1.呼和浩特市政府投資非經(jīng)營性項目代理建設(shè)辦公室 呼和浩特 010020；

2.內(nèi)蒙古第三電力建設(shè)工程有限責(zé)任公司 包頭014000）

摘要：粘彈性阻尼墻是一種新型的粘彈性阻尼器。本文根據(jù)已有文獻(xiàn)記錄，選取適當(dāng)?shù)恼硰椥圆牧闲阅軈?shù)?；贙elvin模型建立粘彈性阻尼墻的分析模型。以一棟36層的框架剪力墻結(jié)構(gòu)為研究對象，利用ABAQUS有限元軟件建立安裝和未安裝粘彈性阻尼墻結(jié)構(gòu)的有限元模型。利用AR模型（自回歸模型）生成人工風(fēng)速時程，通過對兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)振時程分析，比較兩種結(jié)構(gòu)在受到風(fēng)荷載激勵下的響應(yīng)。結(jié)果表明，粘彈性阻尼墻可以有效減小結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)，改善結(jié)構(gòu)的舒適度

關(guān)鍵詞：粘彈性阻尼墻；框架剪力墻結(jié)構(gòu)；風(fēng)振時程分析

0概述

粘彈性阻尼器則是最早的一類成功安裝在高層建筑和其他結(jié)構(gòu)上的用于減小結(jié)構(gòu)地震和風(fēng)振響應(yīng)的被動耗能元件。粘彈性阻尼器具有力學(xué)性能穩(wěn)定、耗能能力強、構(gòu)造簡單、經(jīng)濟(jì)實用等優(yōu)點。

1研究現(xiàn)狀

1.1粘彈性阻尼器的研究與應(yīng)用

1969年，美國3M公司的Mahmoodi研制出第一種用于土木工程領(lǐng)域振動控制領(lǐng)域的粘彈性阻尼器[1]。1991年至1993年，美國的Chang等對3M公司生產(chǎn)的粘彈性阻尼器進(jìn)行了力學(xué)性能試驗，指出影響粘彈性阻尼器的力學(xué)性能的主要因素主要有環(huán)境溫度，加載幅值，加載的循環(huán)圈數(shù)以及激勵頻率等[2][3]。1998年至1999年，吳波，歐進(jìn)萍等分別對國產(chǎn)的粘彈性阻尼器進(jìn)行了試驗研究[4][5]。試驗確定了國產(chǎn)的幾種粘彈性阻尼器的力學(xué)性能，并指出了國產(chǎn)粘彈性阻尼器的不足，提出了改進(jìn)建議。

1.2粘彈性阻尼墻的構(gòu)造特點

基于粘彈性阻尼器的優(yōu)點，粘彈性阻尼墻體充分利用建筑結(jié)構(gòu)墻體所提供的空間，可以通過增加粘彈性材料面積來提供所需求的阻尼比以提高耗能能力，并且在所有的振動條件下都能進(jìn)行耗能，即使在較小的振動條件下，也能夠獲得良好的耗能能力；粘彈性阻尼墻體力學(xué)模型簡單，分析設(shè)計方法明確易行；在不同的加載頻率和循環(huán)次數(shù)下，粘彈性阻尼墻體動力性能穩(wěn)定、耗能能力強。

2安裝粘彈性阻尼墻結(jié)構(gòu)風(fēng)振性能分析

2.1粘彈性阻尼墻的恢復(fù)力模型

本文使用Kelvin模型模擬粘彈性阻尼器的力學(xué)性能，并假設(shè)忽略溫度對粘彈性材料的影響。建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的環(huán)境溫度較為穩(wěn)定，且有研究表明，粘彈性阻尼材料的疲勞溫升對其性能影響不大[錯誤！未定義書簽。]。

2.2有限元模型簡介

（1）建筑結(jié)構(gòu)概述

某高層商用寫字樓，高度為166m，地上36層，地下室3層，主要用作停車場，部分用作設(shè)備用房。地下室大底板結(jié)構(gòu)標(biāo)高為-12.8m。結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期為50年，安全等級為2級，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本加速度為0.2g，場地土特征周期為0.45s。當(dāng)?shù)刂噩F(xiàn)期為50年的基本風(fēng)壓為0.45kN/m2。

結(jié)構(gòu)為框架—剪力墻筒體結(jié)構(gòu)。外框柱為型鋼混凝土柱，內(nèi)筒由鋼筋混凝土剪力墻組成。

（2）材料本構(gòu)模型

粘彈性阻尼墻使用SPRING/DASHPOT單元模擬。根據(jù)給定的粘彈性材料的參數(shù)，阻尼墻尺寸及結(jié)構(gòu)的一階自振頻率ω=1.8563rad/s，計算得到一片粘彈性阻尼墻的等效剛度系數(shù)k'=4.8×108N/m，等效阻尼系數(shù)c'=9.81×107N·s/m。粘彈性阻尼墻與結(jié)構(gòu)的連接部件的剛度按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）12.3.5節(jié)規(guī)定，由式5計算得到支撐的剛度Kb=2.83×109N/m。連接件使用T3D2兩節(jié)點三維桁架單元模擬。

（1）

2.3風(fēng)速時程及風(fēng)荷載時程模擬

近年來，線性濾波法中的自回歸（AR）模型因其計算量小、速度快，在脈動風(fēng)速時程的數(shù)值模擬中得到了廣泛的應(yīng)用[7]。

（1）風(fēng)速模擬參數(shù)

風(fēng)速模擬參數(shù)如表1所示。模擬風(fēng)速功率譜采用Davenport譜。上截止頻率為100Hz，下截止頻率為0.00001Hz最終人工風(fēng)速時程為平均風(fēng)速與脈動風(fēng)速之和。風(fēng)速時程樣本時長取105.4s，其中前三秒為緩沖步。計算時間步長Δt=0.1s，計算總步數(shù)為1055步。

（2）加載方式

在有限元模型中，模擬風(fēng)速點為5.75，10.95，16.15，21.95，26.15，30.35，34.55，38.75，42.95，47.15，51.35，55.55，59.75，63.95，68.15，72.35，76.55，80.75，84.95，89.15，93.35，97.55，101.75，105.95，110.15，114.35，118.55，122.75，126.95，131.75，136.55，141.35，146.15，150.6，156.9，161（單位：m）處，每層加載點在每層樓板平面內(nèi)。每個空間點的迎風(fēng)面積取相鄰兩層xz面中心線之間的面積。

2.4模態(tài)分析結(jié)果

安裝阻尼墻對結(jié)構(gòu)的振動特性影響不大，一階頻率僅提高了1%，可見阻尼墻的附加剛度對結(jié)構(gòu)自身的振動特性影響較小。

2.5結(jié)構(gòu)順風(fēng)向風(fēng)振時程分析結(jié)果

通過Matlab編程算出每層節(jié)點的脈動風(fēng)速時程v（t）。將脈動風(fēng)速時程變換到頻域當(dāng)中，并且采用雙對數(shù)坐標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)譜與模擬譜的比較，可以看出模擬譜與目標(biāo)譜吻合良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]Mahmoodi P.Structural dampers[J].Journal of Structural Devision，ASCE，1969，95（8）：1661-1672.

[2]Chang K C，Soong T T，Oh S-T，Lai M L.Seismic Response of a 2/5 Scale Steel Structure with Added Viscoelastic Dampers[R].Technology Report NCEER-91-0012，Department of Civil Engineering State University of New York at Buffalo，Buffalo，New York 14260，1991.

[3]Chang K C，Lai M L，Hao D S，Yeh Y C.Seismic Behavior and Design Guidelines for Steel Frame Structures with Added Viscoelastic Damper[R].NCEER 93—0009，National Center for Earthquake Engineering Research，Buffalo，USA，1997.

[4]吳波，郭安薪.粘彈性阻尼器的性能研究[J].地震工程與工程振動，1998，18（2）：108-116.

[5]歐進(jìn)萍，鄒向陽.粘彈性耗能器的性能實驗研究[J].振動與沖擊，1999，18（3）：12-19.