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研究与探讨
广东建材2010年第7期
建筑结构粘弹性阻尼耗能研究
韩文博
(珠光集团设计管理中心)
摘要:本文探讨了建筑结构的粘弹性动力特性,提出了一种对高层建筑结构振动下粘弹性动力特
性进行分析的方法,并对分析结果进行机理分析。这些工作为阻尼材料在工程中的应用建立分析计算
基础。
关键词:阻尼层;结构振动衰减因子;粘弹性阻尼耗能;动力响应
(1.83751
近年来,消能减振材料如摩擦阻尼器、粘弹性阻尼
の=H2
式6)
器等被日益广泛应用于建筑结构中。对于粘弹性阻尼器
阻
土剪力墙
对结构的动力特性改善,工程界一般认为主要表现为自
振频率减少,周期增加,结构柔性增加和结构动力响应
的减小,但是至今仍未有有效的评价方式。本文将针对
粘弹性材料的特点,介绍一种阻尼材料参数对结构动力
图1阻尼墙横截面示意图
特性影响的分析方法。
现任取一片添加了阻尼材料的剪力墙单元为计算
2剪力墙阻尼层振动耗能分析
模型,由粘弹性动力本构关系,引入粘弹性复合结构的
根据,等截面弯曲型剪力墙振动方程为
弹性刚度为
EI。=Y(io)I+EIo
dy
(式1)
qo+91
+EI
+p11o
其中μ为各连梁对墙肢约東弯矩。
q1~p190)
(式7)
引入
式中
y(x, t )=y(x )e
-a pt laut
y(xe e
E,+E。
(式8)
(x)e(icos a ttsinot)( 2)
(7)~(8)式中,EL。为钢筋混凝土墙的刚度,1为
令
阻尼层的粘性系数,I为阻尼层在主体结构中的惯性
出Vva+b+a,A,VVa+b-a(式)矩,E2为与粘壶并联的弹簧1弹性模量,为弹簧1与
粘壶并联后再与之串联的弹簧2弹性模量。
2a将(の)、(8)代入(6),并令
代入(1)式并引入剪力墙结构的边界条件,并假设
不考虑连梁的作用,即μ=0,分离实部与虚部,最后可
推导得:
PH
0=入1A2
(式5)
(式9)
引入剪力墙的边界条件,可得第一振型的频率表达
式为:
万方数据
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E, E, (E+E. Ic
根据结构设计的一般经验,取:
E=3×107kN/m2,I。=300o0,E=15X10Wm2,I=0
300mP,N=-3,P=7500kg/m,H=60m,?=10GPa。
推导得
将相关参数代入(1)~(14)式,得图2、图3所示
Po02+Qio+R=0(式10)
结果。通过这一算例可以总结出如下特点
引入の=0+iの2参照(2)式可知01表示结构振
动频率,2表示结构振动衰减因子。
进一步求解(10)式得
642-322o2+4P2-16Ro2Q=0(式10a)
令2为未知数,最终解此一元三次方程得
I(
240,2Po,-Q
式11a)
图2阻尼层惯性矩图3阻尼层惯性矩
与结构振动衰减因子
与自振频率
V△
(式11b
(1)在结构剪力墙内添加阻尼材料层后,结构振动衰
减因子随所添加的阻尼层所占惯性矩增加而增大。由此
式中,参数△表示如下;
可见,阻尼材料层的越厚,铺设越长,所在位置离质心越
-P P
QRPQPRQ
6912864409643227648768
远,其使结构振动后的衰速度增大,亦即阻尼比增大。
当阻尼层增加到剪力墙的刚度约1/10时,结构振动衰
(式12)
减因子从34Hz增加到48Hz,增幅达40%,之后增幅收
484
式13)
窄
(2)结构自振频率则与阻尼层所占惯性矩呈反比关
PR,Q
9-8642484(式14)
系。当阻尼层惯性矩从0增加到14后,自振频率从
根据的再次化简结果,引入(15)式,进一步推导
3.1Hz迅速下降到接近OHz,阻尼层对自振频率的影响
出(16)式
十分显著。对于大多数高层建筑,自振频率的下降意味
着结构柔性的增强,同时地震对结构的动力响应将减
にHE.NE+=x
式15)
弱
4总结
(N-1)?1pHpH
由上述分析可见,本文所介绍的方法能有效分析结
构体系的振动特性,为阻尼材料的进一步推广建立数据
分析基础。同时由分析结果可见,阻尼材料的铺设能有
效增大结构的阻尼比和、结构振动衰减因子,降低结构
自振频率和所受地震作用。阻尼材料的应用对于提高结
I+EI
(N-1
N-1
构防震减震能力、结构耐久性等领域具有广泛的应用前
PH n
景。
式中,E。为阻尼层的弹性模量,N为蠕变系数。
这样,将可以通过获得结构体系的侧向刚度、结构
参考文献】
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高度、蠕变系数等参数将(16)式代入(11)~(14)式,求
2007
解出结构的振动频率01衰减因子o20
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算例
硕士学位论文,2008
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