鐘錦坤 陳開(kāi)樹(shù) 韋 可 毛祥華

(廈門(mén)樹(shù)鑫建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 廈門(mén) 361000)

隔震層中加入阻尼器后地震響應(yīng)變化研究

鐘錦坤 陳開(kāi)樹(shù) 韋 可 毛祥華

(廈門(mén)樹(shù)鑫建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 廈門(mén) 361000)

利用SAP2000有限元軟件，建立了某框架隔震建筑物的有限元模型，對(duì)比分析了在隔震層中加入與未加入阻尼器的地震響應(yīng)情況，研究結(jié)果表明，在建筑物的隔震層中加入阻尼器能大幅減小隔震層的位移，同時(shí)建筑物的內(nèi)力加速度都有相應(yīng)增大的現(xiàn)象。

框架結(jié)構(gòu)，隔震，阻尼器，摩擦擺支座，基底剪力

0 引言

隔震技術(shù)雖然能有效提高建筑物的抗震性能，但是隔震建筑物在隔震層中產(chǎn)生很大的剛體位移，使得隔震建筑物的使用性受到很大的限制，為解決這個(gè)問(wèn)題可以在隔震層中加入阻尼器以減小地震作用下隔震層產(chǎn)生過(guò)大位移的問(wèn)題，也可以使隔震建筑物滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的范圍，使隔震建筑物更具有適用性。阻尼器雖然可以有效減小隔震層的位移，但是對(duì)在隔震建筑物的隔震層中加入阻尼器后隔震建筑物的地震響應(yīng)變化是怎樣的，建筑物的內(nèi)力變化，加速度變化這些都還未有過(guò)研究。摩擦擺最早是由Zayas提出的一種隔震系統(tǒng)[1]，通過(guò)兩個(gè)曲面的摩擦滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)支座的正常功能，利用鐘擺機(jī)理延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期。摩擦擺支座是一種性能更加優(yōu)良的隔震裝置[2]，具有承載能力高、位移能力大、耐久性強(qiáng)、可自動(dòng)復(fù)位等優(yōu)點(diǎn)，并可以通過(guò)改變滑道半徑調(diào)整隔震周期。阻尼器雖然只有十幾年的歷史，卻發(fā)展非常迅速，超出了我們的想象[3]。最初的幾年，猶如百花齊放，很多種阻尼器都得到了試驗(yàn)和發(fā)展。如果加上這幾年在我國(guó)高校里的發(fā)展，至少也有十幾種之多，如摩擦阻尼器、各種金屬阻尼器、支座阻尼器等[4]。本文將以一個(gè)實(shí)際框架隔震建筑物為工程背景，對(duì)在隔震層中加入阻尼器和未加阻尼器后地震響應(yīng)變化進(jìn)行研究。

1 計(jì)算模型及分析方法

某框架建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為8度，乙類(lèi)建筑，基本風(fēng)壓為0.55 kN/m2。某框架結(jié)構(gòu)首層高5.5 m，其余層層高均為4.5 m，總高為14.5 m的3層建筑物，其中縱向六跨，跨度均為7.5 m，橫向三跨，跨度均為6 m，樓蓋為無(wú)梁樓板，1層柱截面均為700 mm×700 mm，2層、3層柱截面均650 mm×600 mm。

本文采用有限元程序SAP2000建立有限元模型進(jìn)行空間地震反應(yīng)分析，模型中梁柱均采用空間梁?jiǎn)卧M。本文選取了與該框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜相容的EI Centro波和阪神波，并根據(jù)規(guī)范要求擬合了與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜相近的人工波。

動(dòng)力特性分析：摩擦擺支座的曲面半徑取1.5 m，摩擦系數(shù)取0.03，根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算可以得出阻尼比、第一剛度值、第二剛度值等，在隔震層中還按照?qǐng)D1所示的位置布置了阻尼器，最后得出該隔震建筑物的自振周期及振型。

該建筑物的前十階自振周期如表1所示。

由表1可知，建筑物的第一自振周期為0.662 5 s，隨著階數(shù)的增加，建筑物的自振周期越來(lái)越接近。建筑物的第一振型圖為橫向平動(dòng)，第二振型圖為縱向平動(dòng)，第三振型圖為扭轉(zhuǎn)?？偟膩?lái)說(shuō)建筑物是以橫向平動(dòng)為主。

表1 自振周期 s

2 地震作用下加速度時(shí)程

摩擦擺隔震支座豎向設(shè)計(jì)承載力為3 000 kN；摩擦擺隔震支座摩擦系數(shù)：3%，6%，9%；設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度下的支座設(shè)計(jì)極限位移為±100 mm；摩擦擺隔震支座的曲面半徑：1 m，1.5 m，2 m。本工程中采用的是粘滯阻尼器，工程中阻尼器的類(lèi)型為ZNQ1，最大阻尼力為800 kN，最大行程為70 mm。

選取一條地震波(EL Centro波)按照8度罕遇地震強(qiáng)度設(shè)計(jì)地震強(qiáng)度，加速度峰值為0.20g?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整加速度峰值為2 m/s2，摩擦擺支座的摩擦系數(shù)選為3%，支座曲面半徑1.5 m，阻尼器的類(lèi)型為ZNQ1，最大阻尼力為800 kN，最大行程70 mm。分別對(duì)在隔震層中加入阻尼器和未加阻尼器的隔震層和非隔震建筑物的加速時(shí)程做一個(gè)對(duì)比分析。相應(yīng)的時(shí)程分析結(jié)果見(jiàn)圖2，圖3。

從圖2和圖3可知，在隔震層中加入阻尼器后，建筑物的加速度增大了很多，在中震時(shí)由原來(lái)的1.2 m/s2變成3 m/s2，大震時(shí)由未加阻尼器時(shí)的2 m/s2變成5.8 m/s2。在隔震層中加入阻尼器后大大增大了建筑物的加速度，無(wú)論是中震還是大震，加入阻尼器后都大大增大了建筑物的加速度。對(duì)于非隔震建筑物的加速度與在隔震層加入阻尼器的加速度相近。

3 地震作用下基底剪力峰值

將三條地震波(EL Centro、阪神波、擬合人工波)按照8度罕遇地震強(qiáng)度設(shè)計(jì)地震強(qiáng)度，加速度峰值為0.20g?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整加速度峰值為2 m/s2，摩擦擺支座的摩擦系數(shù)選為3%，支座曲面半徑為1.5 m，阻尼器的類(lèi)型為ZNQ1，最大阻尼力為800 kN，最大行程為70 mm。分別對(duì)在隔震層中加入阻尼器和未加阻尼器的隔震層和非隔震建筑物的基底剪力峰值做一個(gè)對(duì)比分析。相應(yīng)的時(shí)程分析結(jié)果如表2～表4所示。

表2 EL Centro波作用下基底剪力峰值 kN

表4 人工波作用下基底剪力峰值 kN

由表2～表4可知，隔震層中加入阻尼器后建筑物基底剪力變大，中震時(shí)的變化幅值比大震時(shí)變化幅值大得多，中震時(shí)的變化幅值大概在20%，大震時(shí)的變化幅值大概在8%。三條地震波相比，隔震層加入阻尼器后建筑物基底增大的幅值最大的是阪神波，其次是EL Centro波，最小的是人工波。

4 結(jié)論

1)在隔震層中使用阻尼器后對(duì)建筑物加速度的影響很大，在隔震層中加入阻尼器后建筑物的加速度增大很多。

2)在隔震建筑物中的隔震層中加入阻尼器后，總體來(lái)說(shuō)建筑物的基底剪力都是增大的。

3)不同地震強(qiáng)度作用下，建筑物基底剪力增大的幅值不同，中震時(shí)加入阻尼器后增大的幅值比大震增大的幅值大。

4)不同地震波作用下，建筑物基底剪力增大的幅值不同，總體來(lái)說(shuō)，EL Centro波增大的幅值居中，最大的是阪神波，最小的是人工波。

[1] [新西蘭]R.I.Skinner，W.H.Robinson，G.H.McVerry.工程隔震概論[M].謝禮立，周雍年，趙興權(quán)，譯.北京：地震出版社，1996.

[2] 莊軍生.橋梁減震、隔震支座和裝置[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，2012.

[3] 馬 良,陳永祁.銀泰中心主塔樓采用粘滯阻尼器的消能減振設(shè)計(jì)[A].第五屆全國(guó)結(jié)構(gòu)減震控制學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].2005.

[4] 李曉楠, 趙 均,陳永祁.高層建筑粘滯阻尼器安裝的一種新形式[A].第十屆高層建筑抗震技術(shù)交流會(huì)論文集[C].2005.

Abstract: This paper in the finite element software SAP2000 to establish finite element model of the building, and to join in the isolation layer and without seismic response of the damper made a comparative study of the system. The research results show that in the structure of the isolation layer after adding damper can significantly reduce the displacement of isolation layer, and the structure of the internal force of the acceleration has increases accordingly.

Key words: frame structure， isolation， damper， friction pendulum bearings， base shear

Study on earthquake response after adding damper change

Zhong Jinkun Chen Kaishu Wei Ke Mao Xianghua

(XiamenShuxinConstructionGroupCo.,Ltd,Xiamen361000,China)

2016-03-19

鐘錦坤(1974- )，男，工程師

1009-6825(2016)15-0049-02

TU352.1

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