1、相邻结构利用阻尼器进行耗能减震研究摘要：提出了一种相邻结构的耗能减震方法，用阻尼器将相邻结构串联成连体结构体系，利用结构自身的振动来抑制或减小其相邻结构的振动，达到相互减震的目的。通过算例进行计算机仿真分析研究了结构的减震效果。研究表明，该连体结构的顶层位移分别减少了 42.5%和42.9%，层间位移分别减少了 43.2%和 15.2%。结构的减震效果明显，其顶层位移和层间位移远小于抗震规范的限值，能够有效防止相邻结构的碰撞。 关键词：相邻结构；阻尼器；耗能减震 中图分类号：TU352.1 文献标识码： A 文章编号： 1 前言 在实际工程中，很多结构呈相邻布置，或是基础相连而上部由变形缝分成
2、几个部分。由于地震作用的不确定性，相邻建筑结构防震缝的宽度往往通过经验确定，在地震作用下可能由于防震缝的宽度过小而产生碰撞。在多次震后调查发现，因为防震缝宽度不足而导致的结构碰撞破坏并不少见1。为了满足建筑功能的需要，防震缝的宽度又不可能太大，这就为结构的抗震设计增加了难度。如果能在相邻结构之间安装阻尼器，利用地震作用下结构之间的相对运动进行能量耗散，可以减小结构的地震反应，防止结构发生碰撞。本文提出了一种适合于相邻结构的减震方法，即在相邻结构之间安装阻尼器形成连体结构，利用结构自身的振动来抑制或减小其相邻结构的振动，达到相互减震的目的。通过建立连体结构的地震振动模型，推导相应的运动方程，并通
3、过一算例进行计算机仿真，分析这种减震方法的效果。 2 结构模型及运动方程 图 1 连体结构示意图图 2 连体结构计算模型 如图 1 所示，两相邻结构通过阻尼控制器相连形成连体结构，结构1 和结构 2 的层数分别为和，假设各结构的质量均集中在楼层处，并考虑剪切层模型，则自由度数分别为、 ，结构的计算模型如图 2 所示。可以建立连体结构的运动方程组： （1） 式中，分别为第（=1、2）结构的质量、阻尼和刚度矩阵。分别为第结构的位移、速度和加速度列向量。为相应的地面运动加速度。分别为相应的单位列向量。分别为结构 1、结构 2 的阻尼力的位置矩阵。为分析方便，将方程组（1）改写成如下等效形式： （2）
4、 分别为连体结构的等效位移、速度、加速度列向量，为单位列向量，为阻尼力等效位置矩阵。 其中， ， ， 将等效运动方程（2）写成状态方程的形式： （3） 其中， ， 通过求解状态方程即可得到结构各时刻的地震反应2。 3 算例及分析 一主体结构和其附属裙房之间由变形缝分开，在变形缝之间安装阻尼器组成连体结构。主体结构为八层框架结构，各层质量均为1.6104kg，底层水平刚度为 5106N/m，其余各层均为 9106N/m；附属裙房为五层框架结构，各层质量均为 1.2104kg，各层水平刚度均为1.3107N/m。结构阻尼为瑞利阻尼，阻尼比=0.05，结构示意图如图 1所示。阻尼器设在结构的五层顶部
5、，其最大阻尼力为 200kN。地震波选用El Centro 地震波（南北方向） ，加速度峰值调至 200Gal。经过计算机仿真，得出该连体结构的层间位移时程如图 3，分别计算出了结构在连体控制和无控两种情况下的顶层位移和层间位移峰值如表 1。 从仿真数据可以看出，连体结构的地震反应明显减小。结构 1 和结构 2 的顶层位移峰值分别减小了 42.5%和 42.9%，层间位移峰值分别减小了 43.2%和 15.2%。说明在相邻结构之间利用阻尼器进行耗能减震是有效的，结构的顶层位移和层间位移远小于抗震规范的限值3。 （a）结构 1 最大层间位移 （b）结构 2 最大层间位移 图 3 连体结构层间位移
6、时程曲线 表 1 连体结构地震位移峰值 4 结语 通过以上分析，可以得出如下结论： 1）将有条件的相邻结构用阻尼器相连组成连体结构耗能体系，当结构参数设计适当时，可利用结构间的相对运动带动阻尼器工作，达到相互减震的目的。 2）对某主体结构和其附属裙房组成的连体结构进行计算机仿真分析，其减震效果相当明显，结构的顶层位移和层间位移远小于抗震规范的限值，能够有效防止相邻结构的碰撞。 3）结构自振频率的差异对连体结构的减震效果有明显影响，当两结构的自振频率相近时减震效果较差，欲使其达到明显的减震效果，应该保证两结构的自振频率远离。 参考文献： 1 周福霖.工程结构减震控制M .地震出版社，1997 2 欧进萍.结构振动控制M.北京：科学出版社，2003 3 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）S.北京：中国建筑工业出版社，2001 作者简介：黄昆，1978 年生，河南信阳人，湖州职业技术学院讲师，主要从事教学及工程抗震研究。
