鋼支撐混凝土框架結構減震改造

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1、產業(yè)與科技論壇2012年第11卷第3期鋼支撐混凝土框架結構的減震改造分析□賈大煥鮑永健【摘要】針對鋼支撐混凝土框架結構的特點，提出采用粘彈性阻尼器作為支撐進行耗能減震改造設計，借助有限元模擬分析，對比分析加入粘彈性阻尼器前后結構的地震響應。分析結果表明:粘彈性阻尼器可有效地減少結構的地震響應，為粘彈性阻尼器的工程推廣應用提供了設計與分析參考。【關鍵詞】粘彈性;阻尼器;耗能;減震設計【作者簡介】賈大煥(1984～)，女，河南人;中國核電工程公司鄭州分公司民用建筑設計研究所助理工程師鮑永健(1985～)，男，安徽人;中國核電工程公司鄭州分公司民用建筑設計研究所助理工程師粘彈性阻尼器是由粘彈

2、性材料與約束鋼板交替疊合而分別為粘彈性材料的剪切層面積和厚度;nv為粘彈性層層成的典型的被動減震裝置，以其性能優(yōu)良、安裝簡單、造價低數(shù);ω為主體結構第一階陣型的圓頻率;η為損耗因子，用來廉和不會使受控結構系統(tǒng)發(fā)生不穩(wěn)定等優(yōu)點具有廣泛的工衡量粘彈性材料的耗能能力。［1～3］程應用前景。粘彈性阻尼器一般設在有較大相對變形二、粘彈性阻尼器減震結構的動力方程和耗能原理處，粘彈性材料產生剪切滯回變形，耗散結構的振動能量，減在地震作用下，粘彈性阻尼器減震結構體系的運動方程小結構的振動響應，從而產生減震效果。本文將粘彈性阻尼可以寫成:器通過附加支撐的形式作為鋼支撐混凝土框架結構的耗能Mü(t)+(C

3、+Ce)u(t)+(K+Ke)u(t)=－MLüg(t)減震改造設計方案，從層間位移角、結構能量分配、結構位移(2)時程響應、加速度時程響應等方面，對比分析未設置阻尼器、式中，M、C和K分別為主體結構的質量、阻尼和剛度矩設置阻尼器工況下結構的地震響應。分析結果表明:粘彈性陣;L為單位列向量;ü(t)、u(t)和u(t)分別為主體結構的加阻尼器可提高結構的整體抗震性能，有效地降低結構的地震速度、速度和位移向量;üg(t)為地面加速度向量;Ce、Ke分別響應。為粘彈性阻尼器的附加阻尼和剛度矩陣。一、粘彈性阻尼器力學模型粘彈性阻尼器減震結構中，粘彈性阻尼器耗能裝置為結目前已提出了多種粘彈

4、性阻尼器的力學模型，而每個模構提供較大的耗能機制。地震作用下，粘彈性阻尼器在主體型有各自不同的適用條件。本文采用基于等效剛度和等效結構進入非彈性狀態(tài)前率先進入耗能工作狀態(tài)，大量消耗輸［4］阻尼的Kelvin模型來模擬粘彈性阻尼器，該模型體現(xiàn)了粘入結構的震動能量，有效地衰減結構的地震響應。對比傳統(tǒng)［5］彈性裝置的瞬態(tài)彈性響應，能很好地反映其蠕變和松弛現(xiàn)抗震結構，阻尼器減震結構在地震中的能量方程為:象，概念清晰、簡單適用。如圖1所示，該模型由一個線性彈Ein=Ee+Ec+Ek+Eh+Ed(3)簧單元和線性阻尼單元并聯(lián)而成，其恢復力可以表示為:式中，Ein為地震輸入結構的能量;Ek為結構的動

5、能;Ecf=ceu+keu(1)為結構本身的阻尼耗能;Ee、Eh分別為結構的彈性應變能和滯回耗能;Ed為粘彈性阻尼器耗能裝置提供的額外阻尼器耗能。三、粘彈性阻尼器工程應用(一)工程概況。蘇州某廠房減震改造項目分為東、西兩個獨立的抗震單元，考慮為鋼支撐混凝土框架體系，共3層，總高度7．7m+6．8m+7．8m=22．1m。結構所在地區(qū)抗震設圖1Kelvin模型防烈度為6度(第一組)，建筑場地類別為II類，結構整體阻式中，u、u分別為阻尼器的相對位移和相對速度;ce和尼比為0．05。由于原結構使用功能轉變(由廠房改為大型超ke分別為粘彈性阻尼器的等效阻尼系數(shù)和等效剛度系數(shù);可市)，按業(yè)

6、主要求，設置粘彈性阻尼器后，結構應能抵抗7度按下式計算:多遇地震。本文僅研究分析東主房的粘彈性阻尼器減震改nv·G2·Avnv·G1·AvG2造設計，東主房模型結構及阻尼器耗能減震支撐布置如圖2ce=，ke=，η=ω·hvhvG1所示。其中，G1、G2分別剪切儲能模量和剪切損耗模量;Av、hvIndustrial&ScienceTribune2012.（11）.3·77·產業(yè)與科技論壇2012年第11卷第3期能量的63%，結構本身彈性應變能占地震輸入能量的35%左右。粘彈性阻尼器能有效耗散地震輸入結構的能量，使結構處于彈性狀態(tài)。圖2結構和阻尼器布置模型圖(二)粘彈性阻尼器參數(shù)與地震波選

7、用。工程所采用的粘彈性阻尼器的剪切儲能模量和剪切損耗模量分別為G1=36262×10N/m和G2=2．04×10N/m，粘彈性層剪切面積和厚圖4模型結構的層間位移角2度分別為Av=0．052m和hv=0．014m，粘彈性層層數(shù)nv=2，行程±40mm，可提供最大100kN阻尼力。在SAP2000有限元分析中，采用線性彈簧單元和粘滯阻尼單元的并聯(lián)復合單元來實現(xiàn)粘彈性阻尼器的Kelvin模型的模擬，其中線性彈簧單元的剛度為阻尼器的等效剛度系數(shù)ke，