)控制最佳的阻尼器參數(shù)，見(jiàn)表2。

表2 金屬阻尼器參數(shù)設(shè)計(jì)

參數(shù)Δ=1.0Δ=0.6Γ=1.0A=0.316 m2,L=34 mm(Kd=0.55×105 N/mm)A=0.316 m2,L=56 mm(Kd=0.335×105 N/mm)Γ=0.5A=0.632 m2,L=34 mm(Kd=1.1×105 N/mm)A=0.632 m2,L=56 mm(Kd=0.770×105 N/mm)注:A為阻尼器面積;L為阻尼器長(zhǎng)度;Kd為阻尼器初始剛度

2.2.2對(duì)剪力墻模型進(jìn)行時(shí)程分析

圖5a)～圖5d)分別為不加金屬阻尼器的剪力墻模型和分別加了不同特征阻尼參數(shù)阻尼器的剪力墻模型受到加速度峰值為400gal地震波時(shí)層間位移，絕對(duì)加速度時(shí)程曲線對(duì)比。

通過(guò)四個(gè)圖形進(jìn)行對(duì)比，在27 s～33 s時(shí)，地震波對(duì)剪力墻模型的影響較大，通過(guò)加入不同特征參數(shù)的金屬阻尼器，可以起到對(duì)地震效應(yīng)有效控制的效果，而且不同的特征參數(shù)阻尼器對(duì)地震控制程度不同。

層間位移、加速度峰值沿樓層分布受到地震波和加入剪力墻模型的金屬阻尼器的特征位移參數(shù)有關(guān)(見(jiàn)圖6)。

3 結(jié)語(yǔ)

我們通過(guò)建立一個(gè)12層雙肢剪力墻結(jié)構(gòu)，在模型中部安裝金屬阻尼器，對(duì)有控結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)程分析，與無(wú)控結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，研究了阻尼器特征參數(shù)值對(duì)地震反應(yīng)的影響規(guī)律。得到了一些結(jié)論。

1)剪力墻底側(cè)部分塑性應(yīng)變開(kāi)展較上部嚴(yán)重。

2)對(duì)于有控結(jié)構(gòu)，金屬阻尼器對(duì)于結(jié)構(gòu)受到地震影響而產(chǎn)生的層間位移、絕對(duì)加速度有良好的控制效果。

3)金屬阻尼器特征位移參數(shù)越大，對(duì)地震效應(yīng)控制效果越好。

4)地震波加速度幅值增加，結(jié)構(gòu)的層間位移和絕對(duì)加速度隨之增大。