不同类型的软钢阻尼器对结构抗震减震性能的影响分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇不同类型的软钢阻尼器对结构抗震减震性能的影响分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：软钢阻尼器就是一种被动耗能装置，选择不同阻尼器型号会对结构的抗震性能带来不同程度的影响，如何确定合理的阻尼器参数十分关键，但是目前并无明确统一的规范和标准以供查阅。本文通过采用有限元分析软件SAP2000[1]进行时程分析，在原有软钢阻尼器的基础上，引入两种新型的软钢阻尼器与原有的软钢阻尼器在相同方案下进行对比分析，发现新型软钢阻尼器在耗能减震方面的优缺点，为新型阻尼器能够更快地应用到实际工程中去，提供一定的理论参考价值。

关键词：软钢阻尼器，耗能装置，时程分析，耗能减震

中图分类号：TU2文献标识码： A

1引言

随着耗能减震技术的不断发展与革新，很多国内外学者在软钢耗能减震隔震等方面做了大量的研究工作，研制出了各种各样的软钢阻尼器，大部分阻尼器的结构复杂，制作过程比较困难，容易造成施工方面的误差，从而主观的影响了金属阻尼器的性能，在实际工程中耗能效果会有明显的降低，因此为了克服这些问题，学者们就开发研究了一些新型的软钢阻尼器，本文采用了单圆孔形双X型软钢阻尼器，同时又采用了两种新型的软钢阻尼器：回型软钢阻尼器[2]以及新型钢板耗能器[3]，通过分析设置了三种不同类型的软钢阻尼器（尺寸一致）的钢框架结构的地震反应情况，从而来确认哪种软钢阻尼器对结构的减震控制效果最优。

2模型概况

模型结构为7层钢框架结构，建筑长为49.5m，宽12.8m，1层层高3m，2~6层层高均为3.15m，顶层为坡屋面，起坡高度为0.416m，层高为4.5m，该结构钢材材质均采用Q235B，设计强度为f=215Mpa，弹性模量E=2.06x105N/mm2，主框架钢梁与钢柱均采用刚接，连梁与主梁之间均采用铰接，支撑与钢梁、钢柱之间连接均为铰接，荷载取值参照我国《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）进行取值，结构的恒荷载为2.0 kN/m2（不包含杆件自重），楼面均布活荷载标准值为2.0 kN/m2，屋面均布活荷载标准值为0.5 kN/m2，本工程的抗震设防烈度为9度（加速度为0.40g，地震设计分组为第一组），场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s，建筑抗震设防类别为丙类。

阻尼器布置方案采用软钢阻尼器偏心支撑层间交错布置，软钢阻尼器详细参数为：

方案一：单孔圆形双X型软钢阻尼器，材料Q235，厚度50mm，屈服强度375kN，屈服位移2.2mm，初始刚度170.5kN/mm。

方案二：回型软钢阻尼器，材料Q235，厚度50mm，屈服强度368kN，屈服位移1.94mm，初始刚度189.7kN/mm。

方案三：新型钢板软钢阻尼器，材料Q235，厚度50mm，屈服强度235kN，屈服位移1.16，初始刚度90kN/mm。

3结构时程分析

3.1地震波选取

本文选用EL.Centro波（1940年，南-北分量），1940年发生于EL CENTRO VALLEY，时间间隔：0.02秒，加速度峰值为341.695伽，持时20s。该波加速度值较强，并且在相同的加速度下，它的波形能产生更大的地震反应，所以该波下地震反应比较明显适于做时程分析。

图1EL.Centro波地震加速度时程曲线

3.2地震时程分析结果

3.2.1自振周期的对比分析

表1 不同方案下的前五阶的自振周期与频率单位：s

名称 第一阶 第二阶 第三阶 第四阶 第五阶

方案一 自振周期 0.597801 0.549081 0.418191 0.312186 0.234285

方案二 自振周期 0.597793 0.549074 0.418191 0.312185 0.234284

方案三 自振周期 0.597791 0.549072 0.418191 0.312185 0.234284

从表1的数据中不难看出，三种方案的结构自振周期数值基本相同，没有明显的降低，给结构提供侧向刚度能力也比较相近。在控制结构自振周期方面，三种型号的阻尼器的性能非常接近。

3.2.2层间剪力对比分析

图2EL.centro波作用下的最大层间剪力图

三种阻尼器方案的减震控制效果均很优秀，其中方案一的单圆孔形双X型软钢阻尼器与方案三的新型钢板软钢阻尼器在层间剪力的控制效果方面比较相近，无明显差别，而方案二的回型软钢阻尼器的层间剪力相比与其余两种方案，有稍许的降低，降低幅度约2%。

3.2.3层位移对比分析

图3EL.centro波作用下的最大层位移图

方案一与方案二的层位移比较接近，而方案三比其余两种方案的层位移控制效果出色，降幅为4.5%，是因为方案三的阻尼器屈服点比前两种方案的屈服点要低，能更早的进入工作阶段，为结构耗散地震能量。

3.2.4层间加速度对比分析

表2 EL.centro波作用下的最大层间加速度

结构层数 方案一 方案二 方案三

层间加速度 层间加速度 变化比率 层间加速度 变化比率

1层 169.401 169.401 0 169.401 0

2层 321.8369 321.8547 5.53E-05 321.8582 5.53E-05

3层 517.7825 517.7747 -1.5E-05 517.7724 -1.5E-05

4层 627.8725 627.8921 3.11E-05 627.8982 3.11E-05

5层 790.7779 790.7717 -7.8E-06 790.7693 -7.8E-06

6层 865.8315 865.8578 3.03E-05 865.8655 3.03E-05

7层 1089.898 1089.848 -4.5E-05 1089.832 -4.5E-05

三种方案的层间加速度非常的接近，两种新方案的层间加速度变化比率较为接近，在控制层间加速度方面，三种软钢阻尼器的控制效果几乎一样，只存在细微的差别。在层间加速度的控制效果方面，两种新型的软钢阻尼器与初始采用的单圆孔形双X型软钢阻尼器同样优秀，提升幅度可以忽略不计。

4结论

本文采用了两种新型的软钢阻尼器与原阻尼器进行对比，通过采用相同的布置位置、布置形式等，进行三种不同型号的软钢阻尼器的耗能减震效果的对比，根据计算结果可以发现，方案二在层间剪力的控制方面要优于方案一与方案三，而方案三对降低层位移与层间位移角的效果最佳，同时两种新型的软钢阻尼器控制结构的层间加速度的能力相近，略好于方案一。

总体来说，两种新型的软钢阻尼器在耗能减震性能方面要略优于单圆孔形双X型软钢阻尼器，回型软钢阻尼器建议在层间剪力较大的结构中使用，而新型钢板阻尼器则适合对层位移与层间位移角要求比较高的钢框架结构中。

参考文献

[] 北京金土木软件技术有限公司.SAP2000中文版使用指南[M].北京：人民交通出版社，2012.

[2] 田姚.新型软钢阻尼器的提出与及其减震性能研究[D].长安大学硕士论文,2012.

[3] 李哲,闫欢欢,王强.新型钢板耗能器的耗能性能分析及其低周疲劳研究[J]. 2012年第十五届（南京）国际墙体屋面材料生产技术及装备博览会论文集[C].2012