过去,结构阻尼控制的理论研究和工程应用大多集中在多高层建筑和高层结构的范围内。然而,随着建筑造型的多样化和大跨度空间结构的兴起,特别是近年来,研究表明,空间结构的某些构件在强震时也会发生损坏。人员和设备相对集中的体育场馆、娱乐场所或工业厂房等重要建筑物在地震中如果倒塌受损,将会造成严重损失。
本例以体育场部分悬臂式看台为例,介绍粘性阻尼器在midas Gen.1中的应用。
j尺寸达到14*24m2。假设结构所在场地的抗震设防烈度为8度(0.20g)。悬臂部分的竖向地震效应比常规结构更加明显。悬臂端的挠度需控制在40mm以内。满足工程应用要求。这里我们检查罕见地震下悬臂结构端部的挠度变化(应用减震装置之前和之后)。
不带阻尼器型号
有些构件在罕遇地震下可能已进入塑性阶段,为了更准确地模拟罕遇地震下结构的力学响应,我们需要利用动力弹塑性分析来定义非弹性铰,选择地震波加载,并查看地震波滞后、结构铰链及后载下的能耗等。
布置非弹性铰链
选定的地震波
提取结果
变形结果
结果发现,未加阻尼装置的悬臂支架端部竖向变形达到52.3mm,超出控制极限40mm。
能量图结果
添加粘性阻尼器模型
在结构上设置粘滞阻尼器的目的是消散地震产生的能量并控制结构的变形。因此,结构上布置的粘滞阻尼器必须遵循一定的原则,并应注意不同的减震方案。假设粘性阻尼器的数量,合理布置减少粘性阻尼器的数量,使结构能够满足结构变形,或者能够满足相同数量的粘性阻尼器,并对各方案的能耗进行比较分析。
粘性阻尼器的布置原则有一些,包括两个方面[15]:
①水平方向布置应尽量保持结构对称,尽量减少刚心与质心的间隙,避免薄弱或扭转罕遇地震钢结构阻尼比,保证结构的对称性和规整性,减少结构的扭转效应结构。
②竖向设置应以控制结构层间位移为设置指标。
在本例中,结构末端的垂直位移(DZ)用作控制目标。将阻尼器安装在悬伸区域构件竖向内力较大的位置罕遇地震钢结构阻尼比,并根据等轴刚度原理更换原杆。
经过多次试验方案,最终确定了悬垂处粘滞阻尼器的布置方式,如图5.2.4-10所示。
根据原模型按等刚度原则更换布置粘滞阻尼器
变形结果
得出带阻尼装置的悬臂支架端部最大竖向变形减小为32.75mm,在40mm的控制限度内,满足规范极限要求。
能量图结果
通过与原模型的能量图对比,
,可见新布置的减震装置很好地发挥了阻尼器的耗能减震功能。
求附加阻尼比
参照《建筑消能减震隔震技术标准》(DG/TJ08-2326-2020)第6.3.2条第2款第2种方法提出的累积消能法,消能有效阻尼比添加到结构中的组件如下:
根据能量图可以粗略推断,在t=5.8s左右,减震结构的阻尼能耗迅速增加。这里我们以时间t=5.8s为例来计算附加阻尼比。
主菜单→结果→时间进程→时间进程图/文本→能量图→能量图→能量百分比文本结果→所有步骤→在弹出的文本中找到t=5.8s时各部分的能耗比例结果。