钢支撑混凝土框架结构减震改造

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1、产业与科技论坛2012年第11卷第3期钢支撑混凝土框架结构的减震改造分析□贾大焕鲍永健【摘要】针对钢支撑混凝土框架结构的特点，提出采用粘弹性阻尼器作为支撑进行耗能减震改造设计，借助有限元模拟分析，对比分析加入粘弹性阻尼器前后结构的地震响应。分析结果表明:粘弹性阻尼器可有效地减少结构的地震响应，为粘弹性阻尼器的工程推广应用提供了设计与分析参考。【关键词】粘弹性;阻尼器;耗能;减震设计【作者简介】贾大焕(1984～)，女，河南人;中国核电工程公司郑州分公司民用建筑设计研究所助理工程师鲍永健(1985～)，男，安徽人;中国核电工程公司郑州分公司民用建筑设计研究所助理工程师粘弹性阻尼器是由粘弹

2、性材料与约束钢板交替叠合而分别为粘弹性材料的剪切层面积和厚度;nv为粘弹性层层成的典型的被动减震装置，以其性能优良、安装简单、造价低数;ω为主体结构第一阶阵型的圆频率;η为损耗因子，用来廉和不会使受控结构系统发生不稳定等优点具有广泛的工衡量粘弹性材料的耗能能力。［1～3］程应用前景。粘弹性阻尼器一般设在有较大相对变形二、粘弹性阻尼器减震结构的动力方程和耗能原理处，粘弹性材料产生剪切滞回变形，耗散结构的振动能量，减在地震作用下，粘弹性阻尼器减震结构体系的运动方程小结构的振动响应，从而产生减震效果。本文将粘弹性阻尼可以写成:器通过附加支撑的形式作为钢支撑混凝土框架结构的耗能Mü(t)+(C

3、+Ce)u(t)+(K+Ke)u(t)=－MLüg(t)减震改造设计方案，从层间位移角、结构能量分配、结构位移(2)时程响应、加速度时程响应等方面，对比分析未设置阻尼器、式中，M、C和K分别为主体结构的质量、阻尼和刚度矩设置阻尼器工况下结构的地震响应。分析结果表明:粘弹性阵;L为单位列向量;ü(t)、u(t)和u(t)分别为主体结构的加阻尼器可提高结构的整体抗震性能，有效地降低结构的地震速度、速度和位移向量;üg(t)为地面加速度向量;Ce、Ke分别响应。为粘弹性阻尼器的附加阻尼和刚度矩阵。一、粘弹性阻尼器力学模型粘弹性阻尼器减震结构中，粘弹性阻尼器耗能装置为结目前已提出了多种粘弹

4、性阻尼器的力学模型，而每个模构提供较大的耗能机制。地震作用下，粘弹性阻尼器在主体型有各自不同的适用条件。本文采用基于等效刚度和等效结构进入非弹性状态前率先进入耗能工作状态，大量消耗输［4］阻尼的Kelvin模型来模拟粘弹性阻尼器，该模型体现了粘入结构的震动能量，有效地衰减结构的地震响应。对比传统［5］弹性装置的瞬态弹性响应，能很好地反映其蠕变和松弛现抗震结构，阻尼器减震结构在地震中的能量方程为:象，概念清晰、简单适用。如图1所示，该模型由一个线性弹Ein=Ee+Ec+Ek+Eh+Ed(3)簧单元和线性阻尼单元并联而成，其恢复力可以表示为:式中，Ein为地震输入结构的能量;Ek为结构的动

5、能;Ecf=ceu+keu(1)为结构本身的阻尼耗能;Ee、Eh分别为结构的弹性应变能和滞回耗能;Ed为粘弹性阻尼器耗能装置提供的额外阻尼器耗能。三、粘弹性阻尼器工程应用(一)工程概况。苏州某厂房减震改造项目分为东、西两个独立的抗震单元，考虑为钢支撑混凝土框架体系，共3层，总高度7．7m+6．8m+7．8m=22．1m。结构所在地区抗震设图1Kelvin模型防烈度为6度(第一组)，建筑场地类别为II类，结构整体阻式中，u、u分别为阻尼器的相对位移和相对速度;ce和尼比为0．05。由于原结构使用功能转变(由厂房改为大型超ke分别为粘弹性阻尼器的等效阻尼系数和等效刚度系数;可市)，按业

6、主要求，设置粘弹性阻尼器后，结构应能抵抗7度按下式计算:多遇地震。本文仅研究分析东主房的粘弹性阻尼器减震改nv·G2·Avnv·G1·AvG2造设计，东主房模型结构及阻尼器耗能减震支撑布置如图2ce=，ke=，η=ω·hvhvG1所示。其中，G1、G2分别剪切储能模量和剪切损耗模量;Av、hvIndustrial&ScienceTribune2012.（11）.3·77·产业与科技论坛2012年第11卷第3期能量的63%，结构本身弹性应变能占地震输入能量的35%左右。粘弹性阻尼器能有效耗散地震输入结构的能量，使结构处于弹性状态。图2结构和阻尼器布置模型图(二)粘弹性阻尼器参数与地震波选

7、用。工程所采用的粘弹性阻尼器的剪切储能模量和剪切损耗模量分别为G1=36262×10N/m和G2=2．04×10N/m，粘弹性层剪切面积和厚图4模型结构的层间位移角2度分别为Av=0．052m和hv=0．014m，粘弹性层层数nv=2，行程±40mm，可提供最大100kN阻尼力。在SAP2000有限元分析中，采用线性弹簧单元和粘滞阻尼单元的并联复合单元来实现粘弹性阻尼器的Kelvin模型的模拟，其中线性弹簧单元的刚度为阻尼器的等效刚度系数ke，