黏滞阻尼器初始刚度的合理取值探讨

粘滞阻尼器系数取值范围全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：粘滞阻尼器是一种常用于减震和减振的装置，其作用是通过在振动系统中引入阻尼力，从而有效消耗振动系统的能量，减少振动的幅度和频率。

粘滞阻尼器的效果主要取决于其阻尼器系数的取值范围，而这个系数的合适取值范围是非常重要的。

粘滞阻尼器系数的取值范围可以分为三种情况：过小、适中和过大。

当阻尼器系数过小时，阻尼器的阻尼效果不明显，振动系统的振幅和频率无法有效降低，导致减振效果不明显，甚至无法达到预期的效果。

当阻尼器系数适中时，阻尼器能够较好地消耗振动系统的能量，使得振动系统的振幅和频率得以有效降低，从而达到良好的减振效果。

而当阻尼器系数过大时，虽然可以有效地减少振动的幅度和频率，但同时也会造成系统能量的过度耗散，使得系统的稳定性变差。

在实际工程中，粘滞阻尼器系数的取值范围需要根据具体的振动系统和工作条件进行合理选择。

一般来说，阻尼器系数的取值范围可以通过试验和仿真来确定。

在试验阶段，可以通过改变阻尼器系数的取值，观察系统的振动响应，并根据减振效果和系统稳定性来确定最佳的阻尼器系数。

在仿真阶段，可以利用建立的数学模型来分析系统的振动特性，结合优化算法来求解最佳的阻尼器系数。

通过以上方法的综合应用，可以得到符合实际工程需求的粘滞阻尼器系数取值范围。

需要注意的是，粘滞阻尼器系数的取值范围并非一成不变的，它受到多种因素的影响。

在不同的振动系统和工作条件下，粘滞阻尼器系数的合理取值范围可能会有所不同。

在实际工程中，需要根据具体情况对粘滞阻尼器系数进行调整，以获得最佳的减振效果。

粘滞阻尼器系数的取值范围在减振工程中起着至关重要的作用。

通过合理选择粘滞阻尼器系数的取值范围，可以有效地减少振动系统的振幅和频率，提高系统的稳定性和安全性，达到减震和减振的目的。

在工程设计和实施过程中，必须对粘滞阻尼器系数的取值范围进行充分的考虑和优化，以确保系统的正常运行和安全性。

【字数2036】第二篇示例：粘滞阻尼器是一种常用于减震和减振系统中的元件，在工程学中扮演着非常重要的角色。

粘滞阻尼器的理论研究及应用进展【摘要】本文分析总结了粘滞阻尼器的工作机理、耗能原理，以及国内粘滞阻尼器的研究与应用现状，包括粘滞阻尼材料，粘滞阻尼器的类型、性能和力学模型，粘滞阻尼减震结构的性能、分析模型和设计方法，粘滞阻尼器在工程中的应用状况等。

粘滞阻尼器作为一种被动控制装置，由于能向结构提供较大的阻尼，而且当结构变形最大时，阻尼器提供的控制力为零，从而使结构受力较为合理，因此在国内外得到了广泛的研究和一定的应用。

【关键词】粘滞阻尼器；耗能原理；应用进展一、粘滞阻尼器的工作原理粘滞阻尼器作为一种无需外部能源输入提供控制力的被动控制装置，将地震或风荷载输入结构的大部分能量加以吸收和耗散，从而保护主体结构的性能安全。

粘滞阻尼器具有：？滞回曲线呈饱满的椭圆形，具有很强的耗能能力，即使在微小变形条件下；不对主体结构附加刚度，有效解决阻尼器初始刚度难以与结构侧向刚度相匹配的问题；？采用/柔性耗能0的理念，可减少剪力墙、梁柱配筋的使用数量和构件的截面尺寸，经济性好；？不仅能用于新建土木工程结构的抗震抗风，而且能广泛应用于已有土木工程的抗震加固或震后修复工程之中；？适用性好，且维护费用低等特点，而受到越来越广泛的重视，研究和应用均取得了较快的发展，已经从作为结构附加保护系统的第二道防线发展成为结构构件的一部分，并将逐渐取代传统的结构抗震构件。

（一）粘滞阻尼器的耗能原理粘滞流体在阻尼器机构中流动，与阻尼器结构发生相互作用，使得流体动能转化为热能是粘滞阻尼器耗能的基本原理。

粘滞流体的动能向热能转化是通过摩擦耗能和孔缩效应耗能两方面进行的。

（二）粘滞摩擦耗能由于流体分子间的相互吸引力，使得流体具有内摩擦力从而产生粘度特性；流体的内摩擦力变化规律遵守牛顿内摩擦定律dzdv = （1-1）上式中：摩擦切应力；dzdv：流体的速度梯度； z ：为层液厚度；：流体的动力粘度，简称流体粘度。

式（1-1）表明流体内部没有相对运动时，摩擦切应力为零，仅当出现速度梯度时才出现摩擦阻力，并且其大小取决于速度梯度。

粘滞阻尼器系数取值范围1. 引言1.1 粘滞阻尼器的定义粘滞阻尼器是一种用来减缓或消耗结构振动能量的装置。

它通过内部的粘滞材料或者液体阻尼剂，在结构振动时产生粘滞性阻尼力，从而减小结构的振幅和振动周期。

粘滞阻尼器在提高结构的耐震性能和减小结构疲劳损伤方面有着重要作用。

粘滞阻尼器的设计原理是基于材料内部的粘滞效应，当结构受到外力作用时，材料内部的分子会因受力而发生相对位移，从而消耗一定的能量。

通过合适选择粘滞阻尼器的材料和参数，可以达到控制结构振动的目的。

在工程实践中，粘滞阻尼器常用于桥梁、高层建筑、工业设备等结构的减震设计中。

通过结构动力学分析和优化设计，可以有效提高结构的耐震性能，减少地震带来的损害。

粘滞阻尼器的系数取值范围对结构的实际减震效果起着至关重要的作用，需要根据具体工程要求和结构特点来确定合适的系数取值。

1.2 粘滞阻尼器的作用粘滞阻尼器的作用是通过粘滞力和摩擦力的作用来消耗机械系统的振动能量，从而减小系统的振动幅度和震动频率，达到减震和减振的效果。

粘滞阻尼器能够有效地抑制结构在外力作用下的振动，提高结构的稳定性和安全性。

在工程实践中，粘滞阻尼器常被应用在桥梁、高楼、机械设备等领域，用于减小结构的振动幅度，降低对结构的疲劳损伤，延长结构的使用寿命。

粘滞阻尼器的作用还体现在其对结构的能量耗散和振动频率的抑制上。

它可以将结构振动时产生的机械能转换为热能并耗散掉，从而起到减震的效果。

粘滞阻尼器还可以通过调节其阻尼系数的大小来改变结构的振动特性，降低结构的共振频率，防止共振现象的发生，从而提高结构的抗震能力和稳定性。

粘滞阻尼器在工程实践中具有重要的作用，不仅能够减小结构振动的幅度和频率，提高结构的稳定性和安全性，还能够延长结构的使用寿命，减小结构的维护成本。

在设计工程结构时，应合理选择和配置粘滞阻尼器，以提高结构的整体性能和抗震能力。

2. 正文2.1 粘滞阻尼器系数的影响因素1. 结构参数：粘滞阻尼器的尺寸、形状、材料等结构参数会直接影响其阻尼效果以及阻尼器系数的取值范围。

粘滞阻尼框架结构动力可靠度及参数分析狄生奎;赵子斌;李凯峰【摘要】针对装有粘滞阻尼器的框架结构,建立粘滞阻尼结构的动力方程.利用虚拟激励法和Kanai-Tajimi地震动模型求解出在地震作用下的随机响应.基于随机振动的首次超越破坏理论分析装有粘滞阻尼器结构的可靠度.通过调整不同的支撑刚度和阻尼系数,得出这些参数对粘滞阻尼结构可靠度的影响.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2014(040)002【总页数】5页(P123-127)【关键词】消能减震;粘滞阻尼器;虚拟激励法;随机地震反应;结构可靠度【作者】狄生奎;赵子斌;李凯峰【作者单位】兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TU311.3中国是一个多地震国家，震害严重，且存在着大量未考虑抗震设防和虽考虑抗震设防但仍不能满足现行规范的既有建筑.人们对工程安全的要求和工程抗震标准不断提高，为确保这些建筑的安全使用，就需要对建筑进行抗震加固.探寻实用而有效的抗震加固方法，越来越受到人们的重视.目前既有建筑抗震加固常用方法本质上是增强结构自身的抗震能力，依赖结构本身储存和耗散地震能量.这种“硬碰硬”式的抗震方法，不具备自我调节与自我控制的能力，将使结构产生不同程度的损坏，甚至产生严重破坏或倒塌，造成重大的人员伤亡和经济损失，是一种消极被动的抗震方法.为了满足结构功能和安全性的要求，避免过大的投资.近30多年来，国内外学者提出了结构消能减震体系这个新型的结构体系，并用来解决结构工程中的一系列问题.所谓结构消能减震体系就是通过在结构上安装耗能减震装置减轻或抑制结构由于外荷载作用引起的反应.粘滞阻尼器是为结构体系提供附加阻尼，通过粘滞介质和阻尼器结构部件的相互作用产生阻尼力，达到耗散地震输入能量的目的，保证结构构件安全[1-3].结构消能减震技术是一种积极的、主动的抗震对策，不仅改变了结构抗震的传统概念、方法和手段，而且使得结构的抗震(风)舒适度、抗震(风)能力、抗震(风)可靠性和灾害防御水平大幅度提高.郭安薪等[4]采用等价线性化建立了安装粘弹阻尼器的滞变结构体系在地震作用下的随机响应计算方法，并在此基础上探讨安装粘弹性阻尼器后的结构可靠度.谭平等[5]研究了TMD装置在容许行程范围内风荷载下的动力可靠度；陆立新等[6]提出非线性失效面的重要抽样法，应用于摩擦阻尼器减震结构的分析.杜永峰[7]基于非比例多自由度线性模型运用虚拟激励法研究了小震作用下隔震结构的失效概率.本文应用虚拟激励法计算粘滞阻尼结构的地震反应，与常用的时程分析法计算结果做比较；在此基础上从结构可靠度的角度，分析不同支撑刚度和阻尼系数对装有粘滞阻尼器结构可靠度和地震反应的影响.1 带粘滞阻尼器结构的随机地震响应1.1 粘滞阻尼结构的动力方程假定梁和楼板在平面内刚度无限大，将装有粘滞阻尼器的框架结构看成多自由度层间剪切模型，运动方程为(1)式中:M、K、C分别为质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵；F为附加的阻尼力列阵；为地面运动加速度时程;为加速度列阵;为速度列阵;x(t)为位移列阵.楼层由低向高编号，总层数为N，第j层质量为mj,第j层刚度为kj.结构阻尼采用Reyleigh阻尼，对于附加阻尼力列阵F，有式中：注：cj=njCejcos 2θj利用能量相等原理将粘滞阻尼器等效线性化[1]：得其中，1.2 虚拟激励法采用日本学者Kanai-Tajimi提出的平稳过滤白噪声模型,该模型考虑了地表土层特性对地震动频谱特征的影响[8].(2)其中,S是反映地震动强弱程度的谱参数，对于不同场地条件εj、ωg取值不同[8-9].文中利用虚拟激励法[9]将式(2)的功率谱离散化，对每个离散点构造虚拟地面加速度激励：(3)相应的结构虚拟响应量为将式(3)代入式(1)，得(4)则结构响应功率谱离散数值解为由于无论在自谱还是互谱计算中，虚拟简谐激励因子eiωt、e-iωt总是成对出现并最终相乘而抵消,因此可以将结构的位移、内力等方便的求出.虚拟激励法的实质就是将平稳随机振动的计算转化为稳态简谐响应计算，将非平稳随机振动的计算转化为普通逐步积分计算，从而实现用最基本的结构动力学方法来处理一般的平稳和非平稳随机响应分析问题，使得该方法既具有功率谱法自动包含参振振型藕合项影响的特点，同时又大大降低计算量.由于对应0均值输入的结构，其响应均值也为0，由维纳-辛钦关系得：(5)2 结构可靠度分析结构受地震作用的动力可靠度分析是典型的基于首次穿越破坏的分析.该问题可转化为楼层位移反应σ(t)在给定的时段[0,T]内一次也不超过给定界限值的概率.本文采用首超变形作为粘滞阻尼结构可靠性分析的破坏准则[10]，基于Poisson概率分布假定，假设结构的动力反应首次超越临界值时结构就发生破坏，并采用双侧对称安全界限，结构楼层的可靠度可以表示为(6)式中:T为地震时长；σy,j为位移方差；为速度方差；θe为层间位移限值.由虚拟激励法得到结构的各层位移均方差和速度均方差：结构楼层的失效概率：P2,j=1-P1,j(7)考虑到楼层的失效是由于该层的破坏所引起的，各楼层的失效破坏彼此无关.因此粘滞阻尼结构的失效概率为：(8)3 算例分析某8层框架结构建筑，考虑地震烈度为8度(设计基本地震加速度值为0.2g),Ⅱ类场地，设计地震分组为第三组，各层的质量均为6.17×105 kg,层间刚度分别为4.62×105、3.59×105、3.39×105、3.36×105、3.37×105、3.12×105、3.02×105、2.89×105 kN/m，层高均为3.6 m，混凝土结构阻尼比为0.05.粘滞阻尼器等效线性化后的等效阻尼为2.5×103 kN·s/m.地震动模型参数根据场地类型选取特征阻尼比εj=0.72，场地的特征周期wj=13.96 Rad/s，峰值因子S0=11.106 cm2/s3[11,12].3.1 结构随机响应分析该结构可以看成是多自由度层间剪切模型.由于各层均设置粘滞阻尼器，Ce接近比例阻尼矩阵，利用振型的正交性将其解耦为单自由度体系.首先，将0.2g的ElcentRo地震波的峰值调整为多遇地震，用时程分析法计算.然后，与虚拟激励法的计算结果进行比较，见表1.由表1可以看出：两种方法的计算结果相近,这表明利用虚拟激励法可以进行粘滞阻尼器减震结构的地震反应分析. 采用虚拟激励法，用MATLAB编程分别对非减震结构和减震结构进行随机响应分析，得到位移和速度的响应均方差.表1 时程分析法与虚拟激励法计算的楼层位移Tab.1 Time histoRy analysis and PEM to calculate the FlooR displacement 楼层虚拟激励法/mm时程分析法/mm13.199 82.722 927.147 46.101 3311.008 49.348 7414.468 312.331 7517.396 515.448 1619.914 918.405 6721.752 521.005 6822.758 422.970 3图1 楼层位移Fig.1 FlooR displacement图1为楼层位移.由表1、图1可知：设置粘滞阻尼器后，在地震作用下能有效减小结构的位移响应.其中,楼层位移比原结构减小50%～60%，层间位移比原结构减小50%～60%.这说明粘滞阻尼器支撑可以有效减小结构的地震响应，起到良好的消能减震作用.3.2 结构可靠度分析由层间位移(图2)可知,原结构第二层为薄弱层，层间位移最大，失效概率亦最大.增加粘滞阻尼器后，结构的楼层位移层间位移均明显减小，失效概率亦明显减小.减震结构与原结构的各楼层失效概率见表2，楼层可靠度见图3.地震作用下非减震结构的整体失效概率为99.998%，减震结构的整体失效概率几乎为0，可知设置粘滞阻尼器后能有效地提高结构的抗震性能.图2 层间位移Fig.2 LayeR displacement图3 楼层可靠度Fig.3 FlooR Reliability表2 各楼层与整体系统失效概率对比Tab.2 The contRast oF the FailuRe pRobability oF the FlooR and the whole system楼层非减震结构失效概率%可靠度%减震结构失效概率%可靠度%10.825 60.17440.000 30.999 720.962 80.037 20.006 10.994 030.939 80.060 20.002 30.997 640.839 30.160 70.000 20.999 850.585 40.414 601.000 060.321 60.678 401.000 070.022 80.977 201.000 0801.000 001.000 0整体系统1.000000.008 80.991 23.3 阻尼支撑参数对结构响应的影响影响减震结构随机响应的参数主要是支撑刚度与阻尼系数.粘滞阻尼器对结构不附加刚度，通常与斜撑串联布置在结构的层间.假设周期(表3)和阻尼器系数一定的结构设置粘滞阻尼器后，地震反应降低的原因有两个：1) 考虑支撑附加的刚度使结构的周期缩短；2) 通过粘滞阻尼器增大了结构原来的阻尼比从而吸收了大量的能量.为进一步了解粘滞阻尼器参数对减震结构随机反应和可靠度的影响，在调整不同支撑刚度和阻尼系数的情况下对减震结构进行随机反应和可靠度计算，其结果见图4～9.表3 非减震结构与减震结构的结构自振周期Tab.3 PeRiod oF vibRation oF the dissipation stRuctuRe and common stRuctuRe周期/s非减震结构减震结构11.407 50.717 420.486 80.420 430.300 20.282 4 图4、5为假定阻尼系数不变(C=1 500 kN·s/m)调整支撑刚度对结构楼层位移和速度响应的影响.可以看出：随着支撑刚度的提高，减震结构的楼层位移和速度均减小；当超过38 MN/m后，结构反应的变化趋于平缓.这是由于附加支撑的增加使得减震结构的刚度变大，结构整体的变形能力减小，从而导致结构楼层反应降低. 图4 支撑刚度对结构楼层位移的影响 Fig.4 The inFluence oF bRace stiFFness on the FlooR displacement图5 支撑刚度对结构楼层速度的影响Fig.5 The inFluence oF bRace stiFFness on the FlooR speed图6、7为假定支撑刚度不变(K=30 MN/m)时调整阻尼系数对结构楼层位移和速度响应的影响.可以看出：随着阻尼系数的增大，结构耗能能力增强，减震结构的楼层位移和速度均减小.图6 阻尼系数对结构楼层位移的影响Fig.6 The inFluence oF damping coeFFicient on the FlooR displacement图8、9分别为支撑刚度和阻尼系数对结构楼层失效概率的影响，可以得到以下结论.1) 支撑刚度在5～35 MN/m之间变化时，随支撑刚度的提高，减震结构的楼层失效概率显著降低；当支撑刚度大于38 MN/m时，继续增大支撑刚度，结构的失效概率趋于缓和；此时粘滞阻尼结构的能量消耗将完全由粘滞阻尼耗散.2) 随着阻尼系数的增加，结构的失效概率减小，呈指数变化形式.图7 阻尼系数对结构楼层速度的影响Fig.7 The inFluence oF damping coeFFicient on the FlooR speed图8 支撑刚度对结构失效概率的影响 Fig.8 The inFluence oF bRace stiFFness on the FailuRe pRobability图9 阻尼系数对结构失效概率的影响Fig.9 The inFluence oF damping coeFFicient on the FailuRe pRobability4 结论采用Kanai-Tajimi地震动模型，建立粘滞阻尼结构的动力方程，运用虚拟激励法求解减震结构的随机响应，以层间位移为限基于首次超越破坏理论得出减震结构与非减震结构的可靠度，并且探讨不同支撑刚度和阻尼系数对结构可靠度的影响. 1) 考虑到地震具有随机性，采用随机地震动模型比确定的时程函数能更合理地描述地震随机性；同时通过与时程分析法结果的比较，说明虚拟激励法能有效解决随机响应的问题.2) 基于层间位移首次超越破坏理论，得出装有粘滞阻尼器结构的楼层可靠度以及整体体系可靠度均明显的减小，说明粘滞阻尼减震结构的优越性.3) 探讨不同支撑刚度和阻尼系数对结构地震响应和可靠度的影响，可知在阻尼系数不变的情况下，支撑刚度对减震结构的影响很大.随着支撑刚度的增加，可以明显减小结构的楼层位移，楼层和整体体系失效概率也变小；当增加到一定程度时，结构的楼层位移趋于平缓，楼层和整体体系的失效概率也趋于平缓.在支撑刚度不变的情况下，结构的楼层位移随阻尼系数的增加一直减小，楼层和整体体系的失效概率随阻尼系数的增加而一直减小.4) 由于各层的地震响应不同，导致各层粘滞阻尼器的耗能效果不同.合理的设置支撑刚度和阻尼系数可以有利于粘滞阻尼器充分利用其特性，达到耗能减震的目的；同时各层的耗能能力得到合理的分配，使结构更趋于安全.参考文献：[1] 周云.粘滞阻尼结构减震设计 [M].武汉:武汉理工大学出版社,2006:184-190.[2] SOONG T T, DARGUSH G F.结构工程中的被动消能系统 [M].董平,译.北京:科学出版社,2005.[3] ZHANG R H,SOONG T T.Seismic design oF visco-elastic dampeRs FoR stRuctuRal application [J].JouRnal oF StRuctuRalEngineeRing,1992,18(5):1375-1392.[4] 郭安薪,吴波,徐幼麟.安装粘弹性阻尼器的滞变结构抗震可靠度分析 [J].世界地震工程,2001,17(2):8-13.[5] 谭平,卜国雄,周福霖.带限位TMD的抗风动力可靠度研究 [J].振动与冲击,2009,28(6):42-45.[6] 陆立新,吴斌,欧进萍.摩擦阻尼结构可靠度分析 [J].结构工程师,2009,25(3):80-83.[7] 杜永峰,白莉,夏亚峰,等.小震下隔震结构的随机响应及失效概率分析 [J].兰州理工大学学报,2004,30(6):101-105.[8] 欧进萍,王光远.随机振动 [M].北京:高等教育出版社,1998.[9] 林家浩,张亚辉.随机振动的虚拟激励法 [M].北京:科学出版社,2004.[10] 李桂青，曹宏，李秋胜,等.结构动力可靠性理论及其应用[M].北京:地震出版杜,1993．[11] 薛素铎,王雪生,曹资.基于新抗震规范的地震动随机模型参数研究 [J].土木工程学报,2003,6(5):5-10.[12] 欧进萍,牛荻涛,杜修力.设计用随机地震动的模型及其参数确定 [J].地震工程与工程振动,1991,1(3):45-53.。

粘土的阻尼参数全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：粘土是一种常见的土壤类型，具有良好的阻尼特性。

阻尼是指材料吸收和耗散振动能量的能力，能够减少结构振动的幅度和频率。

在地震和风力等外部力的作用下，阻尼参数是很重要的，它影响着结构的动态响应和稳定性。

本文将探讨粘土的阻尼参数，包括影响因素、测试方法和应用。

一、影响因素粘土的阻尼参数受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 土体的孔隙结构：孔隙结构决定了粘土的渗透性和吸水性，进而影响其阻尼性能。

孔隙结构越复杂，粘土的阻尼参数通常越高。

2. 应力水平：粘土在不同应力水平下的阻尼参数可能有所不同。

通常情况下，应力越大，阻尼参数越高。

3. 饱和度：粘土的饱和度是一个重要的影响因子，饱和度越高，阻尼参数通常越大。

4. 粘土类型：不同类型的粘土，其阻尼参数也可能存在差异。

常见的粘土类型包括黏土、壤土和淤泥等。

5. 温度和水分含量：温度和水分含量也会对粘土的阻尼参数产生影响，通常情况下，温度越高、水分含量越大，阻尼参数越高。

二、测试方法粘土的阻尼参数通常通过实验测试来确定，常用的测试方法主要有：1. 固定-自由振动法：这种方法通过给定一个固定的激振力，测量结构的振幅和频率，然后计算出阻尼比等参数。

2. 能量法：这种方法是通过对结构的能量平衡进行分析，从而确定阻尼参数，包括材料的内耗和辐射阻尼等。

3. 频率法：这种方法是通过测量结构在不同频率下的振动响应，从而确定阻尼参数。

三、应用1. 结构抗震设计：阻尼参数是结构抗震设计的重要输入参数，通过合理确定粘土的阻尼参数，可以提高结构的抗震性能。

2. 地基改良：粘土的阻尼参数直接影响地基的稳定性和承载能力，通过改良粘土的阻尼性能，可以改善地基的工程性能。

3. 地震监测：粘土的阻尼参数还可以用于地震监测和预警系统中，为地震灾害预防和减灾提供重要的依据。

粘土的阻尼参数是影响结构动态响应和稳定性的重要因素，通过合理测试和应用，可以有效提高结构的抗震性能和地基的稳定性，为工程实践提供重要的参考依据。

粘滞阻尼器的研究与应用发表时间：2018-07-02T11:46:36.937Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第3期作者：李旋[导读] 阻尼是结构振动衰减的根本原因，但由于实际结构中的阻尼复杂特性使得并不能精准定位阻尼。

武汉城市职业学院湖北武汉 430064摘要：粘滞阻尼器是根据流体运动，特别是当流体通过节流孔时会产生粘滞阻力的原理而制成的，是一种与刚度、速度相关型阻尼器。

一般由油缸、活塞、活塞杆、衬套、介质、销头等部分组成，活塞可以在油缸内作往复运动，活塞上设有阻尼结构，油缸内装满流体阻尼介质。

当外部激励（地震或风振）传递到结构中时，结构产生变形并带动阻尼器运动。

在活塞两端形成压力差，介质从阻尼结构中通过，从而产生阻尼力并实现能量转变（机械能转化为热能），达到减小结构振动反应的目的。

关键词：阻尼器；耗能减震；动力分析一、基本概念及构造特点（1）基本概念阻尼是结构振动衰减的根本原因，但由于实际结构中的阻尼复杂特性使得并不能精准定位阻尼，故在结构分析中一般认为结构阻尼为线性粘滞阻尼，也即是认为阻尼力与速度成正比，且假定结构中设置粘滞阻尼器后所附加给结构的阻尼与结构本身的阻尼基本一致。

粘滞阻尼器（墙）是根据流体运动，特别是当流体通过节流孔或在封闭空间中进行相对运动时与壁缸或壁筒产生相互作用，将流体运动产生的动能转化为热能，从而耗散地震输入的能量。

这种因流体运动将动能转化为热能所产生粘滞阻尼的耗能装置，即被称之为粘滞阻尼器，又称之为速度型阻尼器，其阻尼力的大小与流体运动的速率密切相关，速度越大，阻尼力越大，速度为0时，阻尼力为0，是一种刚度无关、速度相关的阻尼器。

（1—1）其中：F——粘滞阻尼器的粘滞阻尼力；C——阻尼系数，与壁缸或壁筒的具体尺寸、粘滞流体的粘度等因素密切相关。

粘滞阻尼器以其优异的抗风、抗震（振）能力和经济性，近年来在工程结构领域得到广泛应用。

其应用领域包括：民用建筑（如住宅、办公楼、商场等多层高层及大跨建筑结构）、生命线工程（如医院、学校、城市功能建筑）、工业建筑（如厂房、塔架、设备减振）、桥梁（人行桥、高架路桥）、军工行业等。

第51卷第1期2021年1月上建筑结构Building StructureVol．51No．1Jan．2021DOI ：10.19701/j．jzjg．2021.01.021作者简介：杨凯，硕士，工程师，Email ：yangkaitotongji @163．com 。

黏滞阻尼器初始刚度的合理取值探讨杨凯1，2，丁孙玮1，2，洪彦昆1，郭鑫1，2，郑超凡2（1上海上材减振科技有限公司，上海200437；2上海消能减震工程技术研究中心，上海200437）［摘要］目前工程界关于黏滞阻尼器初始刚度的取值普遍较大，这与其实际性能差别较大。

过大的初始刚度取值会大大高估黏滞阻尼器在风和地震下的耗能作用，使得结构设计偏于不安全。

结合试验和有限元计算结果，验证了黏滞阻尼器加载刚度与其初始刚度数值上近似相等。

结合一个工程案例，通过对非减震模型、不同减震模型的层间位移角、层间剪力、能量分布、附加阻尼比、滞回曲线的对比分析，阐述了黏滞阻尼器初始刚度的不合理取值可能会高估黏滞阻尼器的消能作用。

［关键词］黏滞阻尼器；初始刚度；加载刚度；附加阻尼比；耗能作用中图分类号：TU352.1文献标识码：A文章编号：1002-848X （2021）01-0121-05［引用本文］杨凯，丁孙玮，洪彦昆，等．黏滞阻尼器初始刚度的合理取值探讨［J ］．建筑结构，2021，51（1）：121-125．YANG Kai ，DING Sunwei ，HONG Yankun ，et al．Discussion on reasonable selecting value of initial stiffness of viscous damper ［J ］．Building Structure ，2021，51（1）：121-125．Discussion on reasonable selecting value of initial stiffness of viscous damperYANG Kai 1，2，DING Sunwei 1，2，HONG Yankun 1，GUO Xin 1，2，ZHENG Chaofan 2（1Shanghai SＲIM Vibration Control Technology Co．，Ltd．，Shanghai 200437，China ；2Shanghai Engineering Ｒesearch Center of Earthquake Energy Dissipation ，Shanghai 200437，China ）Abstract ：At present ，the selecting value of the initial stiffness of viscous damper is usually very large in engineering ，which is significantly different from the actual performance of viscous damper．Excessive large selecting value of initial stiffness will greatly overestimate the energy dissipation of viscous dampers under wind and earthquake ，making the structural design unsafe．Combined with test results and finite element calculation results ，it was verified that the loading stiffness of the viscous damper is approximately equal to its initial stiffness．Combined with an engineering case ，through the comparative analysis of the inter-storey drift ，inter-storey shear force ，energy distribution ，additional damping ratio and hysteresis curve of non-damping models and different damping models ，it was expounded that the unreasonable selecting value of initial stiffness of viscous dampers may overestimates the energy dissipation of viscous dampers．Keywords ：viscous damper ；initial stiffness ；loading stiffness ；additional damping ratio ；energy dissipation0引言根据耗能原理的不同，消能器主要可分为速度相关型和位移相关型两大类。

粘滞阻尼器选型方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以是对粘滞阻尼器选型方法主题进行简要介绍，并概括讨论研究的背景和意义。

概述部分的内容可以如下所示：第1.1节概述粘滞阻尼器作为一种重要的振动控制装置，在工程领域得到了广泛的应用。

它通过消耗和转化振动能量，实现了结构物的振动控制，从而提高了结构的稳定性和可靠性。

随着现代工程结构的快速发展和需求的提高，粘滞阻尼器在建筑、桥梁、航空、能源等领域中的应用越来越多。

然而，粘滞阻尼器的选型方法一直是一个复杂而具有挑战性的问题。

本文旨在探讨粘滞阻尼器的选型方法，通过系统的综述和分析，总结出一套科学合理的选型方法，以指导工程师在实际工程设计中正确、有效地选择粘滞阻尼器。

这对于提高结构的振动控制效果，降低结构的振动响应具有重要的理论和实践意义。

本文将首先介绍粘滞阻尼器的基本原理，包括其工作原理、结构特点和数学模型等。

然后，详细讨论粘滞阻尼器的选型方法，包括振动特性分析、设计参数确定、性能评价等方面。

通过对已有研究成果的综述和分析，本文将提出一套科学、实用的选型方法。

最后，文章将对选型方法进行总结，并展望未来的研究方向，以期为粘滞阻尼器的选型提供参考和借鉴。

通过本文的研究和讨论，相信能够推动粘滞阻尼器选型方法的进一步发展，为工程实践提供更好的指导和支持。

这将有助于提高结构的抗震性能、减小振动带来的危害，从而为工程领域的可持续发展做出贡献。

文章结构部分的内容可以按照以下方式进行编写：文章结构是指文章的整体组织和布局，它对于读者来说是十分重要的，可以帮助读者更好地理解和把握文章的主旨和内容。

本文按照以下结构组织：1. 引言1.1 概述在引言部分，将简要介绍粘滞阻尼器的背景和概念，以引起读者的兴趣并说明本文的重要性。

1.2 文章结构本章将详细介绍文章的结构，包括引言、正文和结论三个部分，并简要说明每个部分的内容和目的。

1.3 目的在此部分，将明确说明本文的目的，即通过选型方法帮助读者更好地选择适合其需求的粘滞阻尼器。

粘滞阻尼器阻尼系数取值粘滞阻尼器（也称为粘滞阻尼器）是一种通过粘滞力来消耗能量并减小振动幅度的装置。

它广泛应用于工程结构、建筑物、桥梁和机械设备等领域，用于减小结构物在地震、风荷载等外部激励下的振动响应。

在粘滞阻尼器中，阻尼系数是一个重要的参数，它决定了粘滞阻尼器的阻尼效果。

粘滞阻尼器的阻尼系数是指单位速度下粘滞阻尼器对结构的阻尼力。

阻尼系数越大，粘滞阻尼器对结构的阻尼力越大，从而使结构的振动幅度减小得更快。

粘滞阻尼器的阻尼系数一般由以下几个方面的因素决定：1. 粘滞材料的选择：粘滞阻尼器中的粘滞材料是产生阻尼力的关键。

不同材料的粘滞特性不同，其阻尼系数也会有所差异。

一般常用的粘滞材料有硅油、聚氨酯等，它们具有较高的粘滞特性，可以实现较大的阻尼系数。

2. 粘滞阻尼器的尺寸和形状：粘滞阻尼器的尺寸和形状也会对阻尼系数产生影响。

一般来说，粘滞阻尼器的长度越大，阻尼系数越大；阻尼器的截面积越大，阻尼系数越大。

此外，不同形状的粘滞阻尼器，由于其结构特点不同，阻尼系数也会有所不同。

3. 粘滞阻尼器的安装方式：粘滞阻尼器的安装方式也会对阻尼系数产生影响。

一般来说，如果粘滞阻尼器与结构的连接刚度较大，阻尼系数会相对较小；如果连接刚度较小，阻尼系数会相对较大。

4. 外部温度和湿度：外部温度和湿度的变化也会对粘滞阻尼器的阻尼系数产生一定的影响。

在高温和高湿环境下，粘滞材料的粘滞特性可能会发生变化，从而导致阻尼系数的变化。

粘滞阻尼器的阻尼系数对结构的阻尼效果有着重要影响。

当结构受到外部激励时，粘滞阻尼器通过粘滞力将结构的振动能量转化为热能，从而减小了结构的振动幅度。

较大的阻尼系数可以有效地减小结构的振动响应，提高结构的抗震性能。

在实际工程中，粘滞阻尼器的阻尼系数的选择需要综合考虑结构的特点、设计要求、经济性等因素。

如果阻尼系数选择过大，可能会对结构的刚度和稳定性产生不利影响；如果阻尼系数选择过小，可能无法达到减小结构振动幅度的目的。

建筑论文：新型黏滞阻尼器力学性能试验研究及实用仿真第1章绪论1.1选题背景与意义“正常”地壳震动，有机会引发地震，这是不可避免的。

全球地震每年发生500多万次，根据地震的统计数据：人类能感觉到的超过50000次；可以造成伤害的超过1000次；可以造成灾难的大约十几次；超过8级以上的平均每年约有1.2次[1]。

严重的地震会导致结构在几秒钟的时间内产生严重损坏，可以在短时间之内让车水马龙的城市变成无人问津的废墟[2]。

地震也可能引起次生灾害，如海啸，火山爆发、山体滑坡、核泄漏、煤气泄漏、化工厂毒气泄漏等，是最具破坏性的，也是最严重威胁到人类和自然的自然灾害[3]。

我国和其他国家人民的生命及财产遭受了巨大的威胁及损害，都是由已经发生和将要发生的地震造成的：2011年3月，在日本发生剧烈地震，不仅引发了海啸，也导致了核电站泄漏，日本全国乃至周边地区都造成了巨大的影响。

2008年在四川发生震惊世界的 5.12汶川大地震，超过69000人死亡，超过18000人失踪，数百万人无家可归，约8451亿人民币的直接经济损失。

2010年4月14日，在中国的青海玉树地区发生7.1级地震灾难，超过2000人死亡，受伤人数超过12000人，约十万人住房被摧毁，直接经济损失超过6400亿元。

总之，考虑到地震对人身安全性、建筑物、经济构成会造成严重损害，由于地震的偶然性，不能准确预测，又由于地震发生的必然性，设计合理的减震防灾结构预防地震所造成的严重破坏成为需要。

各个国家的科研人员及政府部门为了减少地震造成的损害，都在积极探索着新的方法[4]。

工程结构耗能方面，很多国家已把研究成果在工程实践中应用，并发展新研究方向。

在地震发生次数较多的国家，耗能减震已经成为研究领域的一个大热点[5]。

.........1.2国内外研究现状近年来，结构阻尼减震系统得到了快速发展，随着各项检测技术的不断提高，测试方法和计算方法不断改进，能量耗散系统已经逐渐取代了传统的地震防震体系成为结构抗震的第二道防线。

粘滞阻尼器参数设置要点1. 引言1.1 什么是粘滞阻尼器粘滞阻尼器是一种通过粘滞材料制成的结构抑制振动和减小结构响应的装置。

其原理是利用粘滞材料的能量耗散和变形来吸收结构振动产生的能量，从而减小结构的振动幅值和响应。

粘滞阻尼器通常由粘滞材料、支撑结构和固定装置组成，通过将粘滞材料固定在结构中，使其在结构振动时发生相对位移和形变，从而实现能量的耗散和减振效果。

粘滞阻尼器具有体积小、重量轻、安装方便等优点，广泛应用于桥梁、建筑、风电、交通运输等工程领域。

在地震和风灾等自然灾害频发的地区，粘滞阻尼器更能有效提高结构的抗震和防风性能，减少灾害损失。

粘滞阻尼器是一种重要的结构减震控制装置，对结构安全性和稳定性具有重要作用，是当前结构工程领域值得研究和推广的一个方向。

1.2 粘滞阻尼器在工程中的作用粘滞阻尼器在工程中的作用非常重要，它可以有效地降低结构在地震或风灾等外部力作用下的振动响应，提高结构的稳定性和安全性。

粘滞阻尼器可以吸收和耗散结构振动的能量，减小结构的位移和加速度响应，从而降低结构受到的损害。

在工程实践中，粘滞阻尼器被广泛应用于桥梁、高层建筑、烟囱、风力发电塔等结构中，通过合理设置参数来实现结构的防震和减震效果。

粘滞阻尼器与传统的结构减震方法相比，具有结构简单、安装方便、成本低廉等优势，因此在工程中得到了广泛应用。

通过科学合理地设置粘滞阻尼器的参数，可以进一步提高结构的抗震性能，降低结构的振动响应，保障结构和人员的安全。

了解粘滞阻尼器在工程中的作用，掌握粘滞阻尼器参数设置的要点是非常重要的，可以帮助工程师更好地设计和应用粘滞阻尼器，提高结构的整体性能和安全性。

2. 正文2.1 粘滞阻尼器参数设置的重要性粘滞阻尼器参数设置的重要性在工程中起着至关重要的作用。

粘滞阻尼器是一种通过黏滞力和阻尼力来消耗结构振动能量并减小结构响应的装置，在地震、风荷载等外部作用下能有效减小结构变形和位移，提高结构的稳定性和抗震性能。

２０２３年５月第３９卷第３期㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ)㊀Ｍａｙ㊀２０２３Ｖｏｌ.３９ꎬＮｏ.３㊀㊀收稿日期:２０２２－０９－１５基金项目: 十三五 国家重点研发计划项目(２０１８ＹＦＣ０８０９６００ꎬ２０１８ＹＦＣ０８０９６０６)作者简介:宋福春(１９７１ )ꎬ男ꎬ副教授ꎬ博士ꎬ主要从事桥梁组合结构等方面研究ꎮ文章编号:２０９５－１９２２(２０２３)０３－０５００－０９ｄｏｉ:１０.１１７１７/ｊ.ｉｓｓｎ:２０９５－１９２２.２０２３.０３.１４抗弯刚度对斜拉索￣黏滞阻尼器系统风致振动影响的研究宋福春ꎬ付聿旻(沈阳建筑大学交通与测绘工程学院ꎬ辽宁沈阳１１０１６８)摘㊀要目的研究抗弯刚度对斜拉索及斜拉索￣黏滞阻尼器系统的影响ꎬ为风致振动分析以及黏滞阻尼器设计提供参考ꎮ方法以沈阳市昆山西路斜拉桥作为工程背景ꎬ选取桥上长度在３６~１４６ｍ的三根斜拉索建立索结构动力分析有限元模型ꎬ通过自回归方法生成斜拉索不同坐标处的风荷载时程ꎬ计算并分析忽略抗弯刚度的杆单元模型㊁考虑抗弯刚度的梁单元模型在风荷载作用下的振动及安装黏滞阻尼器后的抑振效果ꎮ结果考虑斜拉索抗弯刚度时ꎬ中点处的初始垂度静力计算结果较忽略斜拉索抗弯刚度时大ꎻ风荷载作用下ꎬ考虑抗弯刚度时的位移最大值和振幅为忽略抗弯刚度时的２倍左右ꎻ安装于三根斜拉索上的黏滞阻尼器在考虑抗弯刚度时的最佳阻尼系数大于忽略抗弯刚度时的最佳阻尼系数ꎬ斜拉索越短对应的这两个值的差值越大ꎻ考虑高阶模态设计黏滞阻尼器能降低３Ｈｚ以上的高频振动ꎬ但低于３Ｈｚ的最大振动峰值反而变大ꎮ结论在斜拉索以及斜拉索￣黏滞阻尼器系统的有限元模拟中ꎬ特别是对于长度较短的斜拉索ꎬ应使用带抗弯刚度的单元模拟ꎻ对于斜拉索的风致振动ꎬ使用一阶模态设计黏滞阻尼器即可达到较好的抑振效果ꎮ关键词桥梁工程ꎻ风致振动抑制ꎻ有限元ꎻ斜拉索ꎻ黏滞阻尼器ꎻ斜拉索￣阻尼器系统中图分类号ＴＵ４４１＋ ３㊀㊀㊀文献标志码Ａ㊀㊀㊀ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＢｅｎｄｉｎｇＳｔｉｆｆｎｅｓｓｏｎＷｉｎｄ￣ｉｎｄｕｃｅｄＶｉｂｒａｔｉｏｎｏｆＣａｂｌｅＶｉｓｃｏｕｓＤａｍｐｅｒＳｙｓｔｅｍＳＯＮＧＦｕｃｈｕｎꎬＦＵＹｕｍｉｎ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄＧｅｏｍａｔｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈｅｎｙａｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇꎬＣｈｉｎａꎬ１１０１６８)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｎｔｈｅｓｔａｙｃａｂｌｅａｎｄｔｈｅｓｔａｙｃａｂｌｅ￣ｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｅｒｓｙｓｔｅｍｉｓｓｔｕｄｉｅｄꎬｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｗｉｎｄ￣ｉｎｄｕｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｅｒ.Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｏｎＫｕｎｓｈａｎｗｅｓｔｒｏａｄｉｎＳｈｅｎｙａｎｇａｓ第３期宋福春等:抗弯刚度对斜拉索￣黏滞阻尼器系统风致振动影响的研究５０１㊀ｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅꎬｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｃａｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｒｅｅｃａｂｌｅｓｗｉｔｈａｌｅｎｇｔｈｂｅｔｗｅｅｎ３６ｍａｎｄ１４６ｍｏｎｔｈｅｂｒｉｄｇｅꎬａｎｄｔｈｅｗｉｎｄｌｏａｄｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｉｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｆｔｈｅｃａｂｌｅｓａｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅｍｅｔｈｏｄ.Ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｄｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｔｈａｔｉｇｎｏｒｅｓｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓꎬｔｈｅｂｅａｍｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｔｈａｔｃｏｎｓｉｄｅｒｓｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓｕｎｄｅｒｔｈｅｗｉｎｄｌｏａｄａｎｄｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔａｆｔｅｒｉｎｓｔａｌｌｉｎｇｔｈｅｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｅｒａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄ.ＷｈｅｎｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔａｙｃａｂｌｅｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄꎬｔｈｅｓｔａｔｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓａｇａｔｔｈｅｍｉｄｐｏｉｎｔｉｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔａｙｃａｂｌｅｉｓｉｇｎｏｒｅｄꎻＵｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｌｏａｄꎬｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄａｍｐｌｉｔｕｄｅｗｈｅｎｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｒｅａｂｏｕｔｔｗｉｃｅａｓｌａｒｇｅａｓｗｈｅｎｉｇｎｏｒｉｎｇｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓꎻＴｈｅｏｐｔｉｍａｌｄａｍｐｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｅｒｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｎｔｈｒｅｅｓｔａｙｃａｂｌｅｓｗｈｅｎｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄａｍｐｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗｈｅｎｉｇｎｏｒｉｎｇｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓ.ＴｈｅｓｈｏｒｔｅｒｔｈｅｓｔａｙｃａｂｌｅꎬｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｗｏｖａｌｕｅｓꎻＴｈｅｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｅｒｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖｉｂｒａｔｉｏｎａｂｏｖｅ３Ｈｚｂｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｈｉｇｈｏｒｄｅｒｍｏｄｅꎬｂｕｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖｉｂｒａｔｉｏｎｐｅａｋｖａｌｕｅｂｅｌｏｗ３Ｈｚｂｅｃｏｍｅｓｌａｒｇｅｒ.Ｉｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｔａｙｃａｂｌｅｓａｎｄｓｔａｙｃａｂｌｅ￣ｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｅｒｓｙｓｔｅｍｓꎬｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｓｈｏｒｔｓｔａｙｃａｂｌｅｓꎬｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓｓｈｏｕｌｄｂｅｕｓｅｄꎻＦｏｒｔｈｅｗｉｎｄ￣ｉｎｄｕｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｓｔａｙｃａｂｌｅｓꎬｕｓｉｎｇｔｈｅｆｉｒｓｔ￣ｏｒｄｅｒｍｏｄａｌｄｅｓｉｇｎｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｅｒｃａｎｈａｖｅａｇｏｏｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｂｒｉｄｇｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎻｗｉｎｄｉｎｄｕｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄꎻｓｔａｙｃａｂｌｅꎻｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｅｒꎻｃａｂｌｅｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｅｒｓｙｓｔｅｍ㊀㊀斜拉索作为斜拉桥主要承重构件ꎬ具有质量轻㊁柔度大㊁阻尼低等特点ꎬ极易在风荷载的作用下产生各种类型的振动从而引起结构破坏ꎮ为抑制拉索的大幅振动ꎬ在拉索锚固端附近安装阻尼器是目前广泛使用的减振方法之一ꎮ黏滞阻尼器作为常用的阻尼器之一ꎬ以其参数稳定㊁安装方便㊁减振效果好等优点ꎬ适合作为斜拉索永久抑振措施ꎮ为了得到黏滞阻尼器抑振性能的数据ꎬ学者们通过大量数值理论研究了斜拉索￣黏滞阻尼器系统的运动方程及其求解ꎮＢ Ｍ Ｐａｃｈｅｎｏ[１]ꎬＪ Ａ Ｍａｉｎ[２]ꎬＳ Ｋｒｅｎｋ[３－４]等学者通过不同的计算方法ꎬ得到了黏滞阻尼器的理论数值ꎬ但这些研究都是针对紧索情况ꎬ忽略了斜拉索的初始垂度以及抗弯刚度ꎮ部分学者研究了拉索中垂度和弯曲刚度对斜拉索阻尼的影响:Ｈ Ｔａｂａｔａｂａｉ等[５]认为对于大多数斜拉索而言ꎬ拉索垂度的影响不显著ꎬ而拉索抗弯刚度会对拉索阻尼比产生显著影响ꎻＳ Ｋｒｅｎｋ等[６]研究了安装在下垂索末端附近黏滞阻尼器的最佳调谐和模态阻尼效果ꎬ计算低阶模态的完整解ꎬ得到了相当精确的解析近似值ꎬ并推广了张紧拉索的计算结果ꎻＪ Ａ Ｍａｉｎ等[７]使用动态刚度的方法ꎬ建立了带有黏滞阻尼器受拉梁的自由振动精确解析解ꎻＹ Ｆｕｊｉｎｏ等[８]对考虑抗弯刚度的下垂索进行了综合分析ꎬ对于黏滞阻尼器ꎬ影响参数被明确纳入模态阻尼公式中的修正因子ꎬ说明了垂度和抗弯刚度对斜拉索模态阻尼的影响ꎻ周强等[９]对不同边界条件㊁不同线性黏滞阻尼器参数下斜拉索抗弯刚度对系统一阶模态阻尼比的影响进行了研究ꎬ结果表明ꎬ考虑斜拉索抗弯刚度以及垂度会影响斜拉索模态阻尼比以及安装的黏滞阻尼器最佳阻尼系数的取值ꎬ但斜拉索由于抗弯刚度较小ꎬ通常视为完全柔性ꎬ对忽略斜拉索抗弯刚度所带来影响的研究还不够深入ꎮ综上所述ꎬ笔者基于斜拉索￣黏滞阻尼器系统振动规律ꎬ以沈阳市昆山西路斜拉桥为实际工程背景ꎬ采用有限元分析方法ꎬ使用不同单元模拟斜拉索ꎬ研究风荷载作用情况下ꎬ是否考虑抗弯刚度对斜拉索以及斜拉索￣黏５０２㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)第３９卷滞阻尼器系统的影响ꎮ研究表明ꎬ抗弯刚度在斜拉索以及斜拉索￣黏滞阻尼器系统的动力分析中非常重要ꎬ不可忽略ꎮ１㊀斜拉索￣黏滞阻尼器系统有限元建模㊀㊀以沈阳市内昆山西路斜拉桥为例ꎬ该桥为单塔斜拉桥ꎬ桥跨长度为２７５ｍꎬ桥宽３１ｍꎬ左跨长１５５ｍꎬ选取左跨上的三根斜拉索ꎬ位置如图１(ｂ)中标线所示ꎬ从短到长依次编号为１㊁２㊁３号ꎮ三根斜拉索各项数据如表１所示ꎮ计算时使用ＡＮＳＹＳ软件ꎬ模型示意图如图２所示ꎮ图１㊀昆山西路斜拉桥Ｆｉｇ １㊀ＴｈｅｃａｂｌｅｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｏｎＫｕｎｓｈａｎｗｅｓｔｒｏａｄ表１㊀斜拉索编号与力学参数Ｔａｂｌｅ１㊀Ｔｈｅｃａｂｌｅｎｕｍｂｅｒａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ斜拉索编号斜拉索弦长Ｌ/ｍ线密度Ｍ/(ｋｇ ｍ－１)拉索外径Ｄ/ｍ预应力Ｔ/ｋＮ横截面积/ｍｍ２倾斜角θ/(ʎ)１３５.９９１３５.７０.０９７１６１０４１９５６５.７９２８７.６２４４９.２０.１１３２６００５８１１３２.６１３１４６.４８９６０.８０.１２５３１８０７１９７２４.３０图２㊀斜拉索￣黏滞阻尼器系统示意图Ｆｉｇ ２㊀Ｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃａｂｌｅｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｅｒｓｙｓｔｅｍ㊀㊀以斜拉索弦线为ｘ轴ꎬ梁端锚固点到塔端锚固点方向为ｘ轴正方向ꎻ以弦线垂线为ｙ轴ꎬ斜拉索下垂方向为ｙ轴正方向ꎮ斜拉索在每米自重(线密度)Ｍ作用下线型为悬链线ꎬ弦长为Ｌꎬ抗弯刚度为ＥＩꎮ根据张紧索预应力Ｈ求得斜拉索的实际预应力Ｔꎬ以及其实际与水平方向夹角θａꎮ通过二分法ꎬ设置多次迭代计算ꎬ求得斜拉索索内各微段水平力的大小ꎮ通过该水平力的值计算成桥状态下斜拉索的曲线方程ꎬ建立分段模型ꎮ根据斜拉索无应力长度以及受荷时的长度ꎬ得到初应变大小ꎬ通过设置斜拉索材料初应变的方式施加预应力ꎮ模型在梁端锚固点Ａ以及塔端锚固点Ｃ均约束所有自由度ꎬ每一段分别施加不同的风荷载(见图２中箭头)ꎮ在ＡＮＳＹＳ软件中ꎬ通常使用只承受拉压的杆单元ｌｉｎｋ１８０来模拟斜拉索ꎮ而梁单元ｂｅａｍ１８９除了承受拉压以外ꎬ还可以承受弯矩ꎮ分别使用ｌｉｎｋ１８０单元和ｂｅａｍ１８９单元建模计算ꎬ将使用ｌｉｎｋ１８０单元建模的模型称为杆单元模型ꎬ使用ｂｅａｍ１８９单元建模的模型称为梁单元模型ꎮ黏滞阻尼器使用ｃｏｍｂｉｎ１４单元模拟ꎬ在第３期宋福春等:抗弯刚度对斜拉索￣黏滞阻尼器系统风致振动影响的研究５０３㊀与Ａ点距离为ｘｃ处的Ｂ点建立阻尼器单元ꎬ该单元一端与斜拉索相连ꎬ另一端固结ꎬ与斜拉索弦线方向垂直ꎬ阻尼系数值为ｃꎮ采用上述方法建立有限元模型ꎬ并与试验结果进行对比ꎮ斜拉索试验的索采用７φ５钢绞线ꎬ数据如下:斜拉索长１３ ６ｍꎬ倾斜角度为５７ ７ʎꎬ线密度为１ ２０３１ｋｇ/ｍꎬ横截面积为０ ００１２３７ｍ２ꎬ预应力分别设置为５０ｋＮ和１２０ｋＮꎮ钢索一端固定ꎬ另一端用千斤顶张拉ꎮ在索上不同位置安装加速度传感器采集加速度信号ꎬ使用频率域的峰值法得到固有频率[１０]ꎮ实测数据与有限元模态分析计算值对比如表２所示ꎮ表２㊀斜拉索模态频率对比Ｔａｂｌｅ２㊀Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｏｄａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｅｓｔｄａｔａａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ模态阶数预应力Ｔ/ｋＮ实测频率/Ｈｚ计算频率/Ｈｚ误差/％１阶５０７.６２７.４９１.７１１２０１１.７４１１.６１１.１０２阶５０１５.１７１４.９９１.１８１２０２３.４８２３.２２１.１１㊀㊀由表可知ꎬ计算结果误差较小ꎬ使用该方法计算斜拉索模态频率是可行的ꎮ计算得到表１中１㊁２㊁３号三根斜拉索第一阶模态频率分别为２ ９３３Ｈｚ㊁１ ３１４Ｈｚ㊁０ ７８７Ｈｚꎮ２㊀风荷载２ １㊀风速时程根据大量风的实测数据可以看出ꎬ在风的顺风向时程曲线中包含两个部分:一种是长周期部分ꎬ其周期值常在１０ｍｉｎ以上ꎻ另一种是短周期部分ꎬ其周期通常只有几秒左右ꎮ因此ꎬ常把风分为平均风和脉动风加以分析:Ｖ(ｚꎬｔ)＝ ｖ(ｔ)＋ｖ(ｚꎬｔ).(１)式中:Ｖ(ｚꎬｔ)为ｔ时刻的风速ꎻ ｖ(ｔ)为ｚ高度处的平均风速ꎻｖ(ｚꎬｔ)为ｚ高度处的脉动风速ꎬ使用程序模拟获得ꎮ平均风沿高度方向成指数函数变化ꎬ使用规范规定的标准风压值转换得到ꎮ脉动风速时程通常使用自回归方法模拟ꎬ该方法模拟速度快计算量小且具有较高精度[１１－１２]ꎮ依据自回归方法编制程序ꎬ水平方向脉动风速使用Ｓｉｍｉｕ谱ꎬ竖直方向使用Ｐａｎｏｆｓｋｙ谱ꎮ计算得到各坐标点处脉动风速时程后ꎬ使用快速傅里叶变换(ＦＦＴ)得到随机脉动风速时程的功率谱ꎬ风速时程计算结果与功率谱对比如图３所示ꎮ由图可知ꎬ模拟谱与目标谱吻合较好ꎬ说明了程序计算的脉动风速时程正确ꎮ图３㊀水平脉动风速时程计算结果Ｆｉｇ ３㊀Ｔｈｅｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇｗｉｎｄｓｐｅｅｄ２ ２㊀风荷载时程斜拉索受到风荷载作用时ꎬ其受力可以分为平均风速引起的静风荷载ꎬ脉动风引起的抖振力和流固耦合引起的自激力ꎮ拉索直径很小ꎬ自激力量小ꎬ拉索的自激力荷载对整个结构的振动影响不大ꎬ故忽略自激力的影响[１３]ꎮ单位长度斜拉索所受的静风荷载:Ｌｓ＝１２ρＵ２ＢＣＬ(γ).(２)Ｄｓ＝１２ρＵ２ＢＣＤ(γ).(３)式中:ＬｓꎬＤｓ分别为静风荷载的升力和阻力ꎻρ为空气密度ꎻＵ为任意高度处的平均风速ꎻ５０４㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)第３９卷Ｂ为斜拉索直径ꎻＣＬ(γ)ꎬＣＤ(γ)分别为风攻角等于γ时的升力系数和阻力系数ꎬ风方向为顺桥向时阻力系数取为１[１４]ꎮ根据Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ的准定常假定ꎬ单位长度拉索受到的抖振力[１５]:Ｌｂ(ｔ)＝１２ρＵ２Ｄ２ＣＬ(γ)ｕ(ｔ)Ｕ＋(ＣＬᶄ(γ)＋æèçＣＤ(γ))ｗ(ｔ)Ｕöø÷.(４)Ｄｂ(ｔ)＝１２ρＵ２Ｄ２ＣＤ(γ)ｕ(ｔ)Ｕ＋(ＣＤᶄ(γ)－æèçＣＬ(γ))ｗ(ｔ)Ｕöø÷.(５)式中:Ｌｂ(ｔ)㊁Ｄｂ(ｔ)分别为抖振力的升力和阻力ꎻｕ(ｔ)㊁ｗ(ｔ)分别为水平方向㊁竖直方向脉动风速时程ꎻＣＬᶄ(γ)㊁ＣＤᶄ(γ)分别为升力系数㊁阻力系数的一阶导数ꎮ将上述两个部分相加得到单位长度斜拉索受到的风荷载大小ꎬ输入斜拉桥所处位置环境参数及各点坐标后ꎬ可以得到各点单位长度荷载时程数据(见图４)ꎮ图４㊀单位长度斜拉索阻力㊁升力时程图Ｆｉｇ ４㊀Ｔｈｅｄｒａｇｆｏｒｃｅａｎｄｌｉｆｔｆｏｒｃｅｐｅｒｕｎｉｔｌｅｎｇｔｈｏｆｓｔａｙｃａｂｌｅ３㊀斜拉索￣黏滞阻尼器系统数值模型㊀㊀Ｙ Ｆｕｊｉｎｏ等[８]研究得到了斜拉索垂度以及抗弯刚度两个变量对斜拉索模态阻尼比和无量纲阻尼器参数的修正系数ꎮ在斜拉索计算中ꎬｎ为模态阶数ꎬξｎ为斜拉索第ｎ阶模态阻尼比ꎬＲｓｎ为垂度引起的模态阻尼比修正系数ꎬＲｆ为考虑抗弯刚度时模态阻尼比的修正系数ꎮ在考虑斜拉索垂度的情况下ꎬ不考虑抗弯刚度的斜拉索最大模态阻尼比为ξｍａｘｎ＝０.５Ｒｓｎｘｃ/Ｌ.(６)考虑抗弯刚度时斜拉索最大模态阻尼比为ξｍａｘｎ＝０.５ＲｆＲｓｎｘｃ/Ｌ.(７)在黏滞阻尼器参数的计算中ꎬηｎ为无量纲阻尼器参数ꎬηｓｎ为斜拉索初始垂度对无量纲阻尼器参数的修正系数ꎬηｆ为斜拉索抗弯刚度对无量纲阻尼器参数的修正系数ꎮηｎ＝ｎπ(ｘｃ/Ｌ)ｃＨｍꎬｎ＝１ꎬ３ꎬ５ꎬ .(８)ηｓｎ＝βｓ０ｎＬｎπꎬｎ＝１ꎬ３ꎬ５ꎬ .(９)ηｆ＝１－ｑ－１２ｒｑ２.(１０)式中:βｓｏｎɸωｎｍ/Ｈꎬωｎ为第ｎ阶模态频率ꎻε＝ＥＩ/ＨＬ２ꎻｒ＝(ｘｃ/Ｌ)/εꎻｑ＝(１－ｅ－ｒ)/ｒꎮ由此可以得到式(６)中系统模态阻尼比最大值在满足式(１１)条件时取得ꎮηｎ＝１ηｓｎ.(１１)即不考虑抗弯刚度时ꎬ第ｎ阶模态对应的最佳阻尼系数:ｃｏｐｔ１＝Ｈｘｃωｎ.(１２)第３期宋福春等:抗弯刚度对斜拉索￣黏滞阻尼器系统风致振动影响的研究５０５㊀式(７)中系统模态阻尼比最大值在满足式(１３)条件时取得ꎮηｎ＝１ηｆηｓｎ.(１３)即考虑抗弯刚度时ꎬ第ｎ阶模态对应的最佳阻尼系数为ｃｏｐｔ２＝Ｈｘｃωｎˑ１１－ｑ－１２ｒｑ２.(１４)４㊀计算结果对比４ １㊀抗弯刚度对斜拉索初始垂度的影响斜拉索初始垂度包括两部分:第一部分为建立斜拉素模型时各点的垂度ꎻ第二部分为有限元进行静力计算的垂度ꎮ各关键点这两个部分的垂度大小如表３所示ꎮ㊀㊀由表３可知ꎬ理论公式的计算结果包含了斜拉索上各点初始垂度大小的绝大部分ꎮ在有限元静力计算中ꎬ使用梁单元计算时ꎬ由于抗弯刚度的影响ꎬ静力计算结果大于使用杆单元的计算结果ꎬ且斜拉索越长ꎬ使用不同单元计算得到的差值就越大ꎮ表３㊀斜拉索各点初始垂度对比Ｔａｂｌｅ３㊀Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓａｇｖａｌｕｅｓａｔｓｅｌｅｃｔｅｄｐｏｉｎｔｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｙｃａｂｌｅｓ斜拉索编号计算类型初始垂度ｄ/ｍｍ１/４点１/２点３/４点建模线形计算１０.７３１４.２９１０.７０１杆单元静力计算０.０４０.０５０.０４梁单元静力计算－０.０６０.１１０.２２建模线形计算１１１.８９１４９.２２１１２.０１２杆单元静力计算０.０８０.１１０.０９梁单元静力计算０.７１１.２７１.１９建模线形计算３４１.２４４５５.４８３４１.８８３杆单元静力计算０.１４０.１８０.１４梁单元静力计算２.６５３.９４３.２５４ ２㊀抗弯刚度对斜拉索风致振动的影响求解器选为瞬态分析ꎬ通过载荷步的方式施加风荷载ꎬ由于斜拉索存在较大的几何非线性ꎬ初始状态需要通过几个荷载步逐步添加ꎮ分别使用杆单元模型以及梁单元模型计算斜拉索在无阻尼器情况下受到风荷载作用时的振动情况ꎮ对于同一斜拉索ꎬ使用不同单元模型计算时采用的风荷载时程相同ꎬ其中２号斜拉索中点处的位移时程如图５所示ꎮ图５㊀抗弯刚度对中点处位移时程的影响Ｆｉｇ ５㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｎｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙａｔｔｈｅｍｉｄｐｏｉｎｔ㊀㊀由图可知ꎬ梁单元模型的位移时程曲线最大值在５ｍｍ左右ꎬ振幅在４ ５ｍｍ左右ꎻ杆单元模型的位移时程曲线最大值在１０ｍｍ左右ꎬ振幅在９ｍｍ左右ꎮ使用不同单元模型计算得到的中点处位移时程有较大不同ꎬ位移时程在考虑抗弯刚度后降低为不考虑抗弯刚度时的１/２左右ꎮ４ ３㊀抗弯刚度对斜拉索￣黏滞阻尼器系统风致振动的影响㊀㊀采用式(１２)和式(１４)计算三根斜拉索５０６㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)第３９卷上黏滞阻尼器在一阶模态ꎬ即ｎ＝１时对应的最佳阻尼系数值ꎬ计算中阻尼器的安装位置比ｘｃ/Ｌ均取为２％ꎬ一阶模态频率按表２中的计算结果取值ꎬ结果如表４所示ꎮ分别用梁单元模型和杆单元模型依次计算阻尼系数为ｃｏｐｔ１和ｃｏｐｔ２的两个不同参数黏滞阻尼器的抑振效果ꎮ对于同一根斜拉索ꎬ在使用不同的单元㊁输入不同的阻尼器参数时ꎬ使用的风荷载均相同ꎮ表４㊀不同斜拉索最佳阻尼系数值Ｔａｂｌｅ４㊀Ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｄａｍｐｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｙｃａｂｌｅｓ斜拉索编号安装位置Ｂ点与Ａ点距离ｘｃ/ｍ阻尼系数ｃ/１０６(Ｎ (ｍ ｓ－１)－１)ｃｏｐｔ１ｃｏｐｔ２１０.７２６０.７５５８９４.６４８１７２１.７５９１.１２５３３２.６８９６３３２.９３５１.３７６５７２.４０７２８㊀㊀使用杆单元建模进行计算时ꎬ斜拉索上的各点的位移均方根(ＲＭＳ)如表５所示ꎮ１㊁２㊁３号斜拉索安装阻尼系数为ｃｏｐｔ１的阻尼器后ꎬ斜拉索上的１/４㊁１/２㊁３/４三点的ＲＭＳ值均降至最低ꎬ明显优于安装阻尼系数为ｃｏｐｔ２的黏滞阻尼器的情况ꎮ表５㊀杆单元模拟斜拉索各点ＲＭＳ值对比Ｔａｂｌｅ５㊀ＴｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＲＭＳｖａｌｕｅｓａｔｓｅｌｅｃｔｅｄｐｏｉｎｔｓｉｎｃａｂｌｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｓｔａｙｃａｂｌｅ斜拉索编号阻尼系数/(Ｎ (ｍ ｓ－１)－１)ＲＭＳ/ｍｍ阻尼器安装点Ｃ１/４点１/２点３/４点００.２１２２.１３２２.９１１２.１６８１ｃｏｐｔ１０.１８４１.７９９２.４３３１.８４４ｃｏｐｔ２０.１８２１.９２６２.６３９１.９８６００.４０９４.１９７５.７９６４.３０１２ｃｏｐｔ１０.３３５３.３２７４.５４４３.４６７ｃｏｐｔ２０.３３２３.３７２４.６１９３.５１９００.４８２４.９１４６.８０９５.１２２３ｃｏｐｔ１０.４２３４.２８７５.９１７４.５３９ｃｏｐｔ２０.４２１４.３２７５.９８３４.５８４㊀㊀使用梁单元建模进行计算时ꎬ结果如表６所示ꎮ１㊁２㊁３号斜拉索在安装阻尼系数为ｃｏｐｔ２的阻尼器后ꎬ斜拉索上的１/４㊁１/２㊁３/４三点ＲＭＳ值均降至最低ꎮ表６㊀梁单元模拟斜拉索各点ＲＭＳ值对比Ｔａｂｌｅ６㊀ＴｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＲＭＳｖａｌｕｅｓａｔｓｅｌｅｃｔｅｄｐｏｉｎｔｓｉｎｂｅａｍｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｓｔａｙｃａｂｌｅ斜拉索编号阻尼系数/(Ｎ (ｍ ｓ－１)－１)ＲＭＳ/ｍｍ阻尼器安装点Ｃ１/４点１/２点３/４点００.２１４０.９２９１.４４９１.１９３１ｃｏｐｔ１０.２１２０.７９０１.２６９１.０８８ｃｏｐｔ２０.２１２０.７８３１.２６２１.０８４００.２６１２.６１２３.８６８３.０９６２ｃｏｐｔ１０.２４５２.２９９３.４４５２.８３８ｃｏｐｔ２０.２４４２.２９５３.４４１２.８３６００.１６１４.８１９６.９４０５.５１３３ｃｏｐｔ１０.１３２４.６７１６.７３４５.３８５ｃｏｐｔ２０.１３１４.６６９６.７３２５.３８４㊀㊀由文献[１６]研究可知ꎬ随着阻尼系数的增加ꎬ阻尼器抑振能力先增强后减弱ꎮ在使用杆单元建模进行计算时ꎬ黏滞阻尼器最佳阻尼系数值先于使用梁单元建模进行计算时出现ꎬ与理论公式的规律吻合ꎮ在１㊁２㊁３号斜拉索中ꎬ其对应的ｃｏｐｔ２值都远大于ｃｏｐｔ１值ꎬ特别是在较短的１号索中ꎬｃｏｐｔ２为ｃｏｐｔ１的６ １５倍ꎮ如果使用杆单元建模进行计算ꎬ结果会指向一个较小的最优阻尼系数区间ꎬ导致出现较大的误差ꎮ而使用梁单元建模计算ꎬ则会指向更准确地阻尼系数区间ꎬ从而更精确的模拟风荷载作用下应该使用什么参数的阻尼器ꎬ无需在计算基础上较安全地选用更大阻尼系数的黏滞阻尼器ꎮ将位移时程曲线转换为频率域中的位移功率谱密度(ＰＳＤ)曲线ꎬ分析斜拉索￣黏滞阻尼器系统在受到风荷载时的峰值响应大小ꎮ对比使用梁单元建模计算的３号斜拉索上中点以及阻尼器安装点Ｃ的响应谱大小如图６㊁７所示ꎮ第３期宋福春等:抗弯刚度对斜拉索￣黏滞阻尼器系统风致振动影响的研究５０７㊀图６㊀３号斜拉索阻尼器安装点功率谱密度对比Ｆｉｇ ６㊀ＴｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄａｍｐｅｒｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎｐｏｗｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍｄｅｎｓｉｔｙｆｏｒＮｏ ３ｓｔａｙｃａｂｌｅ㊀㊀通常将０~３Ｈｚ内的振动视为低频振动ꎬ３Ｈｚ以上的振动视为高频振动[１８]ꎮ在之前的计算中都只考虑了斜拉索的一阶模态对应的最佳阻尼系数值ꎬ而斜拉索在风荷载作用下表现为多模态结合的振动ꎮ由式(１４)可知ꎬ对于斜拉索￣黏滞阻尼器系统ꎬ计算中考虑的模态阶数越高ꎬ对应的最佳阻尼系数值越小ꎬ即ｃｏｐｔ１可以视为考虑抗弯刚度情况下斜拉索高阶模态对应的最佳阻尼系数值ꎮ图６中ꎬ阻尼系数为ｃｏｐｔ１时ꎬ前三个振动峰值较阻尼系数为ｃｏｐｔ２时高ꎬ而３ ５８２Ｈｚ之后的振动峰值较阻尼系数为ｃｏｐｔ２时低ꎮ对于图７所示的斜拉索中点处的功率谱密度ꎬ阻尼系数为ｃｏｐｔ２时ꎬ只有在０ ５０８Ｈｚ处的最大峰值较阻尼系数为ｃｏｐｔ１时低ꎬ其余峰值都不同程度的变大ꎮ考虑高阶模态设计的黏滞阻尼器对于斜拉索的高频振动抑制效果有提升ꎬ但不能有效地抑制最大的低频振动ꎬ由于１㊁２㊁３号斜拉索中的高频振动峰值较小ꎬ针对斜拉索１阶模态设计黏滞阻尼器就能较好地抑制斜拉索的风致振动ꎮ图７㊀３号斜拉索中点功率谱密度对比Ｆｉｇ ７㊀ＴｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｉｄｐｏｉｎｔｐｏｗｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍｄｅｎｓｉｔｙｆｏｒＮｏ ３ｓｔａｙｃａｂｌｅ５㊀结㊀论(１)对于长度在３６~１４６ｍ间的１㊁２㊁３号斜拉索ꎬ考虑抗弯刚度时ꎬ有限元静力计算得到的初始垂度值更大ꎬ风致振动中的位移最大值和振幅大小为不考虑抗弯刚度时的２倍左右ꎮ(２)对于安装于斜拉索上黏滞阻尼器ꎬ１㊁２㊁３号斜拉索中其对应的ｃｏｐｔ２分别是ｃｏｐｔ１的６ １５倍㊁２ ３９倍和１ ７５倍ꎻ如果使用杆５０８㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)第３９卷单元建模进行计算ꎬ会指示错误的阻尼系数区间ꎬ需使用能考虑抗弯刚度的梁单元建模进行斜拉索或者斜拉索￣黏滞阻尼器系统的风致振动计算ꎮ(３)设计黏滞阻尼器阻尼系数时ꎬ考虑高阶模态设计黏滞阻尼器能降低３Ｈｚ以上的高频振动ꎬ但低于３Ｈｚ的振动会变大ꎬ对斜拉索整体抑振不利ꎻ考虑第一阶模态设计黏滞阻尼器则能在风荷载作用时较好地抑制斜拉索振动ꎮ参考文献[１]㊀ＰＡＣＨＥＮＯＢＭꎬＦＵＪＩＮＯＹꎬＳＵＬＥＫＨＡ.Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｆｏｒｍｏｄａｌｄａｍｐｉｎｇｉｎｓｔａｙｃａｂｌｅｓｗｉｔｈｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｅｒ[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ１９９３ꎬ１１９(６):１９６１－１９７９.[２]㊀ＭＡＩＮＪＡꎬＪＯＮＥＳＮＰ.ＦｒｅｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｏｆｔａｕｔｃａｂｌｅｗｉｔｈａｔｔａｃｈｅｄｄａｍｐｅｒＩ:ｌｉｎｅａｒｖｉｓｃｏｕｓｄａｍｐｅｒ[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃｓꎬ２００２ꎬ１２８(１０):１０６２－１０７１.[３]㊀ＫＲＥＮＫＳ.Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｏｆａｔａｕｔｃａｂｌｅｗｉｔｈａｎｅｘｔｅｒｎａｌｄａｍｐｅｒ[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌｏｆａｐｐｌｉｅｄｍｅｃｈａｎｉｃｓꎬ２０００ꎬ６７(４):７７２－７７６. 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粘滞阻尼器的理论研究及应用进展作者：邱腾蛟刘青青来源：《武汉科技报·科教论坛》2013年第07期【摘要】本文分析总结了粘滞阻尼器的工作机理、耗能原理，以及国内粘滞阻尼器的研究与应用现状，包括粘滞阻尼材料，粘滞阻尼器的类型、性能和力学模型，粘滞阻尼减震结构的性能、分析模型和设计方法，粘滞阻尼器在工程中的应用状况等。

粘滞阻尼器作为一种被动控制装置，由于能向结构提供较大的阻尼，而且当结构变形最大时，阻尼器提供的控制力为零，从而使结构受力较为合理，因此在国内外得到了广泛的研究和一定的应用。

【关键词】粘滞阻尼器；耗能原理；应用进展一、粘滞阻尼器的工作原理粘滞阻尼器作为一种无需外部能源输入提供控制力的被动控制装置，将地震或风荷载输入结构的大部分能量加以吸收和耗散，从而保护主体结构的性能安全。

粘滞阻尼器具有：？滞回曲线呈饱满的椭圆形，具有很强的耗能能力，即使在微小变形条件下；不对主体结构附加刚度，有效解决阻尼器初始刚度难以与结构侧向刚度相匹配的问题；？采用/柔性耗能0的理念，可减少剪力墙、梁柱配筋的使用数量和构件的截面尺寸，经济性好；？不仅能用于新建土木工程结构的抗震抗风，而且能广泛应用于已有土木工程的抗震加固或震后修复工程之中；？适用性好，且维护费用低等特点，而受到越来越广泛的重视，研究和应用均取得了较快的发展，已经从作为结构附加保护系统的第二道防线发展成为结构构件的一部分，并将逐渐取代传统的结构抗震构件。

（一）粘滞阻尼器的耗能原理粘滞流体在阻尼器机构中流动，与阻尼器结构发生相互作用，使得流体动能转化为热能是粘滞阻尼器耗能的基本原理。

粘滞流体的动能向热能转化是通过摩擦耗能和孔缩效应耗能两方面进行的。

（二）粘滞摩擦耗能由于流体分子间的相互吸引力，使得流体具有内摩擦力从而产生粘度特性；流体的内摩擦力变化规律遵守牛顿内摩擦定律dzdv = （1-1）上式中：摩擦切应力；dzdv：流体的速度梯度； z ：为层液厚度；：流体的动力粘度，简称流体粘度。

粘滞阻尼器阻尼系数取值
粘滞阻尼器阻尼系数的选择对于系统的稳定性和性能具有重要影响。

不同的阻尼系数可以使系统表现出不同的动态特性。

在工程实践中，我们需要根据具体的应用需求和系统特性来选择合适的阻尼系数。

阻尼器的主要作用是通过消耗能量来减小系统的振动幅值和振动周期。

当阻尼系数较小时，粘滞阻尼器的作用相对较小，系统的振动幅值较大，振动周期较长。

而当阻尼系数较大时，粘滞阻尼器的作用相对较大，系统的振动幅值较小，振动周期较短。

在实际应用中，选择合适的阻尼系数需要考虑多个因素。

首先，需要考虑系统的自然频率和阻尼比。

自然频率是系统固有的振动频率，阻尼比是系统振动的衰减程度。

根据系统的自然频率和阻尼比，我们可以选择合适的阻尼系数来实现系统的稳定性和性能要求。

需要考虑系统的负载特性和工作环境。

不同的负载特性和工作环境对阻尼器的要求不同。

例如，在高温环境下工作的系统可能需要选择具有较高耐温性能的阻尼器；而在高负载条件下工作的系统可能需要选择具有较高承载能力的阻尼器。

还需要考虑系统的可调性和可靠性。

一些粘滞阻尼器可以通过调整阻尼系数来适应不同的工作条件和需求，提高系统的灵活性和适应性。

而一些需要长期稳定工作的系统则需要选择具有较高可靠性和长寿命的阻尼器。

选择合适的粘滞阻尼器阻尼系数需要综合考虑系统的自然频率、阻尼比、负载特性、工作环境、可调性和可靠性等因素。

通过合理选择阻尼系数，可以实现系统的稳定性、性能和可靠性要求。