粘滞阻尼器抗震分析

粘滞阻尼器的抗震分析

摘要：地震的频繁发生使抗震的要求越来越高，粘滞阻尼器作为一种抗震构件，依靠其安全性、合理性、经济性，使用在越来越多的工程当中，本文通过介绍粘滞阻尼器的构造，分析其抗震原理，对粘滞阻尼器的抗震设计进行了总结和分析。

关键字：粘滞阻尼器，抗震，原理，设计

一．概论

最近几年，地震在我国频繁发生，给人们带来了生命财产的严重损失，所以抗震成为保证结构安全的重要任务。现在世界各国普遍采用的传统抗震方法为“延性结构体系”，它的设防目标是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。

在现代建筑的设计中，积极抗震方法已是大势所趋，尤其是消能减震的设计方法。结构消能减震体系是一种新的抗震防灾技术，是把结构的一些非承重构件(支撑、剪力墙、连接件等)设计成消能构件，或在结构的一些部位(层间空间、节点、连接缝等)装设消能装置，在小风或小震时，本身有足够的侧向刚度以满足使用要求，结构处于弹性状态；当出现大震或大风时，随着侧向变形的增大，消能构件先进入非弹性状态，产生比较大的阻尼，消耗输入结构的大部分能量，迅速衰减结构的振动反应，使主体结构避免出现明显的非弹性状态。

消能减震结构体系与传统抗震结构体系相比，具有安全性 、经济性、技术合理性和震后易于修复或更换的优点，故本文将对粘滞阻

尼器做一系列的抗震设计探讨。

二、粘滞阻尼器

粘滞阻尼器的研究始于20世纪80年代末，美国和日本起步较早，目前已经运用到大量工程中，相应的也制定了设计规范、规程和设计手册。国内则相对起步较晚，始于20世纪90年代初。目前我国已在阻尼器的实验研究、开发以及工程应用等方面已取得一定的成就。《建筑抗震设计规范》（gb50011-2001）也包含了应用阻尼器相关方面的内容。

粘滞阻尼器由缸筒、活塞、粘滞流体和导杆等组成。缸筒内充满粘滞流体，活塞可在缸筒内进行往复运动，活塞上开有适量的小孔或活塞与缸筒留有空隙。当结构因变形使缸筒和活塞产生相对运动时，迫使粘滞流体从小孔或间隙流过，从而产生阻尼力，将振动能量通过粘滞耗能消掉，达到减震的目的。

三、粘滞阻尼器原理

对于一般的工程结构,在地震或者风的作用下,一般为低频振动,频率小于3hz ,阻尼器的刚度便可以忽略, 可近似认为阻尼系数不随振动频率的变化而变化,阻尼力、阻尼系数和活塞运动速度三者的关系可描述为:f = c·va，其中,a为阻尼指数，v为活塞运动速度,单位为(m/s)，f为阻尼器输出阻尼力(n)，c为阻尼系数(n ·s/ m) ;

研究结构消能减振技术要从结构在地震发生时的能量转换开始： 传统抗震结构:ein = er + ed + es

采用粘滞流体阻尼器的消能减振结构:ein = er + ed + es + ea 式中, ein：地震时输入结构的地震能量;er：结构物地震反应的能量, 即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：粘滞流体阻尼器消能装置消耗的能量。

如果ed 忽略不计,对于传统结构, 为了最后终止地震反应( er →0) ,必然导致主体结构及承重构件的损坏、严重破坏或者倒塌( es →ein) 。而对于采用粘滞流体阻尼器的消能减振结构,阻尼器率先进入消能工作状态, 大量消耗输入结构的地震能量( ea →ein) , 既能保护主体结构免遭破坏( es →0) ,又能迅速地衰减结构的地震反应( er →0) ,确保结构的安全。

四、粘滞阻尼器的抗震设计

进行抗震设计，首先要明确它的抗震目标。采用粘滞流体阻尼器的建筑,其抗震设防目标应高于传统抗震设计的抗震设防目标。在采用粘滞阻尼器消能减振设计时,暂时还无法做到在设防烈度下上部结构完全不受损坏或主体结构处于弹性工作阶段,但是与非消能减振及非隔震建筑相比,须有所提高, 也就是说: 在多遇地震下, 基本不影响使用功能和受损坏; 在设防烈度的地震下,无需修理仍可继续使用; 在高于本地区设防烈度的罕遇地震下,不危及安全和丧失使用功能；在罕遇地震下的层间弹塑性位移角限值, 应小于《规范》的规定。

液体粘滞消能器一般表现为非线性特征,大大增加了分析的难度。

为此国内外的学者进行了大量研究工作，提出了多种等效线性化方法。仍采用振型分解反应谱法计算液体粘滞消能减振结构，确定消能结构的自振周期、振型和阻尼比是计算的关键。假定附加消能器的结构频率和振型与原结构（未加消能器的结构）相同，这样就可以按经典特征值问题求解安装消能器后的结构。

根据多个文献资料的讲述，将消能减震设计过程归纳为如图流程表

四、结语

从安全的角度考虑，现在已经有越来越多的建筑结构开始采用粘滞阻尼器，例如，南京奥体中心观光塔、北京奥林匹克公园国家会议中心、内蒙古会展中心等，而事实也证明，粘滞性阻尼器的确发挥了较为良好的减震作用。因此，粘滞阻尼器对于建筑结构消能减震具有重要的应用价值。

但是，将粘滞阻尼器应用在工程中，所采用的是一种组合结构，在工程中实际经验还是较少，尤其是工程师们在考虑采用这项技术时，应该安装多少阻尼器，在各种抗震设防标准情况下，应选用多大阻尼力以及效果并不是很明朗，因此在今后的研究中更需要加深其广度和深度，完善理论。尤其是多进行一些定量的分析会有更大的理论意义。

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