摩擦耗能支撑减震结构参数研究.pdf

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1、2009年6月西北工业大学学报June2009第27卷第3期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityVo1．27No．3摩擦耗能支撑减震结构参数研究任绍章，张洵安，王茜茜，刘锐(西北工业大学力学与土木建筑学院，陕西西安710072)摘要：文章系统地研究了摩擦耗能支撑(FDB)参数对多层摩擦耗能支撑结构(FDBF)减震效果的影响。以结构顶层位移、层间位移和基底剪力为减震效果评价指标，通过对大量多层FDBF模型进行地震激励下的动力时程分析，全面考察了FDB4个重要参数——布置方式

2、、滑移力、支撑刚度、起滑位移——对结构减震效果的影响和规律。对原结构选取减震方案，并绘出结构中各层FDB的滞回曲线，从而直观反映了FDB的耗能性能。最后，对已有的FDB参数范围进行修正和完善，建议了选取FDB参数的总原则。关键词：摩擦耗能支撑，布置方式，滑移力，时程分析，参数研究中图分类号：TU352．1文献标识码：A文章编号：1000—2758(2009)03—0330—07近年来，结构耗能减震技术发展迅速，摩擦阻尼性的优良也与单自由度系统中阻尼器最优参数的选器因构造简单、性能稳定、阻尼力大等优点而被广泛取有很大区别。因

3、此本文从摩擦耗能支撑的布置方研究。对于摩擦耗能结构，在正常使用荷载下，摩擦式、滑移力、支撑刚度、起滑位移等方面全面考虑耗能支撑为结构提供附加刚度而本身不滑移；在中、FDB参数对多层摩擦耗能支撑结构减震效果的影强震下，摩擦阻尼器产生滑移，摩擦做功耗散能量，响，得出与单自由度结构中不同的规律，对原有参数为结构提供附加阻尼，从而减小结构响应。自Pall选取原则进行了修正和完善。和MarshC]提出应用被动摩擦耗能装置耗散地震能量以来，Filiatrault和CherryL2]、1wan和Gates[3]、欧1摩擦耗能支撑结构的计

4、算模型进萍和吴斌[4等分别对摩擦阻尼器滞回模型进行了研究，提出了各种关于阻尼器初始滑移值的简化计1．1框架主体结构和摩擦耗能支撑的恢复力模型算方法，文献E53分析了恢复力模型为双线型的摩擦为了简化计算，框架主体结构采用层间剪切模阻尼器其初始滑移值对耗能的影响，论证了摩擦阻型，恢复力取线弹性恢复力模型；消能支撑只对相邻尼器耗能与其起滑位移密切相关的结论，文献163研层产生作用，由普通钢支撑和摩擦阻尼器串联构成，究了耗能器刚度、屈服位移等参数对结构减振效果其力——位移关系采用理想弹塑性模型c引，如图1的影响，得到了这些参数的最

5、佳取值范围，文献[7]所示。从阻尼器能量耗散的角度，就消能减震结构设计参，lJd数的选取进行了讨论，然而以上讨论都是基于单自-『：由度系统分析摩擦阻尼器最优参数，文献E8-1在文献lj／／u

6、Im[7]的基础上，对一各层均布摩擦阻尼器的钢筋混凝7j土结构进行减震分析，考察支撑刚度、耗能装置起滑位移对结构减震效果的影响及规律，但未考虑摩擦(a)支撑(b)摩擦阻尼器(c)摩擦耗能支搏阻尼器分布位置、滑移力对结构减震的影响。在实际图1支撑、摩擦阻尼器及其合成单元结构中，摩擦阻尼器并不是各层均布的，且其耗能特(FDB)的力——变形

7、关系收稿日期：2008—03—04基金项目：西北工业大学基础研究基金(W018106)资助作者简介：任绍章(1984一)，硕士研究生，主要从事抗震和新型结构体系研究。第3期任绍章等：摩擦耗能支撑减震结构参数研究则FDB的恢复力曲线如图1(c)所示，可得对FDBF结构的运动方程(2)采用数值积分求FDB附加给结构的非线性力为解，本文采用无条件稳定的Wilson一全增量法进行f[一(一Us)]一2u，≤““时程分析，利用Matlab编制了时程分析程序，取l·sign(u)<“一2或U>U一1．4O，时间间隔一0．005S，在每

8、步计算完成后，(1)随即判断结构各层摩擦阻尼器的运动状态——非滑式中，k为FDB的支撑刚度，等于普通钢支撑的刚移或滑移状态，对拐点采用循环线性插值法[9]处理，度，即k=k；、分别表示FDB相邻层的层间位然后相应调整直至计算结束。移、层问速度；、分别表示阻尼器的起滑位移和阻尼器工作时的滑动位移；为摩擦阻尼器滑移过2减震结构分析模型和参数选取程中FDB产生的滑移力，等于起滑力，即厂

9、=kau；；sign(u)表示取层间速度值的符号。2．1结荤浑构自身参数鼋露1．2FDBF的动力方程本文考虑一6层刚度和质量均匀的钢框架结如图2

10、，当结构中设有摩擦耗能支撑时，结构的构，结构参数如下：层高h一3．0m，层质量m=9×运动方程为1O。kg，层间刚度岛=1×10。N／m，根据《高层民用建筑钢结构技术规程》，钢结构层间弹性位移角限值1为=，取各层层间屈服位移“一一12mm，结构振型阻尼比取享=0。02，计算得到的结构第一阶频率和周期分别