减震结构采用黏滞阻尼器的参数设计学习
2026-07-21
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福建通能电气科技有限公司
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黏滞阻尼器是速度相关型阻尼器,目前在土木工程领域内被普遍采用的流体阻尼器内部构造基本属于射流型。
黏滞阻尼器(VFD):
如VFD - NL30030,
NL代表非线性,300代表zui大阻尼力300kN,30代表设计位移±30mm。
设计中需要与制造商沟通,根据流体阻尼器的特定要求进行相应的设计调整,这些参数包括:
(5)zui大风功率输入,阻尼器连续工作的时间(如果涉及风振)。黏滞阻尼器的zui大输出力为在zui大地震动输入下计算所得到的结果,安全系数以zui大输出力或zui大速度为基础。如1.2倍安全系数表示阻尼器达到1.2倍zui大输出力或zui大速度时不会屈服损坏。根据阻尼器速度指数的取值不同,1.2倍安全系数相对于最终输出力来说有所区别。在抗规GB50011-2010要求极限速度应不小于zui大速度的1.2倍,美国FEMA则要求1.3倍。
其中,F为阻尼器zui大出力,C为阻尼系数,V为结构受震下zui大速度,α为阻尼指数。大震下通过结构整体弹塑性分析确定所有阻尼器的zui大出力作为设计阻尼力和设计位移(设计容许位移),根据规范常取1.2倍或1.5倍设计阻尼力、设计位移分别作为极限阻尼力(也即zui大输出阻尼力、zui大阻尼力)和极限位移。常规软件提供了Kelvin模型和Maxwell模型用于模拟黏滞阻尼器,由于采用Kelvin模型时需要调整步长,导致分析时间增加,因而一般推荐采用Maxwell模型。采用Maxwell模型模拟时,非线性参数中的阻尼系数和阻尼指数应根据结构实际情况选用,一般由厂家提供。刚度一般取为阻尼系数的200-1000倍。当没有试验数据时,一般根据初始刚度K与阻尼系数C的正比关系,取K为阻尼系数C的β倍。对于常见的粘滞流体阻尼器VFD,阻尼指数exp在0.15~0.4的范围内,当K和C中长度量纲都取mm时,常见的β可取2~4,当K和C中长度量纲都取YJK的m时,常见的β可取200~1000。
关于有效刚度和有效阻尼:
主要用于竖向加载分析、zui. 大频率分析以及模态分析。进行时程分析时,只有当用户勾选“减隔震构件弹性”时才会按照线性参数计算,否则无论进行弹性时程分析还是弹塑性时程分析,阻尼器均采用非线性参数进行计算。对于粘滞阻尼器,不论是Maxwell模型还是Kelvin模型,由于其不给主体结构提供刚度,因而有效刚度均应输入为0。进行初始分析时不需要考虑有效阻尼,因而也可以输入为0。
《建筑抗震设计规范》给出的消能减震结构基本抗震设计方法是采用考虑阻尼影响的反应谱按常规的振型分解反应谱法流程进行。当预期阻尼器不会给结构提供较大的有效附加阻尼比时(如小于15%),可以采取强制解耦的方法,用无阻尼振型空间,将方程解耦,这样消能减震结构的计算,即可采用《建筑抗震设计规范》考虑阻尼影响的反应谱按常规的振型分解反应谱法流程进行。但仅仅考虑阻尼折减的反应谱法是无法计算出zui大振型速度对应的内力响应的。不同楼层和不同部位的阻尼器,达到耗散地震能量的峰值具有不同时性, 阻尼器往复作用时,双方向耗散地震能量的峰值具有不对称性,不同楼层的楼层剪力和层间位移峰值均具有不同时性。