阻尼器在结构抗震中应用探究.doc

阻尼器在结构抗震中应用探究摘要：本文介绍了结构抗震控制理论及主要控制形式，阐述了粘弹性阻尼器的耗能减震原理和有限元计算算模型，并且运用Midas软件对一五层钢筋混凝土框架结构设置粘弹性阻尼器前后进行模拟分析，通过对其动力性能进行对比，对抗震性能进行了评估，为粘弹性阻尼器在结构抗震中的应用提供参考。 关键词：阻尼器 ;抗震; 控制 Abstract: This paper introduces the structural seismic control theory and control form, elaborated the viscoelastic damper energy dissipation principle and finite element calculation model, and use Midas software to one five storey reinforced concrete frame structure with viscoelastic dampers and simulation analysis, based on its dynamic performance are compared, the seismic performance is evaluated, for viscoelastic dampers for seismic application provides the reference. Key words: damper; seismic; control 中图分类号：TU352.1+1文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012） 1 前言 地震是危及人民生命和财产的突发式自然灾害。因此，结构控制在结构工程中的应用越来越重要。结构振动控制（简称为结构控制）技术，是指通过采取一定的控制措施以减轻或抑制结构由于动力荷载所引起的反应[1]。该技术在土木工程界广泛的应用和研究始于1972年美籍华裔学者Yao J.T.P（姚冶平）对结构控制这一概念的首次提出，通过在结构上设置一些耗能装置，由耗能材料的变形来增大结构阻尼达到消耗地震能量，减小主体结构地震反应。粘弹性阻尼器由于其显著的特性在工程中被广泛应用，它是一种与速度相关的被动耗能减震装置。本文研究了粘弹性阻尼器对钢筋混凝土框架结构的抗震性能的改善。 2 抗震控制分类 结构控制根据是否需要外部能源可以分为被动控制、半主动控制、主动控制和混合控制[2]。 ⑴被动控制 被动控制是指不依靠外部能源输入的控制，其控制力是由控制装置随结构一起振动变形而被动产生的。被动控制因其低廉的造价，相对良好的减震效果，实现容易等优点而引起了科研人员的关注，许多被动控制日趋成熟，并在实际工程中的抗震抗风控制中得到广泛应用。 ⑵半主动控制 控制力也是由控制装置自身的运动而被动产生，但在工作过程中控制装置可以利用少量外加能源主动调整自身的参数，从而间接起到调节控制力的作用。其控制精度较被动控制高，但具备被动控制系统的可靠性，只需少量的外加能源，造价较主动控制低廉，但具有主动控制系统的强适应性，因而具有更广泛的应用和发展前景。 ⑶主动控制 有外加能源，控制力是由控制装置依据某种控制规律，利用外加能源主动施加的。其将现代控制理论和自动控制技术巧妙地应用于结构抗震。系统主要由传感器、运算器以及施力作动器三部分组成。由于实时控制力可以随输入地震改变，其控制效果明显优于完全依赖于地震波特性的被动控制，但是它存在两个缺点，限制了它的应用，一是对于施力对象庞大，所需外加能源较大；二是控制算法复杂，引起时滞现象。 ⑷混合控制 不同控制方式相结合的控制方法。是将主动控制和被动控制结合起来的控制方法，对控制技术进行优化组合，充分发挥各控制技术的优点，避开其缺点，可形成较为成熟而先进有效的组合控制技术。 3 阻尼器计算模型 粘弹性阻尼器（Viscous Elastic Damper，简称VED）一般由约束钢板和粘弹性材料组成，在约束钢板之间加粘弹性材料，粘弹性材料一般由聚胺脂、硅胶材料和其它高分子材料组成，T形钢板和矩形钢板分别被约束在主体结构上。主体结构受到地震作用下发生变形，约束钢板在被动力作用下两端发生相对运动，从而带动粘弹性材料产生剪切滞回变形而耗散能量。粘弹性阻尼器的 有限元模型由Tsai提出的，其本构关系为[3]： （1） 式中，为特定函数，和是基本模型参数，由下式确定 （2） 式中，、、、和参数需要通过试验确定；为工作温度；为参考温度（确定参数试验时的环境温度）。 假设应变在时间步长和之间呈线性