相鄰結(jié)構(gòu)利用阻尼器進(jìn)行耗能減震研究

1、<p>　　相鄰結(jié)構(gòu)利用阻尼器進(jìn)行耗能減震研究</p><p>　　摘要：提出了一種相鄰結(jié)構(gòu)的耗能減震方法，用阻尼器將相鄰結(jié)構(gòu)串聯(lián)成連體結(jié)構(gòu)體系，利用結(jié)構(gòu)自身的振動(dòng)來(lái)抑制或減小其相鄰結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，達(dá)到相互減震的目的。通過(guò)算例進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析研究了結(jié)構(gòu)的減震效果。研究表明，該連體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的減震效果明顯，其頂層位移和層間位

2、移遠(yuǎn)小于抗震規(guī)范的限值，能夠有效防止相鄰結(jié)構(gòu)的碰撞。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：相鄰結(jié)構(gòu)；阻尼器；耗能減震 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU352.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　在實(shí)際工程中，很多結(jié)構(gòu)呈相鄰布置，或是基礎(chǔ)相連而上部由變形縫

3、分成幾個(gè)部分。由于地震作用的不確定性，相鄰建筑結(jié)構(gòu)防震縫的寬度往往通過(guò)經(jīng)驗(yàn)確定，在地震作用下可能由于防震縫的寬度過(guò)小而產(chǎn)生碰撞。在多次震后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榉勒鹂p寬度不足而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)碰撞破壞并不少見(jiàn)[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(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)增加了難度。如果能在相鄰結(jié)構(gòu)之間安裝阻尼器，利用地震作用下結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行能量耗散，可以減小結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞。本文提出了一種適合于相鄰結(jié)構(gòu)的減震方

4、法，即在相鄰結(jié)構(gòu)之間安裝阻尼器形成連體結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)自身的振動(dòng)來(lái)抑制或減小其相鄰結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，達(dá)到相互減震的目的。通過(guò)建立連體結(jié)構(gòu)的地震振動(dòng)模型，推導(dǎo)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方程，并通過(guò)一算例進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，分析這種減震方法的效果。 </p><p>　　2 結(jié)構(gòu)模型及運(yùn)動(dòng)方程 </p><p>　　圖1 連體結(jié)構(gòu)示意圖圖2 連體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型 </p><p>　　如圖1所示，兩相

5、鄰結(jié)構(gòu)通過(guò)阻尼控制器相連形成連體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2的層數(shù)分別為和，假設(shè)各結(jié)構(gòu)的質(zhì)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(jié)構(gòu)的計(jì)算模型如圖2所示?？梢越⑦B體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程組： </p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　式中，分別為第（=1、2）結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣。分別為第結(jié)構(gòu)的位移、速度和加速度列向量。為相應(yīng)的地面

6、運(yùn)動(dòng)加速度。分別為相應(yīng)的單位列向量。分別為結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)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>　?。?） </b></p><p>　　分別為連體結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)方程（2）寫成狀態(tài)方程的形式： </p><p><b>　　（3） </b></p><p><b>　　其中，， </b></p><p>　　通過(guò)求解狀態(tài)方程即可得到結(jié)構(gòu)各時(shí)刻的地震反應(yīng)[2]。 </p><p><b>　　

8、3 算例及分析 </b></p><p>　　一主體結(jié)構(gòu)和其附屬裙房之間由變形縫分開(kāi)，在變形縫之間安裝阻尼器組成連體結(jié)構(gòu)。主體結(jié)構(gòu)為八層框架結(jié)構(gòu)，各層質(zhì)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(jié)構(gòu)，各層質(zhì)量均為1.2×104kg，各層水平剛度均為1.3×107N/m。結(jié)構(gòu)阻尼為瑞利阻尼，

9、阻尼比=0.05，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。阻尼器設(shè)在結(jié)構(gòu)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(diào)至200Gal。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，得出該連體結(jié)構(gòu)的層間位移時(shí)程如圖3，分別計(jì)算出了結(jié)構(gòu)在連體控制和無(wú)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(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)明顯減小。結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)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(shuō)明在相鄰結(jié)構(gòu)之間利用阻尼器進(jìn)行耗能減震是有效的，結(jié)構(gòu)的頂層位移和層間位移遠(yuǎn)小于抗震規(guī)范的限值[3]。 </p><p>　　（a）結(jié)構(gòu)1最大層間位移 （b）結(jié)構(gòu)2最大層間位移 </p><p>　　圖3 連體結(jié)構(gòu)層間位移時(shí)程曲線 </p><p>　　表1連體結(jié)構(gòu)地震位移峰值 </p><

11、;p><b>　　4 結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　通過(guò)以上分析，可以得出如下結(jié)論： </p><p>　　1）將有條件的相鄰結(jié)構(gòu)用阻尼器相連組成連體結(jié)構(gòu)耗能體系，當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)適當(dāng)時(shí)，可利用結(jié)構(gòu)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)阻尼器工作，達(dá)到相互減震的目的。 </p><p>　　2）對(duì)某主體結(jié)構(gòu)和其附屬裙房組成的連體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析，其減

12、震效果相當(dāng)明顯，結(jié)構(gòu)的頂層位移和層間位移遠(yuǎn)小于抗震規(guī)范的限值，能夠有效防止相鄰結(jié)構(gòu)的碰撞。 </p><p>　　3）結(jié)構(gòu)自振頻率的差異對(duì)連體結(jié)構(gòu)的減震效果有明顯影響，當(dāng)兩結(jié)構(gòu)的自振頻率相近時(shí)減震效果較差，欲使其達(dá)到明顯的減震效果，應(yīng)該保證兩結(jié)構(gòu)的自振頻率遠(yuǎn)離。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 周

13、福霖.工程結(jié)構(gòu)減震控制[M] .地震出版社，1997 </p><p>　　[2] 歐進(jìn)萍.結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制[M].北京：科學(xué)出版社，2003 </p><p>　　[3] 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001 </p><p>　　作者簡(jiǎn)介：黃昆，1978年生，河南信陽(yáng)人，湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，主要從事教學(xué)及工程抗震研