粘弹性阻尼器对框架结构的减震效果分析
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粘滞阻尼器对建筑结构抗震性能的对比性研究结构进行消能减震设计的关键是准确合理估计阻尼器的动力行为,这可以在ETABS、SAP2000、Abaqus等软件中实现。
但PKPM仅能通过振型分解反应谱法计算地震作用,并且单元类型十分有限,不能直接进行阻尼器的建模及计算。
为了在PKPM中进行设计,需要采用等效线性化的方法,黏滞流体阻尼器对结构刚度没有贡献,仅需要考虑其附加阻尼比的贡献。
标签:黏滞阻尼墙;阻尼比;地震波地震是世界上最不可预测的自然灾害之一,它所造成的直接灾害有:建筑物与构筑物的破坏,如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁路轨道变形等等。
作为全国地震多发和高烈度区的省份,因此云南省对于中小学、医院及幼儿园出台相关规定,必须采取减、隔震措施,以此提高对弱势群体的保护。
减震措施,是指通过在结构中加入阻尼器(软钢或粘滞)来耗散地震的作用能量,从而达到减小主体结构的地震反应的目的,可以避免结构在地震中破坏或倒塌,实现抗震设防目标。
因此本文针对云南省某学校工程项目,做出减震结构设计。
一、案例项目概况针对云南省某项目工程主要包含“学生食堂、文体中心和学生公寓”,总建筑面积:12900㎡;地上面积:10300㎡;地下面积:2600㎡进行减震设计。
“学生食堂、文体中心和学生公寓”上部建筑方案为L形布置,共12层(局部6层和3层)。
结构上采用抗震缝脱开的处理方法,沿12层与6层交接处将该子项上部结构分割为独立开来的一栋12层(局部3层)框架剪力墙结构和一栋6层框架结构。
在该子项塔楼下方及周边外扩范围设有一层地下室,全层地下室均为6级乙等人防地下室。
该子项两塔楼上部结构均采用消能减震技术。
抗震烈度为八度,地震分组为第三组,场地类别为二类;嵌固端选择:“学生食堂、文体中心和学生公寓”子项两栋塔楼嵌固端选取为地下室顶板[1-5]。
二、案例项目上部及地下室结构设计(一)结构选型、抗侧力体系和楼盖体系建筑结构体系、楼盖体系和结构抗震等级选取简述。
粘弹性阻尼器是种优秀的抗震建筑材料,具备安全性、经济性、技术合理性等优势,目前在建筑领域中应用较为广泛,接下来详细介绍下其优势。
1、安全性:
消能减振、抗震结构体系由于特别设置非承重的消能构件(消能支撑、消能剪力墙等消能构件)或消能装置,它们具有极大的消能能力,在地震中能率先消耗震(振)动能量,迅速衰减结构的地震反应并保护主体结构和构件免遭破坏,确保结构的安全。
2、经济性:
消能减振、抗震结构是通过“柔性消能”的途径减少结构的地震反应,因而可以减少减力墙的设置,减少结构断面和配筋,其抗震安全反而提高。
3、技术合理性:
消能减振、抗震结构则通过设置消能杆件和减震装置,在出现变形时,大量迅速地消耗能量,保护主体结构的安全。
结构越高、越柔,消能减振、抗震效果越显著。
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粘弹性阻尼结构的试验与研究粘弹性阻尼结构是一种结构控制技术,在吊塔、桥梁、建筑物等领域得到广泛应用。
粘弹性阻尼结构能够通过增加粘弹性材料的阻尼特性来改变结构的动力响应,提高结构的抗震能力。
本文将系统介绍粘弹性阻尼结构的试验与研究。
粘弹性材料是一种同时具有固体和液体特性的材料,具有较高的粘滞性和弹性。
粘弹性材料在结构振动中能够将振动能量转化为热能耗散,从而减小结构的振动幅值,降低结构的振动响应。
首先,研究粘弹性材料特性的试验包括黏弹性材料的动态力学特性试验和材料本身的粘弹性特性试验。
动态力学特性试验是通过施加不同频率和振幅的力来探测材料的应变-应力关系。
这些试验可以帮助研究者了解材料的动力学响应特性,从而确定性能参数。
粘弹性特性试验则是通过施加不同应变速率和应变幅值的荷载来研究材料的粘弹性性能。
这些试验可以测量材料的粘弹性模量、损耗因子等重要参数。
其次,结构控制试验是为了研究粘弹性阻尼结构在实际结构中的应用效果。
结构控制试验通常通过加装粘弹性材料阻尼器来改变结构的动力响应。
试验者首先会对结构进行灵敏度分析,确定结构的最佳阻尼器位置和类型。
然后,在实验室或实际工程中,将粘弹性阻尼器装配到结构中,并根据设计要求进行试验。
试验过程中会记录结构的位移、加速度、振动幅值等响应参数,并与未加装阻尼器的结构进行对比。
通过试验数据的分析,可以评估粘弹性阻尼器的控制效果,并确定最佳的设计参数。
粘弹性阻尼结构研究领域的一项重要内容是模型验证。
模型试验是一种常见的方法,通过缩小结构的尺寸,将大型结构的动力响应特性放大到小尺寸实验模型上进行试验。
模型试验可以在实验室中对结构的控制效果进行研究和验证,从而为实际工程的应用提供参考。
在模型试验中,试验数据的准确性非常重要,因此试验仪器的校准和试验方法的设计都需要仔细考虑。
此外,最近几十年来,随着计算机技术和数值模拟能力的发展,数值模拟成为粘弹性阻尼结构研究的另一个重要手段。
数值模拟可以通过建立结构的数学模型,并采用合适的数值方法来模拟结构的动力响应。
粘弹性阻尼器在结构抗震中的应用研究摘要:粘弹性阻尼器通过增加结构的阻尼,耗散结构的振动能量来达到减小结构反应的目的,由于造价较低,设计方便,施工简单,而且不会影响结构的系统稳定性,已成为结构工程中应用最广泛的控制装置。
本文介绍了粘弹性阻尼器的工作原理,分析了粘弹性阻尼器的计算模型,并建立了结构在地震作用下的运动方程,对安装了粘弹性阻尼器的框架结构进行了地震响应分析,通过安装粘弹性阻尼器前后结构动力特性以及地震响应的分析,可以得到,安装阻尼器装置之后,结构的抗震性能得到了提高,为工程应用提供了参考。
关键词:阻尼器框架抗震1 前言地震是一种随机震动,具有不确定性的特点。
传统的抗震设计方法在工程设计一开始就考虑好房屋形体、结构体系、刚度分布、能量输入、构件延性等方面的规律,辅以必要的计算和构造措施,依靠增强结构本身的抗震性能(强度、刚度、延性)来降低地震作用,由于目前尚不能精确估计地震灾害的强度和特性,按传统设计的结构不具备自调节能力,属于被动消极的抗震方法#。
1972年美籍华裔学者J.P.T.Yao(姚治平)提出了结构控制这一概念[1],结构振动控制指采用某种技术使结构构件本身具有储存和消耗地震能量的能力,在动力荷载作用下的响应不超过某一限量,以满足工程安全性能要求。
2 结构振动控制理论结构控制技术中的结构耗能减震体系指在结构中的特殊部位设置阻尼器[2],当结构遭遇轻微地震或风荷载时,阻尼器处于刚弹性状态,使得结构具有足够的侧向刚度来满足规范要求;当结构遭遇强震时,随着结构受力和变形的增大,阻尼器将首先进入非弹性变形阶段,在结构内部产生较大的阻尼耗散地震能量,使主体结构避免达到明显的非弹性阶段,从而减弱结构的地震反应来达到安全的目的。
阻尼器作为耗能控制的关键组成部分,在实际应用中主要有粘性阻尼器、摩擦耗能阻尼器、调谐阻尼器、金属阻尼器、电流变和磁流变阻尼器等六大类。
根据结构特性[3],在建立建筑结构动力系统方程时,一般假设:(1)不考虑结构材料非线性和几何非线性对计算结果的影响;(2)不考虑基础与结构的相互作用;(3)地震时X, Y, Z方向的地震加速度相互独立。
粘滞阻尼器对钢框架结构地震响应的影响摘要:为了研究粘滞阻尼器对钢框架结构减震响应的影响,文章阐述了粘滞阻尼器的工作原理,设计了有限元模型与减震方案,运用有限元软件在某六层钢框架建筑中不同位置设置粘滞阻尼器,选取EL-Centro波和Kobe波总结了结构抗震响应规律,以供参考。
关键词:钢结构;框架结构;粘滞阻尼器;结构抗震前言:钢框架是钢结构体系中重要的结构形式,由于钢材具备较高的抗拉性、抗剪强度,且其自重较轻,使得钢框架结构可以在兼顾建筑内部空间的基础上保持较大的刚度,因此被广泛应用于建筑、桥梁等公共建设领域。
由于我国靠近地震板块交界处,地震活动频发,虽然钢框架结构的整体刚度较大,但传统抗震设计仅依靠结构构件本身的承载力和变形能力对受到的地震冲击能量进行消散,很容易造成不可逆的结构损伤,留下安全隐患,因此对布置阻尼器的钢框架结构进行减震控制研究具有重要意义。
1粘滞阻尼器的工作原理1.1粘滞阻尼器力学性质粘滞阻尼器由主缸体、活塞及活塞杆、阻尼孔和粘滞流体等部分组成,常见的阻尼器结构形式分为缸式、筒式和阻尼墙三种。
粘滞阻尼器的工作基于流体运动原理,在外界激励条件下,阻尼器中的粘滞介质受压缩力的作用,被迫进入活塞孔洞产生阻尼力,以达到耗能吸能的目的。
因此,粘滞阻尼器本身不为结构体系提供刚度,仅表现为纯粘滞特性的力学性质,输出纯阻尼力以平衡地震作用,达到结构减震的效果。
1.2粘滞阻尼器计算模型粘滞阻尼器计算模型主要有Kelvin模型、Maxwell模型、四参数模型等,本研究采用Maxwell模型进行计算分析。
一阶Maxwell模型忽略粘滞阻尼器工作过程中的蠕变特性,能有效表示阻尼器储能模量的变化情况。
粘滞阻尼器的力学计算公式如式(1)所示。
(1)式(1)中:F d为阻尼力;C d为广义阻尼系数;u d为质点水平位移;为对应位移时的速度;θ为阻尼器和水平面的夹角;a为速度指数,在实际工程应用中,为了实现阻尼器在地震作用下的最佳耗能效果,大多采用a≤1的粘滞阻尼器,当a=1时,粘滞阻尼力的输出与速度呈线性相关。
黏滞阻尼器在框架结构抗震加固中的应用与研究摘要:近年来利用阻尼器对既有建筑结构进行减震加固得到了广泛关注。
本文建立了某实际4层框架结构的非线性模型,然后设置黏滞阻尼器(VFD),利用时程分析法对有、无控结构进行地震响应分析计算,得出该结构的耗能减震效果。
最后利用云图法,选取数条地震波对结构进行分析计算,对有、无控结构进行概率地震分析,通过对比概率需求模型、易损性曲线的差异分析黏滞阻尼器的耗能减震作用。
计算结果表明,通过对该结构设置若干VFD,结构的地震响应得到显著地减小,结构整体减震效果明显;有控结构的地震需求易损性曲线相较无控结构趋于平缓,表明VFD对该结构的耗能减震加固作用明显。
关键词:框架结构;黏滞阻尼器;非线性时程分析;云图法;结构概率地震需求分析耗能减震技术就是在结构的选定位置增设耗能装置,在小震作用下,耗能装置和结构一并处于弹性状态,可减小结构的地震响应,使结构主体处于安全范围,一旦出现大震,这些装置可以在结构破坏前率先达到屈服状态,来消耗大部分能量。
近年来利用耗能减震器对既有建筑结构进行减震加固得到了广泛关注。
1.消能减震的概念及耗能原理为了达到消震减能的目的,可以通过消能装置的安装来避免主体结构因地震能量而响应而造成的破坏,究其本质,消能减震技术是一种加固技术。
传统的抗震思路是进行“硬抗”,但却存在诸多的弊端问题。
而消能减震技术,则能够避免传统抗震加固的不足,通过“以柔克刚”的方式进一步达到抗震加固的效果。
从消能减震结构角度来看,其方式就是融入了减震控制思想,在原结构当中增加了消能减震装置,从而形成新的结构系统,图1对其进行了展现,通过图中资料的了解,无论是原结构还是消能减震装置,都是新结构系统的重要组成部分,并且在其中发挥了重要的作用。
相较于原结构而言,新结构系统在效能能力以及动力特征方面有自身的独特性,能够降低原结构承受的地震作用,这也是进行地震反应控制的一种有效方式,其目的是为了减少对主体结构造成的损害。
粘滞阻尼减震框架结构抗震设计方法粘滞阻尼减震框架结构是一种新型的结构抗震设计方法,它通过在结构中增加粘滞阻尼器,可以有效降低结构在地震荷载下的反应,提高结构的抗震性能。
本文将从粘滞阻尼器的工作原理、设计参数选择和设计实施等方面进行详细介绍。
一、粘滞阻尼器的工作原理粘滞阻尼器是一种通过能量耗散机制来减震的装置,其主要工作原理是通过粘滞液体在两端形成阻尼力,吸收结构的振动能量,从而减小结构的震动响应。
粘滞阻尼器的基本组成是一对金属板和介质组成,介质采用粘滞液体,当结构发生振动时,粘滞液体在金属板的挤压下发生形变,形成粘滞力对结构进行耗能减震。
二、粘滞阻尼器的设计参数选择1.阻尼剂的选择:一般采用具有稳定粘滞性能的液体作为阻尼剂,如硅油、粘滞胶等。
在选择阻尼剂时需要考虑其耐久性、温度敏感性和使用寿命等因素。
2.金属板的选择:金属板的选择应考虑其强度和刚度,以保证其可以承受结构的地震力并提供足够的刚度,同时还需考虑材料的防腐蚀性和焊接性能等因素。
3.粘滞阻尼器的布置:粘滞阻尼器的布置应根据结构的特点和设计要求来确定,一般情况下可将其布置在结构的主要受力区域,如柱子和梁的连接处等。
三、粘滞阻尼器的设计实施1.结构整体设计:在进行粘滞阻尼器的设计实施前,需要对整体结构进行设计计算,确定结构的受力性能和抗震性能等参数,并进行模拟分析和实验验证。
2.粘滞阻尼器的设计:根据结构的设计参数和受力情况,确定粘滞阻尼器的布置和数量,并进行粘滞阻尼器的尺寸和形状的计算与确定,保证其可以提供足够的阻尼力。
3.粘滞阻尼器的施工安装:在进行粘滞阻尼器的施工安装前,需要对其进行质量检查和试验验证,确保其性能符合设计要求,然后进行现场施工安装,保证其正确的布置位置和安装质量。
总结起来,粘滞阻尼减震框架结构的抗震设计方法是一种可行有效的抗震设计方法,其通过增加粘滞阻尼器来改善结构的抗震性能。
在进行粘滞阻尼器的设计实施时,需要注意选择合适的阻尼剂、金属板和布置位置,保证其性能和安装质量,从而提高结构的抗震能力,确保结构的安全性。
粘弹性阻尼器在框架结构抗震中的应用研究摘要:本论文首先介绍了结构控制理论的提出及其发展,以及控制形式。
然后对阻尼器进行了详细介绍,着重阐述了粘弹性阻尼器的耗能减震的原理及计算模型,详细说明了结构抗震控制设计方法的基本原理和步骤,并且运用有限元软件对一个设有粘弹性阻尼器的钢筋混凝土框架进行了动力时程分析。
为实际工程中结构抗震控制应用提供了参考。
关键词:阻尼器;抗震;时程;有限元abstract: this paper first introduces the structure control theory and its development, and the control form. then the damper were introduced, emphatically elaborated the viscoelastic damper energy dissipation principle and calculation model, detailed description of the structural seismic control design principle of the method and the step, and by using the finite element software on a with viscoelastic dampers reinforced concrete framework for dynamic time history analysis. this paper provides reference for the practical engineering of seismic control of structure and application.key words: damper; seismic; scheduling; finite e中图分类号:tu591 文献标识码:a1前言结构抗震控制技术是在结构上设置耗能装置,通过耗能材料的变形来增大结构阻尼达到消耗地震能量,减小主体结构地震反应[1]。
阻尼器在高层钢结构中的减震性能对比分析一、摩擦阻尼器:摩擦阻尼器通过利用摩擦力和滑移来吸收和消散地震能量。
这种阻尼器结构简单,施工方便,性能可靠。
但是摩擦阻尼器存在一定的摩擦衰减和滑动位移问题,会导致减震效果不稳定。
二、液体阻尼器:液体阻尼器是利用流体阻力来吸收和消散地震能量的,通常采用液压油作为工作介质。
液体阻尼器具有较好的减震性能和稳定性,能够在较大的位移和力下工作。
液体阻尼器需要专业维护和管理,且受液体泄漏和温度变化的影响较大。
三、粘滞阻尼器:粘滞阻尼器是利用粘滞阻力来吸收和消散地震能量的,适用于高层钢结构的抗震设计。
粘滞阻尼器具有较好的减震性能和稳定性,且对环境条件的变化不敏感。
但是粘滞阻尼器需要定期检查和更换,且其减震性能受温度影响较大。
结论:从以上对比分析来看,不同类型的阻尼器在高层钢结构中的减震性能各有优缺点。
摩擦阻尼器施工方便,但减震效果不稳定;液体阻尼器具有较好的减震性能和稳定性,但需要专业维护和管理;粘滞阻尼器具有较好的减震性能和稳定性,但需要定期检查和更换。
在选择适合高层钢结构的阻尼器时,需要综合考虑减震效果、施工方便性、维护成本等因素,以确定最合适的阻尼器类型。
参考文献:[1] 王洪海. 摩擦隔震装置的减震设计[J]. 工程力学, 2002, 19(2): 156-160.[2] 刘娟, 胡乃正在. 液体阻尼器在高层钢框架结构中的应用研究[J]. 土木建筑与环境工程, 2013, 35(02): 40-43.[3] 阳晓, 郭树杰. 高层建筑粘滞阻尼器的抗震分析[J]. 土木工程与管理学报, 2013, 30(06): 132-136.。