附加阻尼器的核筒懸掛體系抗震性能分析

倪慧敏

（江蘇聯合職業技術學院泰興分院，江蘇 泰興 225400）

0 引言

結構控制理論和控制系統的研究為結構抗震提供了一條嶄新的思路。核筒懸掛附加阻尼結構為高層和超高層建筑的結構控制和減振方法開辟了新的途徑。附加阻尼的核筒懸掛結構不但符合傳力原理，且能充分利用高強材料的力學，能以細長的拉桿替代粗大的柱子，提高結構抗震性能。在核筒懸掛體系中，樓層通過懸掛轉換層結構懸掛于主結構上，用質量巨大的懸掛樓層作為子結構，達到振動控制目的[1]。本文利用靜力彈塑性分析方法將附加金屬阻尼器的核筒懸掛結構簡化為質點系模型，分別對在不同部位附加金屬阻尼器的四種計算模型進行地震響應分析，分析其減震效果。

1 研究對象與振動模型

本文以附加金屬阻尼器的核筒懸掛結構作為基本研究對象，平面尺寸43.2m×43.2m，核筒層高3.9m，共24層，總高3.6m。圖1是結構縱向剖面圖,中心核筒的8層、1層和24層分別設置外伸懸臂大梁，樓層通過吊桿懸掛在懸臂大梁上，在懸掛樓層與中心核筒之間留有一定縫隙。

利用靜力彈塑性分析方法將結構簡化為多質點系振動模型，將中心核筒以及連接中心核筒與子結構的外伸懸臂大梁簡化為質點3、8、13，其余懸掛樓層也都簡化為質點。在中心核筒與懸掛子結構之間以及同樓層懸掛子結構與子結構之間分別設置減振耗能裝置即金屬阻尼器[2-4]。

將沒有附加金屬阻尼器的結構稱之為結構1；在中心核筒與懸掛子結構之間附加金屬阻尼器的結構稱之為結構2；在同樓層懸掛子結構與子結構之間附加金屬阻尼器的結構稱之為結構3；在中心核筒與懸掛子結構之間附加金屬阻尼器同時在同樓層懸掛子結構與子結構之間也附加金屬阻尼器的結構稱之為結構4。

2 輸入地震波的選取

利用 關系，由我國《建筑抗震設計規范（GB50011-2010）》中的地震影響系數曲線得出設計用速度譜，將設計用速度譜作為目標速度譜，采用EL CENTRO 1940 NS，HACHINOHE 1968 EW，JMA KOBE 1995 NS地震波的相位特性，制成對應抗震設防烈度為8度、設計地震分組第一組、場地類別Ⅱ類的多遇地震人工波和罕遇地震人工波，并將所作人工波速度譜與目標譜擬合。考慮到罕遇地震時，設計用速度譜和人工地震波速度譜曲線的擬合度較好，所以文中選取這三條人工地震波分別對四種結構進行彈塑性時程分析，下文稱之為ART EL CENTRO波、ART HACHINOHE波和ART KOBE波。

3 優化阻尼器剛度

圖2（a）表示結構2在ART KOBE地震波作用下，附加阻尼器的剛度與結構各層位移的曲線。由圖可知，結構各層的振動位移并不是一直隨附加阻尼器剛度的增大而減小，而是存在某一個最優值，設定剛度為2.77E+08kN/m。

圖2(b)表示結構3在ART KOBE地震波作用下，附加阻尼器的剛度與結構各層位移的曲線。由圖可知，同層子結構的位移隨著附加阻尼器剛度的增大而趨于相等，設定剛度為8.71E+07kN/m。

4 位移對比

圖3表示ART EL地震波作用下結構1、結構2、結構3和結構4各質點的水平位移，圖4表示ART HACHINOHE地震波作用下各質點的水平位移，圖5表示ART KOBE地震波作用下各質點的水平位移。

由上圖對比可知，在三種不同地震波的作用下，附加金屬阻尼器對結構產生的減震效果都很明顯。

結構2與結構1相比，主結構和子結構的絕對位移變小，主、子結構之間的相對位移也明顯減小，由此可見，在主結構和子結構之間附加金屬阻尼器具有良好的抗震性能。

結構3與結構1相比，同層子結構之間的相對位移減小很多，說明在子結構之間附加金屬阻尼器能有效控制子結構之間的相對位移。

結構4與結構1相比，主結構和子結構的絕對位移均明顯減小，且主結構、子結構之間的位移差和各子結構之間的相對位移也都明顯變小，由此可以充分看出附加金屬阻尼器的核筒懸掛結構體系的抗震性能的優越性[5]。

5 結語

本文利用靜力彈塑性分析方法將附加金屬阻尼器的核筒懸掛結構簡化為質點系模型后，分別對未附加金屬阻尼器、在中心核筒與懸掛子結構之間附加金屬阻尼器、在同樓層懸掛子結構與子結構之間附加金屬阻尼器、在中心核筒與懸掛子結構之間附加金屬阻尼器同時在同樓層懸掛子結構與子結構之間也附加金屬阻尼器的四種算例模型進行地震響應彈塑性時程分析，分析其減震效果。結果表明，核筒懸掛結構附加金屬阻尼器后減震效果明顯，抗震性能優越。附加在主結構和子結構之間的金屬阻尼器對減小主結構和子結構的絕對位移效果顯著；附加在子結構和子結構之間的金屬阻尼器減小主結構和子結構之間的相對位移以及同層子結構之間的相對位移效果顯著。