相鄰結構利用阻尼器進行耗能減震研究

1、<p>　　相鄰結構利用阻尼器進行耗能減震研究</p><p>　　摘要：提出了一種相鄰結構的耗能減震方法，用阻尼器將相鄰結構串聯(lián)成連體結構體系，利用結構自身的振動來抑制或減小其相鄰結構的振動，達到相互減震的目的。通過算例進行計算機仿真分析研究了結構的減震效果。研究表明，該連體結構的頂層位移分別減少了42.5%和42.9%，層間位移分別減少了43.2%和15.2%。結構的減震效果明顯，其頂層位移和層間位

2、移遠小于抗震規(guī)范的限值，能夠有效防止相鄰結構的碰撞。 </p><p>　　關鍵詞：相鄰結構；阻尼器；耗能減震 </p><p>　　中圖分類號：TU352.1 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　在實際工程中，很多結構呈相鄰布置，或是基礎相連而上部由變形縫

3、分成幾個部分。由于地震作用的不確定性，相鄰建筑結構防震縫的寬度往往通過經驗確定，在地震作用下可能由于防震縫的寬度過小而產生碰撞。在多次震后調查發(fā)現(xiàn)，因為防震縫寬度不足而導致的結構碰撞破壞并不少見[1]。為了滿足建筑功能的需要，防震縫的寬度又不可能太大，這就為結構的抗震設計增加了難度。如果能在相鄰結構之間安裝阻尼器，利用地震作用下結構之間的相對運動進行能量耗散，可以減小結構的地震反應，防止結構發(fā)生碰撞。本文提出了一種適合于相鄰結構的減震方

4、法，即在相鄰結構之間安裝阻尼器形成連體結構，利用結構自身的振動來抑制或減小其相鄰結構的振動，達到相互減震的目的。通過建立連體結構的地震振動模型，推導相應的運動方程，并通過一算例進行計算機仿真，分析這種減震方法的效果。 </p><p>　　2 結構模型及運動方程 </p><p>　　圖1 連體結構示意圖圖2 連體結構計算模型 </p><p>　　如圖1所示，兩相

5、鄰結構通過阻尼控制器相連形成連體結構，結構1和結構2的層數(shù)分別為和，假設各結構的質量均集中在樓層處，并考慮剪切層模型，則自由度數(shù)分別為、，結構的計算模型如圖2所示?？梢越⑦B體結構的運動方程組： </p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　式中，分別為第（=1、2）結構的質量、阻尼和剛度矩陣。分別為第結構的位移、速度和加速度列向量。為相應的地面

6、運動加速度。分別為相應的單位列向量。分別為結構1、結構2的阻尼力的位置矩陣。為分析方便，將方程組（1）改寫成如下等效形式： </p><p><b>　　（2） </b></p><p>　　分別為連體結構的等效位移、速度、加速度列向量，為單位列向量，為阻尼力等效位置矩陣。 </p><p><b>　　其中，，， </b>

7、;</p><p>　　將等效運動方程（2）寫成狀態(tài)方程的形式： </p><p><b>　?。?） </b></p><p><b>　　其中，， </b></p><p>　　通過求解狀態(tài)方程即可得到結構各時刻的地震反應[2]。 </p><p><b>　　

8、3 算例及分析 </b></p><p>　　一主體結構和其附屬裙房之間由變形縫分開，在變形縫之間安裝阻尼器組成連體結構。主體結構為八層框架結構，各層質量均為1.6×104kg，底層水平剛度為5×106N/m，其余各層均為9×106N/m；附屬裙房為五層框架結構，各層質量均為1.2×104kg，各層水平剛度均為1.3×107N/m。結構阻尼為瑞利阻尼，

9、阻尼比=0.05，結構示意圖如圖1所示。阻尼器設在結構的五層頂部，其最大阻尼力為200kN。地震波選用El Centro地震波（南北方向），加速度峰值調至200Gal。經過計算機仿真，得出該連體結構的層間位移時程如圖3，分別計算出了結構在連體控制和無控兩種情況下的頂層位移和層間位移峰值如表1。 </p><p>　　從仿真數(shù)據(jù)可以看出，連體結構的地震反應明顯減小。結構1和結構2的頂層位移峰值分別減小了42.5%和

10、42.9%，層間位移峰值分別減小了43.2%和15.2%。說明在相鄰結構之間利用阻尼器進行耗能減震是有效的，結構的頂層位移和層間位移遠小于抗震規(guī)范的限值[3]。 </p><p>　?。╝）結構1最大層間位移 （b）結構2最大層間位移 </p><p>　　圖3 連體結構層間位移時程曲線 </p><p>　　表1連體結構地震位移峰值 </p><

11、;p><b>　　4 結語 </b></p><p>　　通過以上分析，可以得出如下結論： </p><p>　　1）將有條件的相鄰結構用阻尼器相連組成連體結構耗能體系，當結構參數(shù)設計適當時，可利用結構間的相對運動帶動阻尼器工作，達到相互減震的目的。 </p><p>　　2）對某主體結構和其附屬裙房組成的連體結構進行計算機仿真分析，其減

12、震效果相當明顯，結構的頂層位移和層間位移遠小于抗震規(guī)范的限值，能夠有效防止相鄰結構的碰撞。 </p><p>　　3）結構自振頻率的差異對連體結構的減震效果有明顯影響，當兩結構的自振頻率相近時減震效果較差，欲使其達到明顯的減震效果，應該保證兩結構的自振頻率遠離。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 周

13、福霖.工程結構減震控制[M] .地震出版社，1997 </p><p>　　[2] 歐進萍.結構振動控制[M].北京：科學出版社，2003 </p><p>　　[3] 建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2010）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001 </p><p>　　作者簡介：黃昆，1978年生，河南信陽人，湖州職業(yè)技術學院講師，主要從事教學及工程抗震研