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广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2021年5月第28卷第5期MAY 2021Vol.28No.5DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2021.05.005作者简介：俆飞鸿（1962-），男，硕士研究生，教授，主要从事混凝土结构设计原理与结构试验技术的工作和研究。
E-mail ：****************0引言建筑隔震技术是最近四十年来抗震防灾工程领域最重大的创新技术之一，现阶段具有无可比拟的优越性，能降低地震力的50%~80%［1］。
隔震技术能使结构安全性成倍提高，并能保护内部设备仪器，在地震后不丧失使用功能，实现结构、生命、室内财产三保护［2］。
于是，科研人员开始逐渐将研究从建筑抗震转向建筑隔震上。
与此同时，钢材作为一种自重轻、强度高、抗震性能好、施工周期短、回收利用率高的建筑材料，且广泛适用于建造多高层建筑物、大跨度工业厂房、以及桥梁工程中［3］。
而我国又是一个地震多发的国家，如何减少地震中的损失，如何采用一种安全、有效、合理又经济的建筑隔震结构体系，将进一步推动钢结构在我国的发展，实现从建筑抗震到建筑隔震的平稳过渡［4-5］。
1工程概况本文选用1栋商用建筑进行数值模拟，建筑总高度为49.5m ，采用带八字斜撑的钢框架结构形式。
本建筑1~3层为裙房，每层层高设为4.5m ，4~10层用作办公区，层高均为3.0m ，自10层开始由于功能需要向中间缩进，每层层高为3.3m 。
框架柱网横向为10跨，纵向为6跨，且横向和纵向的柱间距均为6.0m 。
结构构件截面尺寸如下：柱为HW400×400×20×35，梁为HW350×350×10×16，斜撑为HW250×250×9×14。
结构荷载取值如表1所示。
结构的最底层平面布置如图1所示。
2MIDAS/Gen 建模采用MIDAS/Gen 软件建立模型如图2所示，MI⁃DAS/Gen 采用软件内置的“一般连接”边界条件来模拟隔震支座［6-7］。
基于midas gen 的多层框架结构减震研究摘要：使用midas gen软件建立模型，对混凝土框架结构进行了减震分析，主要运用了时程分析法分别对不加减震装置的结构和添加减震装置的结构进行了剪力计算和层间位移计算。
关键词：框架结构，时程分析法，减震0引言地震是一种破坏性极大的自然灾害，地震发生时，地动山摇，建筑因之塌毁。
自从建筑上抗震问题突出以来，工程界不断地对结构抗震性能问题进行着深入的思考和研究。
我国2002版新的抗震规范将隔震和减震设计写进规范，midas gen提供了目前结构设计中经常使用的几种隔振器和阻尼器单元。
提供的非线性连接特性的类型有粘弹性消能器、间隙、钩、滞后系统、铅芯橡胶支承隔震装置、摩擦摆隔震装置等六种类型的非线性连接单元。
以下我们将以一个多层框架结构为例，为其添加铅芯橡胶支承隔震装置，通过软件分析看减震的效果如何。
1工程概况：基本数据如下：轴网尺寸：见平面图1图1主梁：250*450,250*500次梁：250*400混凝土：C30层高：一层4.5m 二~六层：3.0m设防烈度：7°（0.10g）场地：二类地震波采用Elcent_h,最大值设为0.1g。
阻尼器采用midas的铅芯橡胶支座隔震装置，线性特征值三个方向的有效刚度分别为100000000KN/m、1000KN/m、1000KN/m。
非线性特性值中Y、Z两个方向特征值均为：弹性刚度1000KN/m，屈服强度100KN,屈服后刚度与弹性刚度比为0.02，滞后循环参数a、b均为0.5.将自重转化为荷载。
2软件分析（1）建立模型设定操作环境，定义材料以及设置截面利用建模助手中的框架来更快速方便的生成框架，并扩展生柱，复制层以生成完成的框架体系定义边界条件，施加固定约束（2）输入荷载施加恒荷，活荷，X、Y方向的风荷载添加自重荷载转化为质量（3）运行分析（4）添加时程荷载函数，从程序自带地震波中选择最常用的Elcent-h，并添加地面加速度。
m i d a s-减隔震支座的刚度模拟精品文档01、减隔震支座的刚度模拟➢具体问题：根据《公路桥梁抗震细则》（JTGB02-01-2008）中第10.2条中关于减隔震装置的说明，常用的减隔震支座装置分为整体型和分离型两类。
目前常用的整体型减隔震装置有：铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆式减隔震支座；目前常用的分离型减隔震装置有：橡胶支座+金属阻尼器、橡胶支座+摩擦阻尼器、橡胶支座+黏性材料阻尼器。
目前设计人员普遍存在两个误区，其一：抗震分析时一味的考虑用桥墩的塑性能力耗散地震效应，忽略增设减隔震支座的设计思路；其二：由于设计人员对减隔震支座的模拟方式不清楚，造成潜意识里回避减隔震支座的采用。
本文考虑上述两点对《公路桥梁抗震细则》（JTGB02-01-2008）第10.2条中涉及的减隔震支座模拟进行说明。
限于篇幅，本文仅对整体型减隔震装置进行叙述。
➢解决斱法：1、铅芯橡胶支座①②涉及规范及支座示意图(《公路桥梁铅芯隔震橡胶支座》（JT/T 822-2011）)图1.1铅芯橡胶支座示意图铅芯橡胶支座的实际滞回曲线和等价线性化模型精品文档（第1页，共1 0页）精品文档01、减隔震支座的刚度模拟图1.2实际滞回曲线图从实际滞回曲线可以得到3点重要的结论：图1.3等价线性化模型1)2)3) ③铅芯橡胶支座的位移剪力曲线所围面积明显大于较普通的橡胶支座，而且滞回曲线所谓面积反映了支座耗能能力，故间隔震支座（对于本图为铅芯橡胶支座）的本质是通过自身的材料或构造特性提供更有效的耗能机制，耗散地震产生的能量，从而起到减轻地震对结构的破坏程度。
实际滞回曲线一般为梭形，图形成反对称形态。
目前通用的方法是将其等效为图1.2所示的线性化模型。
通过K1、K2、 KE、Qy四个参数来模拟铅芯橡胶支座的滞回曲线。
等价线性化模型中涉及的四个参数含义如下：K1——弹性刚度：表示初始加载时，结构处于弹性状态是的刚度（力与变形之间的关系）。
.01、减隔震支座的刚度模拟具体问题：根据《公路桥梁抗震细则》（JTGB02-01-2008）中第10.2条中关于减隔震装置的说明，常用的减隔震支座装置分为整体型和分离型两类。
目前常用的整体型减隔震装置有：铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆式减隔震支座；目前常用的分离型减隔震装置有：橡胶支座+金属阻尼器、橡胶支座+摩擦阻尼器、橡胶支座+黏性材料阻尼器。
目前设计人员普遍存在两个误区，其一：抗震分析时一味的考虑用桥墩的塑性能力耗散地震效应，忽略增设减隔震支座的设计思路；其二：由于设计人员对减隔震支座的模拟方式不清楚，造成潜意识里回避减隔震支座的采用。
本文考虑上述两点对《公路桥梁抗震细则》（JTGB02-01-2008）第10.2条中涉及的减隔震支座模拟进行说明。
限于篇幅，本文仅对整体型减隔震装置进行叙述。
解决斱法：1、铅芯橡胶支座①②涉及规范及支座示意图(《公路桥梁铅芯隔震橡胶支座》（JT/T 822-2011）)图1.1铅芯橡胶支座示意图铅芯橡胶支座的实际滞回曲线和等价线性化模型. （第1页，共1页）.01、减隔震支座的刚度模拟图1.2实际滞回曲线图从实际滞回曲线可以得到3点重要的结论：图1.3等价线性化模型1)2)3) ③铅芯橡胶支座的位移剪力曲线所围面积明显大于较普通的橡胶支座，而且滞回曲线所谓面积反映了支座耗能能力，故间隔震支座（对于本图为铅芯橡胶支座）的本质是通过自身的材料或构造特性提供更有效的耗能机制，耗散地震产生的能量，从而起到减轻地震对结构的破坏程度。
实际滞回曲线一般为梭形，图形成反对称形态。
目前通用的方法是将其等效为图1.2所示的线性化模型。
通过K1 、K2、KE 、Qy四个参数来模拟铅芯橡胶支座的滞回曲线。
等价线性化模型中涉及的四个参数含义如下：K1——弹性刚度：表示初始加载时，结构处于弹性状态是的刚度（力与变形之间的关系）。
K2——屈服刚度：表示屈服之后的刚度。
KE——等效刚度：等效的含义是指如果不考虑加载由弹性到塑性的变化过程，仅考虑屈服后累计位移与力的关系折算出的刚度。
例题钢筋混凝土结构 抗震分析及设计1例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计例题. 钢筋混凝土结构抗震分析及设计 概要本例题介绍使用MIDAS/Gen 的反应谱分析功能来进行抗震设计的方法。
此例题的步骤如下:1.简要2.设定操作环境及定义材料和截面3.利用建模助手建立梁框架4.建立框架柱及剪力墙5.楼层复制及生成层数据文件6.定义边界条件7.输入楼面及梁单元荷载8.输入反应谱分析数据9.定义结构类型10.定义质量11.运行分析12.荷载组合13.查看结果14.配筋设计2例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计1.简要本例题介绍使用MIDAS/Gen 的反应谱分析功能来进行抗震设计的方法。
(该例题数据仅供参考)例题模型为六层钢筋混凝土框－剪结构。
基本数据如下：¾轴网尺寸：见平面图¾主梁： 250x450，250x500¾次梁： 250x400¾连梁： 250x1000¾混凝土： C30¾剪力墙： 250¾层高：一层：4.5m 二~六层：3.0m¾设防烈度：7º（0.10g）¾场地：Ⅱ类3例题 钢筋混凝土结构抗震分析及设计2.设定操作环境及定义材料和截面在建立模型之前先设定环境及定义材料和截面1：主菜单选择 文件>新项目文件>保存: 输入文件名并保存 2：主菜单选择 工具>单位体系: 长度 m, 力kN注：也可以通过程序右下角随时更改单位。
定义单位体系3：主菜单选择 模型>材料和截面特性>材料：添加：定义C30混凝土材料号：1 名称：C30 规范：GB(RC) 混凝土：C30 材料类型：各向同性定义材料4例题钢筋混凝土结构抗震分析及设计4：主菜单选择模型>材料和截面特性>截面：添加：定义梁、柱截面尺寸定义梁、柱截面5：主菜单选择模型>材料和截面特性>厚度：添加：定义剪力墙厚度定义剪力墙厚度5例题 钢筋混凝土结构抗震分析及设计3.用建模助手建立模型1：主菜单选择 模型>结构建模助手>框架:输入：添加x 坐标，距离5，重复2；距离3.9，重复2；距离4.3，重复2； 添加z 坐标，距离5，重复3；编辑： Beta 角，90度；材料，C30；截面，250x450；生成框架； 插入：插入点，0，0，0；Alpha ，－90。
8. 利用midas Gen 做减震分析设计的流程郭文达中国作为地震多发国家，在过去的几十年里发生了如唐山大地震、5.12汶川地震等，造成了大量的人身伤亡和财产损失。
我国在防灾减灾方面也越来越重视，如2009年5月1日开始执行的《中华人民共和国防灾减灾法》等一系列法律、规范、规程等体现出我国对减震、隔震的重视。
对于高烈度地区，采用减震和隔震技术被认为是在安全和经济平衡点的有效处理措施。
本文简要介绍下利用midas Gen 做减震结构分析、设计流程，对于隔震结构分析设计流程将在以后文档介绍。
1. 主要的减震装置（消能器）参考《建筑消能减震技术规程》（JGJ297-2013）定义，对消能器主要分为：速度型耗能阻尼器（黏滞消能器、黏弹性消能器）、位移型耗能阻尼器（金属消能器、摩擦消能型、屈曲约束支撑）、复合型耗能阻尼器（铅黏弹性效能器）及附加振动器（调谐质量阻尼器（TMD ）、调谐液体阻尼器（TLD ））。
2. 减震结构分析方法《建筑消能减震技术规程》（JGJ297-2013）第4.1.2条规定：消能减震结构的地震作用效应计算，应采用下列方法：1）当消能减震结构主体处于弹性工作状态，且消能器处于线性工作状态时，可采用振型分解反应谱法、弹性时程分析法。
2）当消能减震结构主体处于弹性工作状态，且消能器处于非线性工作状态时，采用附加有效阻尼比和有效刚度的振型分解反应谱法、弹性时程分析法；也可采用弹塑性时程分析法。
3）当消能减震结构主体处于弹塑性工作状态时， 应采用静力弹塑性分析方法或采用弹塑性时程分析方法。
3. 减震装置（消能器）恢复力模型选取《建筑消能减震技术规程》（JGJ297-2013）第4.1.8条规定：消能器的恢复力模型宜按下列规定选取：1）软钢消能器和屈曲约束支撑可采用双折线模型、三线性模型或Wen 模型。
2）摩擦消能器、铅消能器可采用理想弹塑性模型。
3）黏滞消能器可采用麦克斯韦模型。
4）黏弹性消能器可采用开尔文模型。
