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设置粘弹性阻尼器的Y型偏心支撑钢框架抗震性能的研究
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一种支撑型粘塑性阻尼器的研究
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粘弹性阻尼减震结构设计理论及应用
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58高层钢框架粘弹性阻尼器隅撑+支撑结构抗震性能分析
煤炭工程２０１１年第７期；高层钢框架粘弹性阻尼器隅撑；支撑结构抗震性能分析；史三元１，于；洋１，于；磊２，吴；超１；（１．河北工程大学土木工程学院，河北邯郸０５６０；２．河北省石家庄市公安消防支队第三中队，河北石家；摘要：文章在构建钢框架结构体系的基础上采用了三种；关键词：高层钢框架；粘弹性阻尼器；隅撑支撑；抗震；Ａｎａｌｙｓｉｓ；ｏｎ；文献标识码：Ａ；Ｒｅ
煤炭工程２０１１年第７期高层钢框架粘弹性阻尼器隅撑支撑结构抗震性能分析史三元１，于洋１，于磊２，吴超１（１．河北工程大学土木工程学院，河北邯郸０５６０３８；２．河北省石家庄市公安消防支队第三中队，河北石家庄０５００２１）摘要：文章在构建钢框架结构体系的基础上采用了三种粘弹性阻尼器隅撑支撑布置方案，通过运用有限元分析软件ｓＡＰ２０００进行水平地震作用下的弹塑性时程分析，说明结构动力特性和地震响应两个方面的计算成果。结果表明，设置粘弹性阻尼器隅撑支撑对结构自振周期影响不明显，但对顶层最大位移和基底剪力的控制效果非常明显。关键词：高层钢框架；粘弹性阻尼器；隅撑支撑；抗震性能中图分类号：ＴＵ９７３＋．１５Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎ文献标识码：ＡＲｅｓｉｓｔａｎｔ文章编号：１６７１―０９５９（２０１１）０７旬１１０旬３ｏｆＥａ劬ｑｕａｋｅＰｅｒｆｂｍａｎｃｅｓｋｉ２，ＷＵＣｏｍｅｒＳｕｐｐｏＩｒｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒＶｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃＤ锄ｐｅｒｏｆＨｉｇｈＢｕｉｌｄｉｎｇＳｔｅｅｌＣｈａ０１Ｆ豫ｍｅＳＨＩＳ帅一ｙｕ卸１，ＹＵＹ趴９１，ＹＵ（１．ｓｃｈ∞ｌ２．Ｎ仉３Ｄｅｔａｃｈｍｅｎｔ，ＨｅｂｅｉｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉ舱耐ｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅ璐畸ｏｆＥｎ画鹏ｅｒｉＩｌｇ。Ｈ鲫ｄａｒＩ０５６０３８，Ｃｈｉｎａ；Ｐｒｏｖｉ眦ｅＳｈ妇ｉａｚｈｕ阻ｇｕｒｂ蚰ＰｕｂｌｉｃＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｂ踮ｅ∞ｔｌｌｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｔｈｅｖｉｓｃｏｅｌ鹊ｔｉｃ出ｌＩｌｌｐｅｒｓｅｑｕｅｎｃｅｓｔｅｅｌ‰ｅｔｌｌａｔｔｈｅｓｅｃ谢ｔ）ｒ胁Ｅ埘ｎｇｌｌｉ８ｈｉｎｇＢｒ弧ｃｈ，Ｓｈｉｊｉ肌ｚＩｌｕａｌＩｇ０５００２ｌ。Ｃｈｉ眦）ｓｔｎｌｃｔＩｌｒａｌｓｙｓｔｅｍ，ｔ｝Ｉｒｅｅｃ伽ｅｒｓｕｐｐｏｒｔｌａ）ｍｕｔａｌｔｅｍａｔｉｖｅｓｏｆｔｌＩｅｗ鹊印ｐｌｉｅｄｔｏｗｅｒｅ印ｐｌｉｅｄ．Ｔｈｅ１１１ｅｒｅｓｕｌｔｓｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａ１１ａｌｙｓｉｓｓｏｆｈｖａｒｅＳＡＰ２０００ｔｈｅａｎ且ｌｙｓｉｓｕｎｄｅｒｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａＩｅａｎｈｑｕａｋｅｔｏｅｘｐｌａｉｎｔｌｌｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｓｔｌｌｌｃｔｕｒｅｓｈｏｗｅｃＩｃｏｍｅｒｓｕｐｐｏｔｅｌ够ｔ叩ｌ鹊ｔｉｃｔｉｍｅｄｙｎ址ｌｌｉｃｆｅａｔｕｒｅｓ锄ｄｎｏｔｅａｒｔｈｑｕａｌ【ｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓ．ｉＩｌｆｌｕｅｎｃｅｔｏｔｌＩｅｏｆｔｌＩｅｖｉｓｃｏｅｌ髂ｔｉｃｏｂｖｉｏｕｓｄ锄ｐｅｒｗｏｕｌｄｔｏｈａｖｅｏｂｖｉ叫ｓｓｅｌｆｖｉｈｍｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄ０ｆｔｌｌｅｓｔｍｃｔｕｒｅ，ｂｕｔｗｏｕｌｄｈａｖｅｃ伽ｔｍｌｅ雎ｃｔｓｔＩｌｅｔ叩ｎ００ｒｍ弧ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄ山ｅｂａｓｅｓｈｅａｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｌｌｂｕｉｌｄｉｎｇｓｔｅｅｌｆｈｍｅ；ｖｉｓｃｏｅｌ鹊ｔｉｃｄ锄ｐｅｒ；ｃｏｍｅｒｓｕｐｐｏｒｔ；ｅａＩｔｈｑＩｌａｋｅｒ∞ｉｓｔａｌｌｔｐｅ响ｍ粕ｃｅｓ在结构适当部位加设阻尼器的减震方法是当前结构地震反应控制的重要技术之一，国内外工程都已有不少应用实例…，特别是粘弹性阻尼器具有计算模型易于确定，耗能能力强，施工方便等优点旧１。在隅撑支撑斜撑上设置粘弹性阻尼器，使耗能装置具有二级耗能减震防线，在中小地震作用下，由粘弹性材料对结构进行耗能减震；在大震作用下，当粘弹性材料应变达到某一阈值时，支撑刚度增大，隅撑屈服，既充分发挥了隅撑屈服耗能的减震作用，又避免了粘弹性材料的损坏，使结构拥有白适应的控制能力ｐ１。准线性固体模型Ｈ］。而ｓＡＰ２０００有限元软件采用的是ＭａｘｗｅＵ模型。该模型把粘弹性阻尼器等效为一个弹性元件与一个粘性元件相串联，如图１所示。总的应变为：７＝７。＋ｙ。（１）式中，’，。矿依次为弹性元件和粘性元件的应变，ｙ为粘弹性阻尼材料的剪切应变，该模型的本构关系为：ｆ＋ｐｌｆ＝９１７（２）式中，ｆ为粘弹性阻尼材料的剪切应力，÷和÷分别为与导数，ｐ．和ｇ。分别为由粘弹性材料性能确定的系数。１粘弹性阻尼器计算模型在弹性力学中，有两种基本的力学元件，理想弹性元件和理想粘性元件。由这两种基本元件串联和并联可以得到以下三种基本计算摸型：Ｋｅｌ、ｒｉｎ模型，ＭａｘｗｅＵ模型，标图１Ｍ救ｗｅⅡ模型在简谐应变的激励下，有本构关系式（２）可以导出：收稿日期：２０１０―１０一０８作者简介：史三元（１９５９一），男，河北乐亭人，教授、硕士研究生，主要从事土木工程科研与教学工作。１１０２０１１年第７期＝煤炭工程“＋ｌ＋，ｎ２结构模型（３）２．１ＩＩｑ岛叩＝～似似既甜０结构模型的基本数据文章建立三维空间模型，并利用ＳＡＰ２０００有限元分析式中，ｃ，，Ｇ２分别为所夹粘弹性材料的储存模量和损耗模量，可为损耗因子，∞为外部激励圆频率。在运用ＳＡＰ２０００时，需要给出粘弹性阻尼器的有效刚度毛和有效阻尼ｃ。，它们可以通过下列公式Ｈ’５１求得：软件对纯框架和三种布置了粘弹性阻尼器隅撑支撑钢框架结构体系进行动力特性分析和动力响应分析。结构采用的弹性隅撑支撑钢框架结构体系，共１２层，层高为３．３ｍ，结构横向三跨８ｍ，共２４ｍ，纵向柱距６ｍ，７七个柱距，共畅＝Ｇ?Ａ／＾１Ｑ＝ｃ２Ａ几Ｊ（４）’。４２ｍ，框架采用Ｑ２３５钢材，抗震设防烈度为８。，建筑场地类别为Ⅱ类场地，设计地震分组为第一组，特征周期Ｌ＝Ｏ．３５ｓ，一般钢结构阻尼比ｆ＝０．０５【６Ｊ。该地区的设计基本地震加速度为Ｏ．２０９。主要结构构件尺寸见表１…。式中，Ａ和＾为粘弹性层的剪切面积和厚度（以上参数可以由生产厂家提供）。文中％＝１．３４１０４，Ｃ。＝５．９１０３。表１主要结构构件尺寸Ｈ衄注：柱截面、梁和支撑尺寸为：高×宽×翼缘厚度×腹板厚度。２．２不同形式的布置方案方案ｌ：１２层纯框架钢结构体系，为未控结构，形式如图２（ａ）所示；方案２：以方案ｌ为原型，局部设置单斜式粘弹性阻尼器隅撑支撑，形式如图２（ｂ）所示；同样地，方案３和方案４分别局部设置交叉式和人字型粘弹性阻尼器隅撑支撑，形式分别如图２（ｃ）和２（ｄ）所示。为了进行时程分析，文中选择两个地震记录典型的Ⅱ、Ⅲ类场地上的地震记录（ＥＬ―ｃｅｎ仃。波和Ｔａｆｔ波）。这两条地震波加速度时程曲线如图２所示，ＥＬ―Ｃｅｎ咖波峰值为３４１．７ｃｎ∥ｓ２，Ｔａｆｔ波峰值为１５２．７ｃｍ／８２。（ａ）图２三维模型图表２前６阶模态的自振周期ｓ３计算结果分析３．１动力特性分析模态分析主要用于确定结构的动力特性，通过模态分析的结果，可以了解结构的固有频率及振动形式。由模态分析，整理方案ｌ、２、３、４的前６阶模态的自振周期，结果见表２。由表２知，方案２、３、４、比方案ｌ的自振周期有一定的减小，其中方案２减小的幅度较大。虽然粘弹性阻尼器也会使结构的刚度有所增加，但增加不大，主要还是通过设置了隅撑支撑使结构的周期减小。由表３中的数据知，方案２在ＥＬ―ｃｅｎｔｒｏ波和Ｔａｆｔ波作用下顶层最大位移的控制效果分别为６９．２％和８０．１％；方案３、方案４在ＥＬ―Ｃｅｎ咖波作用下顶层最大位移的控３．２结构地震响应分析３．２．１顶层最大位移和基底剪力整理计算结果，比较不同方案的顶层最大位移和基底剪力，结果见表３。制效果分别为７３．８％和７９．７％。１强波作用下的控制效果分别为８４．８％和８７．Ｏ％。方案２在ＥＬ―ｃｅｎ廿。波作用下基ｌｌｌ煤炭工程２０１１年第７期底剪力的控制效果为４２．４％，瞰波作用下的基底剪力的控制效果为６６．６％；方案３、方案４在ＥＬ―ｃｅｎｔｍ波作用结合图３、４并由计算结果知，ＥＬ―ｃｅｎｔｒｏ波作用下方案ｌ顶层最大绝对加速度为５．６４瑚／８２，方案２顶层最大绝对加速度为４．７８ｍ／ｓ２，方案３顶层最大绝对加速度为４．５９Ｈ∥ｓ２，方案４顶层最大绝对加速度为４．８９Ｈ∥ｓ２；Ｔ血波作用下方案ｌ顶层最大绝对加速度为６．８６Ｔｎ／ｓ２，方案２顶层最大绝对加速度为４．８６ｍ／ｓ２，方案３顶层最大绝对加速度为５．９４Ｈ∥ｓ２。方案４顶层最大绝对加速度为４．９ｌｍ／ｓ２。根据这些数据可以看出，ＥＬ―ｃｅｎｔｍ波作用下方案２使未控结构顶层最大绝对加速度的最大值降低１５．２％，方案３使未控结构顶层最大绝对加速度的最大值降低１８．６％，方案４使未控结构顶层最大绝对加速度的最大值降低１３．３％；下基底剪力的控制效果分别为５８．６％和６１．Ｏ％，瞰波作用下的基底剪力的控制效果８０．３％和８０．６％。从数据分析可以看出，方案４对顶层最大位移和基底剪力的控制效果最好，方案３次之，方案２再次之。表３顶层最大位移与基底剪力瞰波作用下方案２使未控结构顶层最大绝对加速度的最大值降低２９．２％，方案３使未控结构顶层最大绝对加速度的３．２．２顶层绝对加速度时程曲线比较为了更好的比较三种布置阻尼器的方案，下面给出布置阻尼器的方案与未控结构的顶层绝对加速度时程曲线图，如图３、４所示。Ｆ８６最大值降低１３．４％，方案４使未控结构顶层最大绝对加速度的最大值降低１３．８％。不难看出，在ＥＬ―Ｃｅｎｔｒ０波作用下方案３对顶层最大绝对加速度的控制效果较好。而在１强波作用下方案２效果较好。堇！世Ｏ翼：ｉ．６［鼬如姚山嫡４彰７１柙７叩鳌羔ｊ鬻霹‘剥渺嘲一方案２ｆ：ｆ：蝎‰如‰ｋ幽魁砒。时问／８量；量！Ｒ．ｄ羹三较。Ｏ８ｆ６‘粤４曼２熏耋．８象一６蝴㈣－Ｉ．一方案２ｆ８６―８心６兰４兰２ｏ篝要嚣一４．６．８鬟参考文献：ｌ＝．星．４．６．８图４Ｔａｎ波作用下顶层绝对加速度时程曲线４结论１）从结构自振周期的角度看，设与不设粘弹性阻尼器隅撑支撑对自振周期的总体影响并不大。２）三种布置方案，粘弹性阻尼器隅撑支撑均能使结构的刚度有所增加，但安装粘弹性阻尼器的多少对结构的自振周期影响并不明显。３）对比三种有限元模型在两种地震波下的地震响应，对于顶层最大位移和基底剪力的控制，方案３、方案４布置粘弹性阻尼器数量是方案２的两倍，但控制效果三个方案差异不明显；而对于顶层加速度的控制，方案２的控制效果较好。像方案２这样布置较少的阻尼器就可以对地震反应具有明显的控制效果，又具有较好的经济性，但根据《高层民用建筑钢结构技术规程》规定，方案２不能设置为只能受拉的单斜杆。１１２刘剑，何益斌．粘弹性阻尼器的工程应用、工作原理及计算心口Ｈ喳陆１ｊ１ｊ模型分析［Ｊ］．中外建筑，２００５，（３）：１０２一１０４．吴曙光，常业军．粘弹性消能减震结构设计参数研究［Ｊ］．工程抗震与加固改造，２００５，２７（４）：３７―３９．黄誉．设置粘弹性阻尼器的高层偏心支撑钢框架杭震性能的研究［Ｄ］．西安：西安交通大学，２００６．吴曙光，常业军．粘弹性消能减震结构设计参数研究［Ｊ］．工程抗震与加固改造，２００５，２７（４）：３７―３９．凌和海，薛索铎，庄鹏．减震结构中的粘弹性阻尼器参数优化［Ｊ］．世界地震工程，２００５，２ｌ（３）：１２６―１３０．中华人民共和围建设部．建筑抗震设计规范［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００１．黄秀．隅撑支撑钢框架结构的抗震性能分析［Ｄ］．西安：西南交通大学，２００８．口１Ｊ（责任编辑郭继圣）高层钢框架粘弹性阻尼器隅撑 支撑结构抗震性能分析作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：史三元， 于洋， 于磊， 吴超， SHI San-yuan， YU Yang， YU Lei， WU Chao史三元,于洋,吴超,SHI San-yuan,YU Yang,WU Chao(河北工程大学土木工程学院,河北邯郸,056038)， 于磊,YULei(河北省石家庄市公安消防支队第三中队,河北石家庄,050021)煤炭工程Coal Engineering2011(7) 参考文献(7条) 1.中华人民共和国建设部 建筑抗震设计规范 20012.凌和海;薛素铎;庄鹏 减震结构中的粘弹性阻尼器参数优化 .吴曙光;常业军 粘弹性消能减震结构设计参数研究 .黄誉 设置粘弹性阻尼器的高层偏心支撑钢框架杭震性能的研究 20065.吴曙光;常业军 粘弹性消能减震结构设计参数研究 2005(04)6.刘剑;何益斌 粘弹性阻尼器的工程应用、工作原理及计算模型分析 .黄秀 隅撑支撑钢框架结构的抗震性能分析 2008 本文链接：http://d..cn/Periodical_mtgc.aspx包含各类专业文献、专业论文、文学作品欣赏、外语学习资料、中学教育、行业资料、应用写作文书、各类资格考试、58高层钢框架粘弹性阻尼器隅撑+支撑结构抗震性能分析等内容。
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