附加阻尼器的核筒悬挂体系抗震性能分析

倪慧敏

（江苏联合职业技术学院泰兴分院，江苏 泰兴 225400）

0 引言

结构控制理论和控制系统的研究为结构抗震提供了一条崭新的思路。核筒悬挂附加阻尼结构为高层和超高层建筑的结构控制和减振方法开辟了新的途径。附加阻尼的核筒悬挂结构不但符合传力原理，且能充分利用高强材料的力学，能以细长的拉杆替代粗大的柱子，提高结构抗震性能。在核筒悬挂体系中，楼层通过悬挂转换层结构悬挂于主结构上，用质量巨大的悬挂楼层作为子结构，达到振动控制目的[1]。本文利用静力弹塑性分析方法将附加金属阻尼器的核筒悬挂结构简化为质点系模型，分别对在不同部位附加金属阻尼器的四种计算模型进行地震响应分析，分析其减震效果。

1 研究对象与振动模型

本文以附加金属阻尼器的核筒悬挂结构作为基本研究对象，平面尺寸43.2m×43.2m，核筒层高3.9m，共24层，总高3.6m。图1是结构纵向剖面图,中心核筒的8层、1层和24层分别设置外伸悬臂大梁，楼层通过吊杆悬挂在悬臂大梁上，在悬挂楼层与中心核筒之间留有一定缝隙。

利用静力弹塑性分析方法将结构简化为多质点系振动模型，将中心核筒以及连接中心核筒与子结构的外伸悬臂大梁简化为质点3、8、13，其余悬挂楼层也都简化为质点。在中心核筒与悬挂子结构之间以及同楼层悬挂子结构与子结构之间分别设置减振耗能装置即金属阻尼器[2-4]。

将没有附加金属阻尼器的结构称之为结构1；在中心核筒与悬挂子结构之间附加金属阻尼器的结构称之为结构2；在同楼层悬挂子结构与子结构之间附加金属阻尼器的结构称之为结构3；在中心核筒与悬挂子结构之间附加金属阻尼器同时在同楼层悬挂子结构与子结构之间也附加金属阻尼器的结构称之为结构4。

2 输入地震波的选取

利用 关系，由我国《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》中的地震影响系数曲线得出设计用速度谱，将设计用速度谱作为目标速度谱，采用EL CENTRO 1940 NS，HACHINOHE 1968 EW，JMA KOBE 1995 NS地震波的相位特性，制成对应抗震设防烈度为8度、设计地震分组第一组、场地类别Ⅱ类的多遇地震人工波和罕遇地震人工波，并将所作人工波速度谱与目标谱拟合。考虑到罕遇地震时，设计用速度谱和人工地震波速度谱曲线的拟合度较好，所以文中选取这三条人工地震波分别对四种结构进行弹塑性时程分析，下文称之为ART EL CENTRO波、ART HACHINOHE波和ART KOBE波。

3 优化阻尼器刚度

图2（a）表示结构2在ART KOBE地震波作用下，附加阻尼器的刚度与结构各层位移的曲线。由图可知，结构各层的振动位移并不是一直随附加阻尼器刚度的增大而减小，而是存在某一个最优值，设定刚度为2.77E+08kN/m。

图2(b)表示结构3在ART KOBE地震波作用下，附加阻尼器的刚度与结构各层位移的曲线。由图可知，同层子结构的位移随着附加阻尼器刚度的增大而趋于相等，设定刚度为8.71E+07kN/m。

4 位移对比

图3表示ART EL地震波作用下结构1、结构2、结构3和结构4各质点的水平位移，图4表示ART HACHINOHE地震波作用下各质点的水平位移，图5表示ART KOBE地震波作用下各质点的水平位移。

由上图对比可知，在三种不同地震波的作用下，附加金属阻尼器对结构产生的减震效果都很明显。

结构2与结构1相比，主结构和子结构的绝对位移变小，主、子结构之间的相对位移也明显减小，由此可见，在主结构和子结构之间附加金属阻尼器具有良好的抗震性能。

结构3与结构1相比，同层子结构之间的相对位移减小很多，说明在子结构之间附加金属阻尼器能有效控制子结构之间的相对位移。

结构4与结构1相比，主结构和子结构的绝对位移均明显减小，且主结构、子结构之间的位移差和各子结构之间的相对位移也都明显变小，由此可以充分看出附加金属阻尼器的核筒悬挂结构体系的抗震性能的优越性[5]。

5 结语

本文利用静力弹塑性分析方法将附加金属阻尼器的核筒悬挂结构简化为质点系模型后，分别对未附加金属阻尼器、在中心核筒与悬挂子结构之间附加金属阻尼器、在同楼层悬挂子结构与子结构之间附加金属阻尼器、在中心核筒与悬挂子结构之间附加金属阻尼器同时在同楼层悬挂子结构与子结构之间也附加金属阻尼器的四种算例模型进行地震响应弹塑性时程分析，分析其减震效果。结果表明，核筒悬挂结构附加金属阻尼器后减震效果明显，抗震性能优越。附加在主结构和子结构之间的金属阻尼器对减小主结构和子结构的绝对位移效果显著；附加在子结构和子结构之间的金属阻尼器减小主结构和子结构之间的相对位移以及同层子结构之间的相对位移效果显著。