考虑弯剪变形的黏滞阻尼器布置机构位移放大系数计算
发布时间：2021-12-12 00:29
现有的黏滞阻尼器布置机构的位移放大系数计算公式是基于结构剪切型侧移模式推导的,而多高层建筑结构的侧移模式一般为弯剪型,这有可能导致采用现有方法计算多高层建筑结构中的黏滞阻尼器的位移放大系数和附加阻尼比不准确。采用解析几何方法,推导了单层弯剪型结构和一般多高层结构中阻尼器布置机构位移放大系数的计算公式,包括对角布置机构、剪刀撑布置机构、下套索布置机构、上套索布置机构。按照阻尼器布置机构位移放大系数现有计算方法和本文提出的方法,采用应变能法计算了多层钢框架结构中布置黏滞阻尼器的附加阻尼比,并与自由振动衰减法的计算结果进行了对比,本文方法的计算误差不到1%。这验证了本文提出的考虑弯剪变形的黏滞阻尼器布置机构位移放大系数的计算方法对一般多高层结构具有更好的计算精度。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
多高层弯剪型结构下套索机构变形图Fig.3Thedeformationofthelower-toggleconfigurationinshear-bendinghigh-risestructure
尼器布置机构位移放大系数计算16913单层弯剪型结构的阻尼器布置机构位移放大系数计算3.1放大系数计算公式剪切型结构的层间受力侧移仅考虑水平向侧移。弯剪型结构的侧移模式不同于剪切型结构，主要表现为结构节点位移不仅有水平向位移，而且还有竖向位移。利用解析几何理论，可以在阻尼器布置机构位移放大系数的计算公式中考虑竖向位移的影响。一般而言，单层结构的侧移模式多为剪切变形；但为了简单起见，本文先以单层弯剪型结构为例，推导布设在其中的阻尼器布置机构的位移放大系数计算公式。图1所示为黏滞阻尼器下套索布置机构，该机构布置在一单层框架结构中。结构高度为H，跨度为L，结构水平侧移为u(t)，竖向位移为v(t)。图1单层弯剪型结构下套索布置机构变形图Fig.1Thedeformationofthelower-toggleconfigurationinasingle-storyshear-bendingstructure下套索机构布置于O、D、C三点(见图1)，以O点为坐标原点建立整体坐标系，在梁端建立局部坐标系u(t)-v(t)。下刚性杆AC水平角为1(t)，其初始值为。可以将点A"的坐标代入到圆D"的方程中得到角θ1。圆D的方程为222x)()(yavHu(7)解得1为2222122()()arcsin2()()arctan()LubaHvbLuHvLuHv(8)令u0，v0，代入式(8)中可以得到下刚性杆水平角的初始值为222222arcsinarctan()2LbaHLbLHH(9)由放大系数的定义和结构模型的运动分析，可确定下套索布置机构放大系数的计算式为222211(cos)(sin)(cos)(sin)OAOAfuLbbLbbu(10)
1694应用力学学报第37卷5算例分析某12层单榀两跨钢框架结构，跨度为6m，层高为4m。框架柱为箱型截面钢柱，截面尺寸为：第1~3层□750×750×30×30，第4~6层□700×700×30×30，第7~9层□650×650×30×30，第10~12层□600×600×30×30。框架梁均为窄翼缘H型钢梁，截面尺寸为H600×300×20×30。采用Q345B钢材，弹性模量为206GPa。框架梁均布线荷载为65kN/m。采用SAP2000有限元程序建模分析，结构基本自振周期为1.686s。结构第一振型的部分节点位移如图4所示。图4结构第一振型节点位移(单位：mm)Fig.4Modaldisplacementofjointsforthefirstmode(unit:mm)图5黏滞阻尼器耗能系统布置图Fig.5Thearrangementofenergydissipationsystemwithinviscousdampers线性黏滞阻尼器分别采用对角机构、剪刀撑机构、下套索机构、上套索机构逐层安装于结构右跨(见图5)，其黏滞阻尼系数分别为6000kN·s/m、200kN·s/m、800kN·s/m、600kN·s/m。剪刀撑机构的菱形半角0/15，套索机构上刚性杆长度均为3.300m，下刚性杆长度均为4.030m。假定上述减震结构在地震作用下的侧向变形以第一振型为主，则可以近似认为结构的节点位移等于图4中所示的节点模态位移。采用本文所推导的计算公式计算各阻尼器布置机构在每层的位移放大系数，计算结果见表5。将表5中的计算结果代入式(6)，即得到各阻尼器布置机构附加阻尼比，计算结果见表6。作为对比，使用SAP2000对采用各种布置机构附加黏滞阻尼器的结构进行线性时程分析。在结构基底施加半正弦波形式的加速度激励，激发结构自由振动。半正弦波的周
【参考文献】：
期刊论文
[1]设置粘滞阻尼器框架结构阻尼比计算分析研究[J]. 李子莹,干洪. 安徽工程大学学报. 2017(02)
[2]线性粘滞阻尼耗能框架结构地震反应分析与优化[J]. 张敏,李阳. 应用力学学报. 2016(06)
[3]液体黏滞阻尼器在超高层结构上的抗震抗风效果和经济分析[J]. 陈永祁,曹铁柱,马良喆. 土木工程学报. 2012(03)
硕士论文
[1]开敞式阻尼器布置机构理论与试验研究[D]. 王健.西安建筑科技大学 2016
本文编号：3535672
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
多高层弯剪型结构下套索机构变形图Fig.3Thedeformationofthelower-toggleconfigurationinshear-bendinghigh-risestructure
尼器布置机构位移放大系数计算16913单层弯剪型结构的阻尼器布置机构位移放大系数计算3.1放大系数计算公式剪切型结构的层间受力侧移仅考虑水平向侧移。弯剪型结构的侧移模式不同于剪切型结构，主要表现为结构节点位移不仅有水平向位移，而且还有竖向位移。利用解析几何理论，可以在阻尼器布置机构位移放大系数的计算公式中考虑竖向位移的影响。一般而言，单层结构的侧移模式多为剪切变形；但为了简单起见，本文先以单层弯剪型结构为例，推导布设在其中的阻尼器布置机构的位移放大系数计算公式。图1所示为黏滞阻尼器下套索布置机构，该机构布置在一单层框架结构中。结构高度为H，跨度为L，结构水平侧移为u(t)，竖向位移为v(t)。图1单层弯剪型结构下套索布置机构变形图Fig.1Thedeformationofthelower-toggleconfigurationinasingle-storyshear-bendingstructure下套索机构布置于O、D、C三点(见图1)，以O点为坐标原点建立整体坐标系，在梁端建立局部坐标系u(t)-v(t)。下刚性杆AC水平角为1(t)，其初始值为。可以将点A"的坐标代入到圆D"的方程中得到角θ1。圆D的方程为222x)()(yavHu(7)解得1为2222122()()arcsin2()()arctan()LubaHvbLuHvLuHv(8)令u0，v0，代入式(8)中可以得到下刚性杆水平角的初始值为222222arcsinarctan()2LbaHLbLHH(9)由放大系数的定义和结构模型的运动分析，可确定下套索布置机构放大系数的计算式为222211(cos)(sin)(cos)(sin)OAOAfuLbbLbbu(10)
1694应用力学学报第37卷5算例分析某12层单榀两跨钢框架结构，跨度为6m，层高为4m。框架柱为箱型截面钢柱，截面尺寸为：第1~3层□750×750×30×30，第4~6层□700×700×30×30，第7~9层□650×650×30×30，第10~12层□600×600×30×30。框架梁均为窄翼缘H型钢梁，截面尺寸为H600×300×20×30。采用Q345B钢材，弹性模量为206GPa。框架梁均布线荷载为65kN/m。采用SAP2000有限元程序建模分析，结构基本自振周期为1.686s。结构第一振型的部分节点位移如图4所示。图4结构第一振型节点位移(单位：mm)Fig.4Modaldisplacementofjointsforthefirstmode(unit:mm)图5黏滞阻尼器耗能系统布置图Fig.5Thearrangementofenergydissipationsystemwithinviscousdampers线性黏滞阻尼器分别采用对角机构、剪刀撑机构、下套索机构、上套索机构逐层安装于结构右跨(见图5)，其黏滞阻尼系数分别为6000kN·s/m、200kN·s/m、800kN·s/m、600kN·s/m。剪刀撑机构的菱形半角0/15，套索机构上刚性杆长度均为3.300m，下刚性杆长度均为4.030m。假定上述减震结构在地震作用下的侧向变形以第一振型为主，则可以近似认为结构的节点位移等于图4中所示的节点模态位移。采用本文所推导的计算公式计算各阻尼器布置机构在每层的位移放大系数，计算结果见表5。将表5中的计算结果代入式(6)，即得到各阻尼器布置机构附加阻尼比，计算结果见表6。作为对比，使用SAP2000对采用各种布置机构附加黏滞阻尼器的结构进行线性时程分析。在结构基底施加半正弦波形式的加速度激励，激发结构自由振动。半正弦波的周
【参考文献】：
期刊论文
[1]设置粘滞阻尼器框架结构阻尼比计算分析研究[J]. 李子莹,干洪. 安徽工程大学学报. 2017(02)
[2]线性粘滞阻尼耗能框架结构地震反应分析与优化[J]. 张敏,李阳. 应用力学学报. 2016(06)
[3]液体黏滞阻尼器在超高层结构上的抗震抗风效果和经济分析[J]. 陈永祁,曹铁柱,马良喆. 土木工程学报. 2012(03)
硕士论文
[1]开敞式阻尼器布置机构理论与试验研究[D]. 王健.西安建筑科技大学 2016
本文编号：3535672
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