结构被动耗能减振效果的参数影响

《结构被动耗能减振效果的参数影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、万方数据8卷I期地震工程与工程振动voI18N。999年3月EARTHQUAKEENGINEERINGANDENGINEERINGVIBRATIONMar．，1998结构被动耗能减振效果的参数影响+欧进萍吴斌龙旭(中国哈尔滨150008哈尔滨建筑大学)摘要本文研究粘滞、牯弹．金属屈服和摩擦型等四类与斜撑串联的被动耗能器对结构减振效果的参数影响．首先，建立了结构、耗能器和斜撑共同工作的计算模型；然后考虑不同耗能器的特点．给出了相应的运动方程；第三，通过大量的数值计算．研究了耗能器刚度(或耗能器与斜撑的组合刚度)、屈服

2、位移等参数对结构减振结果的影响，得到了这些参数的最佳取值范围，从而为结构的耗能减振设计提供了基础．主最词被动耗能器斜撑结构耗能减振参数影响中国圈书分类号：TU352l1前言传统的结构抗震主要靠结构构件(构件屈服后的延性)耗散地震输入能量来保证结构的抗震安全性，特别是保证“大震不倒”的安全性．构件往复屈服耗散能量将使结构产生损伤，甚至是不可修复的损伤．自1972年Kdle产提出附加金属屈服耗能器耗散地震输人的部分能量的思想和措施以来，各种用于结构抗震的被动耗能减振装置的研究、开发和应用取得了很大的进展‘”n。近25年

3、来研究和应用的主要被动耗能减振装置大致可分为六类：粘滞型、粘弹性型、金属屈服型、摩擦型、调谐质量阻尼器和调谐液体阻尼器等。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南或设计规范”1．粘滞型、粘弹性型、金属屈服型和摩擦型耗能器通常与斜撑串联而设置在结构的层间。这些耗能器的机理和性能等方面已进行了大量的研究，但影响这些耗能器对结构减振效果的参数及其最佳取值范围并未很好地研究解决．例如斜撑刚度与耗能器剐度的

4、比值、斜撑与耗能器的串联组合刚度和屈服位移与相应结构层的刚度和屈服位移的比值等。这些参数对耗能器的减振效果有很大的影响，是结构耗能减振设计的重要参数。本文将在线性和非线性单自由度体系的情况下，系统地研究上述四类与斜撑串联使用的耗能器减振效果的影响参数及其最佳取值范围，为结构耗能减振设计和应用提供依据。+国家和黑龙扛省杰出青年科学基金赍助项目收稿日期：1997—12—04欧进萍38岁男教授博导哈尔滓建筑大学建J二学院邮编15000万方数据l期欧进萍等：结构被动耗能减振效果的参数影响612耗能减振体系的计算模型耗能减振

5、装置(或称耗能器或阻尼器)通常与斜撑串联布置在结构的层间。图1(d)、(bJ和(c)分别是设置耗能器的单层结构及其线性和非线性计算模型。图中k。是斜撑的线性剐度、g。(x．，i．)足耗能器的力一变形关系’．(a)单层结构(b)线性计算模型{c1非线性计算模型图l设置耗能器的单层结构及其计算模型2．1线性体系的情况按l墨j1fb)所示的计算模型，设置耗能器的线性体系运动方程可以写成m戈+c土+良x+gd(xl，戈1)=f(t)、x=x．+x，}(1)9d(xI，i1)2khx!J“：!：．c一：‘。+，(k。x．，+

6、。9．,d)／x。1：』?2，‘‘’)(：)x—xI—gd【oI，oIJ肚6=uJ式中x是质量，n相对于地面的位移，x．和而分别是耗能器和斜撑的相对位移；rrl、c和k分别是体系的质量、粘滞阻尼系数和刚度；，(0是外干扰力．1)当k．=0时，方程(1)或(2)变成m譬+c岩+kx=厂“)(3)这是无附加耗能器的情况；2)当k．=o。时，方程(1)或(2)变成mx+ci+kx+gd(x，t)=f(t)(4)这足耗能器最佳发挥效果的情况。由上述特例可以看出，斜撑的刚度为耗能器效果的影响很大。2．2非线性体系的情况按圈I

7、(c1所示的计算模型，设置耗能器的非线性体系运动方程可以写成m+ci+o(x，i)+gd(xI，il)5f(t)、，钔x一工．一9d(xl，主1)／k6=0J、7ELM，gr＼盯、厂一，-。0≈，，：／，图2体系的力一变形关系万方数据62地震工程与工程振动18卷式中g(x，±)是体系本身的力一变形关系，本文在参数影响的计算与分析中取9(x，i)为图2所示的双线性模型。显然．当^。=0或k=。。时，方程(5)变成类似方程(3)或(4)的形式．3设置粘滞和粘弹性型耗能器的振动体系对于枯滞和粘弹性耗能器，力一变形关系可以

8、表示为gd(x1，iI)=c03(I+k。xl(6)其中对于粘滞耗能器，q=c。：是耗能器的粘滞系数，☆。=0；对于粘弹性耗能器，C。=c。。(∞)，k。=k。。(∞)，且“c。，(m)=』‘学k，(m)=j里学式中q(曲和G(瑚分别是粘弹性材料的损失因子和剪切(储蓄)模量料层的受剪面积和厚度；∞是体系振动的频率．考虑线性体系的情况，将式(6)代人式(2)并