不等跨门式刚架结构减震控制研究:不等粒结构

时间：2019-01-23 03:34:52　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：本文以不等跨门式刚架结构为研究对象，将粘滞阻尼器引用到此结构中。利用SAP2000有限元分析软件对不等高门式刚架进行减震控制研究。研究结果表明，粘滞阻尼器减震系统对不等跨门式刚架结构有较明显的减震效果，是一种适合的减震系统。
　　关键词：不等跨门式刚架结构；粘滞阻尼器；减震控制
　　中图分类号：U463.33+5.1 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）023(C)-0180-01
　　
　　引言：传统结构在大地震作用下，主要依靠某些结构构件吸收大量地震能量，而使整个结构进入弹塑性状态甚至屈服、破坏，从而导致整个结构震后无法修复甚至直接倒塌。阻尼器是结构中专门用来消耗地震能量的构件。把地震能量耗散在附加的耗能装置上，以避免主体结构的损伤，甚至使结构处于弹性状态，这不仅可以减少地震中的人员伤亡，而且对于本身造价颇高或内部装有重要仪器设施的建筑更具有重大意义。
　　一、抗震分析方法[1]
　　本文采用时程分析法进行抗震设计。时程分析法又称直接动力法，是根据选定的地震波和结构的恢复力特定曲线，采用逐步积分的方法对动力方程进行直接积分，从而求得结构在地震过程中每一瞬时的位移�速度和加速度反应，以便观察结构在地震作用下从弹性到非弹性阶段的内力变化及构件破环的全过程。地震波作用下，网架结构体系的地震反应方程为：
　　
　　
　　式中：[M]为体系的质量矩阵，[C]为体系的阻尼矩阵，[K]为体系的刚度矩阵，{x（t）}为网架结构节点位移向量，{x&（t）}为相应的速度向量，{&&（t）}为相应的加速度向量，{&&g（t）}为地震加速度向量。
　　采用消能减震技术设置了粘滞阻尼器后，网架结构体系的运动微分方程为：
　　
　　式中：[H]为控制力作用位置矩阵，{F（t）}为粘滞阻尼器提供的控制力向量。
　　比较两个方程可以看出，由于附加阻尼矩阵的存在使得结构总的阻尼增加，达到了减震目的。
　　二、减震算例[2]
　　本文选用不等跨门式刚架为工作模型，平面尺寸为78m×66m，刚架低柱高度为9m，每榀间距6米。梁采用H型钢H400×300×10×16，柱采用H型钢HN500×300×12×20，抗风柱采用H型钢HN400×300×12×20，柱间支撑和屋面支撑均采用直径为3×8的圆钢管。材料为Q235钢，，重度为78500N/m3，密度为7850kg/m3，弹性模量206GPa，泊松比0.3，屈服强度取用235N/mm2，材料阻尼比0.02。取粘滞阻尼器阻尼系数为Cd=400kN•s/m，阻尼指数为a=0.5。屋面恒荷0.3kN/m2，吊车荷载2.12kN/m，活荷载0.5kN/m2。
　　三、刚架结构的模态分析
　　要对结构进行减震控制研究，首先要掌握门式刚架结构的动力响应特性，主要是对周期和振型分析，才能根据其特点实施有效的减震方法，达到预期的减震效果。表1给出SAP2000分析得到的刚架结构在静力状态下前12阶振型的振动周期。
　　表1结构前12阶自振周期单位：s
　　
　　
　　四、减震效果分析
　　为考虑不同频率特征地震波下对结构的减震效果，输入另外三种地震波，加速度峰值均为0.4g，对合适工况情况进行时程分析。取277号节点和89号杆件为研究对象。分析结果见表3。
　　分析图表的数据可知，在输入三种地震波的情况下，刚架布置阻尼器后结构反应均小于无阻尼的工况。分析时程曲线可知，布置阻尼后对整体结构弯矩的减震效果不显著。
　　对于不同频谱特性的地震波，减震效果也有所不同。不同的地震波激励，结构的响应可能相差较大，为了得到较准确的结果，需要采用多条地震波进行计算取其平均值[3]。
　　结论：在控制粘滞阻尼器数量的基础上，本文在单层不等跨门式刚架不同位置布置阻尼器，并进行减震效果分析，采用粘滞阻尼器后，结构的节点位移和构件内力都得到了较好的减震效果。通过对不等高门式刚架的减震分析表明，粘滞阻尼器对不等跨门式刚架的减震效果比较理想。是种合适的不等跨门式刚架的减震系统。
　　
　　作者单位：河北农业大学城乡建设学院
　　参考文献：
　　[1]朱礼敏,张维�,钱基宏.大跨空间结构采用粘滞阻尼器的减震分析和优化设计.中国建筑科学研究院博士学位论文,2007.
　　[2]朱礼敏,张维�,钱基宏.大跨空间结构采用粘滞阻尼器的减震分析和优化设计.中国建筑科学研究院博士学位论文,2007.
　　[3]范峰,沈世钊.网壳结构的粘滞阻尼器减振分析与试验研究.地震工程与工程振动,2000,20(1):105-111.
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