粘滞流体阻尼器消能减震与工程实例分析

2018-01-24张志浩潘文

价值工程 2018年5期

张志浩+潘文

摘要：在建筑结构设计中，消能减震结构因其优越的抗震性能而得以广泛的运用。云南省地域内包含多条地震断裂带，消能减震技术的推广和应用有着十分重要的意义。本文以昌宁三中宿舍楼的减震设计为例，介绍消能减震技术及黏滞阻尼器；对结构进行弹塑性时程分析，对比减震与非减震结构的地震响应。分析结果表明：与传统结构相比，黏滞阻尼器的运用，减小了结构的层间位移和层间剪力，大幅度提高了结构的抗震性能。

Abstract： In the structural design of building， because of its excellent seismic performance， energy dissipation structure is widely used. Yunnan Province has a number of seismic fracture zone， the promotion and application of energy dissipation technology has a very important significance. This article takes the design of an dormitory building as an example， introducing the energy dissipation technology and the viscous damper. Through the elastic plastic time history analysis of the structure， the seismic response of damping structure and non-damping structure are compared. The analysis results show that： compared with traditional structure， the application of viscous dampers reduces the story drift and story shear force， and greatly improves the seismic performance of the structure.

關键词：消能减震；黏滞阻尼器；抗震性能；时程分析

Key words： energy dissipation；viscous damper；seismic performance；time history analysis

中图分类号：TU973+.12 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）05-0118-03

0 引言

近年来，大地震频发，它自身的破坏性和所引发的次生灾害严重威胁了人类的生存和发展。同时，随着国家经济水平的大幅度提高，我国建筑行业部门对房屋结构抗震性能的要求也越来越高。云南省地域内包含多条地震断裂带，如中甸下关地震带、小江地震带、马边昭通地震带和九龙永胜地震带等。在历次大地震中，这些地区受灾极为严重。云南省人民政府令（第202号）第3条指出下列建筑应当采用隔震减震技术：抗震设防烈度7度以上区域内三层以上、且单体建筑面积1000平方米以上的学校、幼儿园校舍和医院医疗用房建筑工程；抗震设防烈度8度以上区域内单体建筑面积1000平方米以上的重点设防类、特殊设防类建筑工程；地震灾区恢复重建三层以上、且单体建筑面积1000平方米以上的公共建筑工程。

消能减震技术能够有效地减轻结构的地震反应，当地震来临时，粘滞特性导致结构阻尼的增加，阻尼器消耗了大部分能量，保护了主结构 [1]。考虑到黏滞阻尼器具有良好的滞回耗能能力和稳定性能，本工程决定采用黏滞阻尼器作为耗能部件，通过其附加阻尼与结构体系共同存储和消耗地震能量，减轻地震反应。

1 消能减震技术概要

1.1 消能减震技术原理

从能量守恒的角度分析被动控制的原理[2]：

传统结构：

Ein=ER+ED+ES （1）

消能减震结构：

Ein=ER+ED+ES+EA （2）

式中：Ein-输入结构的外部能量；ER-结构物振动的动能和势能；ED-结构阻尼消耗的能量；ES-主体结构及承重构件非弹性变形消耗的能量；EA-被动消能装置消耗的能量。

在消能减震结构体系中，地震输入总能量（Ein）中的绝大部分转化为被动消能装置消耗的能量（EA），从而大大降低了主体结构的地震响应。根据国内外振动台实验数据，消能减震结构的地震反应可比传统抗震结构降低40%-60%，且结构越高、越柔，消能减震效果越显著[2]。

1.2 消能减震设计方案

本工程减震设计方案主要包括以下内容：①根据设计要求，确定结构的减震、性能目标；②确定目标附加阻尼比，阻尼器的参数、数量、安装位置及型式：③根据规范要求，选取地震波；④多遇地震下，进行弹性时程分析；⑤计算附加有效阻尼比；⑥罕遇地震下，进行弹塑性时程分析；⑦调整不满足要求的构件；⑧对与减震部件相连接的部位设计分析。

2 黏滞阻尼器概要

2.1 阻尼器的力学原理及性能

本工程选用黏滞阻尼器作为耗能部件，黏滞阻尼器按其力学原理可分为：利用封闭填充材料“流动阻抗”的“流动阻抗式”和利用黏滞体“剪切阻抗”的“剪切阻抗式”，其基本原理是利用黏滞体的流动或者剪切产生阻尼力[3]。

黏滞阻尼器能够在为结构提供较大阻尼的同时不过多改变结构的刚度（不提供附加刚度），所以不会由于阻尼器的附设而减小结构的自振周期从而加大地震作用。此外，黏滞阻尼器受外界环境、温度和激励频率的影响较小，工作性能稳定。endprint

2.2 阻尼器的布置原则

阻尼器平面内的布置宜遵循“均匀、分散、对称”的原则[4-6]；在竖向布置时，阻尼器应布置在地震响应较大楼层，宜形成沿结构高度均匀的结构控制体系，避免因刚度和阻尼突变而形成薄弱层[2]。

3 工程概况

本工程为云南省某小学多层宿舍楼，混凝土框架结构体系，1-5层，层高3.9m，总建筑面积5000m2（依照政府要求，应当使用隔震减震技术），建筑模型见图1。其基本设计参数如下：抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.20g，地震分组为第三组。

4 阻尼器参数、数量及布置

5 地震波的选取

根据《建筑抗震设计规范》5.1.2[5]的要求，本工程选用7条地震波进行计算分析，其时程反应谱与规范反应谱曲线见图3。

6 多遇地震作用下结构弹性时程分析