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1、DOI:10.13197/j.eeev.1998.02.013(8卷期地震工程与工程振动8DBIIIIKOHEEEEEEE998年月G】王GGG,Q1998耗能减振结构的抗震设计方法’口欧进萍天斌龙旭(中国哈尔滨15(屹旧哈尔滨建筑大学)摘要本文基于国内外耗能减振装置的性能试验和耗能减振结构的计算研究并结合我国正在修订的建筑结构抗震规范,提出了耗能减振结构抗震设计的统一方法。首先,提出了速度相关型线性耗能器和滞变型耗能器等效阻尼和刚度的计算方法;其次,通过大量的计算和比较,研究了耗能减振结构非正交阻尼阵强行解祸的精度和实际应用的可行性,提出了在结构地震反
2、应分析的振,型分解反应谱法中耗能器可统一归结为结构附加振型阻尼比的方法;第三通过耗能减振结构弹,性和弹塑性地震反应分析方法的提出将耗能减振结构的抗震设计转化为普通结构的抗震设汁;最后,给出了耗能减振结构抗震设计的实例。主题词耗能减振结构等效线性化振型分解时程分析抗震设计中国图书分类号:P315.9661前言耗能减振结构主要指在结构中设置被动耗能器或调谐阻尼器的结构。耗能器具有耗能能力强、低周疲劳性能好的特点;调谐阻尼器能耗散结构某个或某些振型振动的部分能量,没有突出的疲劳效应。地震时,,耗能器或调谐阻尼器耗散部分结构振动的能量从而减轻结构的地震反应和损伤
3、。近25年来研究和应用的耗能器主要有粘滞、粘弹、金属屈服和摩擦等四种类型,其中前两类耗能器的特性与速度有关,称为速度相关型,后两类的恢复力具有滞变特性,称为滞变型;调谐阻尼器主要包括调谐质量和调谐液体两类阻尼器lj[。近年来,许多被动耗能减振装置已经安装在世界多幢土木结构中,作为提高新建结构抗。震能力或已有结构抗震加固的措施许多国家已经制定或正在制定结构被动耗能减振的设计,。指〔’j南或设计规范我国正在修订的建筑结构抗震设计规范也拟增加隔震和耗能减振的内容本文在国内外大量研究的基础上,结合我国建筑结构设计规范,研究耗能减振结构的抗震设计方法。由于调谐质量
4、阻尼器的减振效果与结构的振型频率密切相关,在罕遇地震作用下结构一、没有固有的振型频率,因此,本文研究的耗能减振结构不包括设般都将进入非线性状态一*国家和黑龙江省杰出青年利学基金资助项目收稿日期:1998一03一13欧进萍38岁男教授院长哈尔滨建筑大学建工学院巧(刀〕邮编期欧进萍等:耗能减振结构的抗震设计方法置调谐阻尼器的结构。耗能器的等效线性阻尼和刚度耗能器可以是速度相关型、滞变型或其它类型。粘滞耗能器和粘弹性耗能器是速度相关型;金属屈服耗能器和摩擦耗能器是滞变型。耗能器的性能通常可以由其等效阻尼和刚度来反映。耗能器通常与斜撑、填充墙、梁或节点串联使用,
5、如图l。所示耗能器耗能器耗能器、、\、.、、填充墙一(a)耗能器与斜撑串联(b)耗能器与填充墙串联(c)耗能器与梁串联图1框架结构中的耗能器及其连接构件.21速度相关型线性耗能器速度相关型线性耗能器的力与位移和加速度的关系一般可以表示为[1]、=C过dFX+kX(l)过式中心和k分别是耗能器的阻尼系数和刚度;x和戈分别是耗能器的相对位移和相对速度。,,。=d二对于粘滞耗能器勺气是耗能器的粘滞阻尼系数k0粘滞耗能器的阻尼系数气由耗能器产品型号给定或试验确定。粘弹性耗能器通常用夹层固体弹性材料的往复剪切变形来耗散能量。对于这类粘弹性耗,e。。。。,能器
6、J=e。kd=k。且()和()。。叮(。)G(。)A。G(。)Ae(。)=k(。)=(2)`。占占式中。,,叮佃)和G()分别是粘弹性材料的损失因子和剪切模量一般与频率和温度有关由实际出产的粘弹性材料特性曲线确定;A和占分别是粘弹材料层的受剪面积和厚度;。是结构振动的频率,,建议。取结构弹性振动的基本固有频率。对于多自由度结构速度相关型线性耗能器与斜撑等串联使用时,为了充分发挥耗能器的耗能减振效果,串联斜撑构件在耗能器往复变形方向的刚度宜符合下式要求:lzj为+“)`0一`,贵(3)川地震工程与工程振O动8卷式中刃是结构基本固有周期。耗能器串联构件满足式
7、)要求时,可以忽略串(联构件刚度对耗能器相对变形的影响。.22滞变形耗能器滞变型耗能器的力与变形的关系一般可用折线型或光滑型滞变恢复力模型表示。当耗能器与斜撑等串联使用时,耗能器刚度应计及串联构件刚度的影响,这种影响可以通过将耗能器与其串联构件合成一个单元建立总恢复力模型来考虑2I]。an,1979年Iw等人比较了滞变恢复力的九种等效线性化方法的精度认为基于割线刚度。,和耗能的等概率幅值平均的等效线性化方法具有较好的精度l3]在此基础上考虑多自由度.耗能减振结构的特点我们提出割线刚度和阻尼系数等概率幅值平均的等效线性化方法,即:滞变耗能器的等效线性阻尼和
8、刚度可按下式计算x,,X·产广11/、,1.1凸「F叹“)尹、C,,一-一Caa
