建筑用液體粘滯阻尼器設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介

PAGE2PAGE201．阻尼器應(yīng)用的設(shè)計(jì)目標(biāo)和理念傳統(tǒng)建筑，無(wú)論木結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土，鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)有上百年的抗風(fēng)，抗震歷史，為什么提出在這些建筑中添加阻尼器？精簡(jiǎn)總結(jié)，有以下幾點(diǎn)原因：對(duì)于一些使用要要求較高的建建筑結(jié)構(gòu)（超超高層，大跨跨結(jié)構(gòu)等），地震，抗風(fēng)形成動(dòng)力難題，需要更合理的解決辦法；對(duì)比其他傳統(tǒng)方方案，減少結(jié)結(jié)構(gòu)受力體系系的造價(jià)；科學(xué)不斷發(fā)展，開(kāi)開(kāi)辟了解決結(jié)結(jié)構(gòu)工程問(wèn)題題的新思路；；可以使結(jié)構(gòu)構(gòu)最大限度的的保持在彈性性范圍內(nèi)工作作，為結(jié)構(gòu)提提升安全保障障。以某抗震加固工工程為例，我們對(duì)對(duì)剪力墻（傳傳統(tǒng)方案）和和液體粘滯阻尼尼器兩個(gè)方案案從理念和計(jì)計(jì)算結(jié)果作了了如下對(duì)比如如下表：抗震剪力墻阻尼器剛度增加，結(jié)構(gòu)構(gòu)周期變短，加大地震力結(jié)構(gòu)性質(zhì)不變或或基本不變對(duì)結(jié)構(gòu)其它部分分反應(yīng)有影響響對(duì)結(jié)構(gòu)其它部分分反應(yīng)沒(méi)有影影響給建筑上帶來(lái)的的困難大建筑上容易處理理重量大，加大了了基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)構(gòu)負(fù)擔(dān)重量小一旦破壞，難以以修復(fù)容易修復(fù)和更換換只能抵抗水平振振動(dòng)可以減少多方向向地震反應(yīng)費(fèi)用高費(fèi)用低我國(guó)現(xiàn)行抗震設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范中已已經(jīng)開(kāi)始有了了關(guān)于消能減減震的有關(guān)規(guī)規(guī)定。結(jié)合國(guó)國(guó)內(nèi)外有關(guān)阻阻尼器應(yīng)用發(fā)發(fā)展情況和我我們的應(yīng)用體體會(huì)，我們?cè)僭僬勔幌略诮ńㄖ鲜褂米枳枘崞鞯哪繕?biāo)標(biāo)和理念。簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的說(shuō)，我我們安置阻尼尼器可以有以以下幾個(gè)目的的。A增加抗震、抗抗風(fēng)能力原設(shè)計(jì)可能已經(jīng)經(jīng)可以滿足所所有規(guī)范規(guī)定定的抗震抗風(fēng)風(fēng)要求，加上上液體粘滯阻阻阻尼器，在在振動(dòng)過(guò)程中中起到耗能和和增加結(jié)構(gòu)阻阻尼的作用，從從而降低結(jié)構(gòu)構(gòu)反應(yīng)的基底底剪力，減少少整個(gè)結(jié)構(gòu)的的受力，也就就可以大大提提高結(jié)構(gòu)的抗抗地震能力。同同時(shí)，只要阻阻尼器安裝的的合適，設(shè)置置到不同的需需要方向，還還可以預(yù)防和和減少原設(shè)計(jì)計(jì)沒(méi)有考慮，或或考慮不足的的振動(dòng)受力。對(duì)特別重要的結(jié)結(jié)構(gòu)，高發(fā)地地震區(qū)，花錢錢不多，設(shè)置置這一第二防防線是很值得得的。對(duì)于非非嚴(yán)重地震區(qū)區(qū)，也可以用用阻尼器達(dá)到到抗風(fēng)和增加加抗震能力的的目的。B．用阻尼器去去防范罕遇大大地震或大風(fēng)風(fēng)按小震不壞大振振不倒的原則則，我們可以以用常規(guī)的設(shè)設(shè)計(jì)辦法使設(shè)設(shè)計(jì)滿足多遇遇地震的抗震震要求。對(duì)于于罕遇的大地地震可能顯得得不足、不理理想或不經(jīng)濟(jì)濟(jì)。用結(jié)構(gòu)的的被動(dòng)保護(hù)系系統(tǒng)－特別是是阻尼器來(lái)等等待和解決這這罕遇大地震震的問(wèn)題，不不僅新建結(jié)構(gòu)構(gòu)建議采用這這一設(shè)計(jì)理念念，原設(shè)計(jì)未未設(shè)防抗震或或設(shè)防不足的的結(jié)構(gòu)加固工工程也很適于于。這一理念會(huì)帶來(lái)來(lái)經(jīng)濟(jì)實(shí)用和和可靠的結(jié)果果，設(shè)計(jì)的好好，可以為工工程節(jié)省費(fèi)用用。國(guó)外抗震震先進(jìn)國(guó)家大大都采用這一一理念。在所所有可能發(fā)生生地震的地區(qū)區(qū)，我們主要要想提出推廣廣的這一設(shè)計(jì)計(jì)理念。國(guó)外有的工程，在在結(jié)構(gòu)的小振振設(shè)計(jì)中也充充分利用施加加了阻尼器的的優(yōu)越。他們們大膽的用加加阻尼器后的的修正反應(yīng)譜譜作結(jié)構(gòu)的設(shè)設(shè)計(jì)。C．減少附屬結(jié)結(jié)構(gòu)、設(shè)備、儀儀器儀表等第第二系統(tǒng)的振振動(dòng)在破壞性地震震震害分析中，結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)部附屬屬結(jié)構(gòu)、設(shè)備備、儀器儀表表等第二系統(tǒng)統(tǒng)的振動(dòng)和破破壞越來(lái)越引引起我們的注注意。從經(jīng)濟(jì)濟(jì)上看，這些些內(nèi)部系統(tǒng)的的價(jià)值可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)結(jié)構(gòu)構(gòu)本身。增加加結(jié)構(gòu)保護(hù)系系統(tǒng)出于保護(hù)護(hù)這一附屬系系統(tǒng)就不奇怪怪了。應(yīng)該說(shuō)說(shuō)，采用阻尼尼器系統(tǒng)減少少醫(yī)院、計(jì)算算機(jī)房、交通通及航空等重重要控制中心心內(nèi)部附屬設(shè)設(shè)備的振動(dòng)是是非常必要的的。D．解決常規(guī)辦辦法難予解決決的問(wèn)題在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有有時(shí)遇到高地地震烈度、土土質(zhì)情況惡劣劣的地區(qū)，單單純的加大梁梁柱的尺寸會(huì)會(huì)引起結(jié)構(gòu)剛剛度增加，結(jié)結(jié)構(gòu)的周期減減小，其結(jié)果果可能引起更更大的地震力力。結(jié)構(gòu)落入入這一惡性循循環(huán)中。有時(shí)時(shí)用常規(guī)的辦辦法難于解決決。著名的墨墨西哥市長(zhǎng)大大樓就提供了了一個(gè)解脫這這一惡性循環(huán)環(huán)的榜樣。結(jié)構(gòu)抗震如果使使用液體粘滯滯阻尼器，本本身沒(méi)有剛度度，也就不會(huì)會(huì)改變結(jié)構(gòu)的的頻率，阻尼尼器增加了結(jié)結(jié)構(gòu)的阻尼比比，起到耗能能的作用，比比較容易解決決這一困難問(wèn)問(wèn)題。在高烈度地震區(qū)區(qū)，設(shè)計(jì)變得得很困難的情情況下，建議議加入液體粘粘滯阻尼器重重新作一下分分析，可能你會(huì)得得到預(yù)想不到到的好結(jié)果。E．結(jié)構(gòu)上的其其它需要除了提髙結(jié)構(gòu)主主體的的抗震震抗風(fēng)能力外外，阻尼器還能能在很多其他他方面的抗振振動(dòng)上對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)有所幫助，可可以匯總?cè)缦孪拢捍罂缈臻g鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)，體育場(chǎng)館館，特別是開(kāi)開(kāi)啟式屋頂運(yùn)運(yùn)動(dòng)中的減振振超高層鋼結(jié)構(gòu)建建筑抗風(fēng)的TMD系統(tǒng)減少樓板和大型型屋蓋垂直振振動(dòng)的TMD系統(tǒng)配合基礎(chǔ)隔震的的建筑，加大大阻尼，減少少位移設(shè)備基礎(chǔ)減振特別重要的建筑筑核電站、機(jī)機(jī)場(chǎng)控制室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于于計(jì)算的建筑筑加固工程中，空空間受限，最最好的選擇軍事工程，抗爆爆工程當(dāng)然，阻尼器還還是個(gè)新生事事物。它的應(yīng)應(yīng)用方面和理理念都還在發(fā)發(fā)展，并有廣廣闊的發(fā)展空空間。3.阻尼器的的使用方法液壓粘滯阻尼器器幾乎是唯一一可以既減少少結(jié)構(gòu)受力又又減少結(jié)構(gòu)位位移的消能減減振阻尼器。在在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中中我們只要目目標(biāo)明確，安安放合適就可可以起到它的的作用。對(duì)于于具體結(jié)構(gòu)的的安置目的，我我們不妨大體體分成下面二二類作介紹：：1）為減少主體體結(jié)構(gòu)的水平平振動(dòng)，同時(shí)時(shí)減少主體結(jié)結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)構(gòu)在水平振動(dòng)動(dòng)下的受力和和位移。包括括框架結(jié)構(gòu)，單單廠排架系統(tǒng)統(tǒng)，大跨空間間結(jié)構(gòu)的梁柱柱體系，阻尼尼器都可以以以此為目的來(lái)來(lái)設(shè)計(jì)。2）為減少振動(dòng)動(dòng)中整體或局局部位移，以以減少振動(dòng)中中的位移為主主要目的，阻阻尼器本身的的直接耗能可可能并不大，而而是尋求系統(tǒng)統(tǒng)整體作用。常常用的有：配合基礎(chǔ)隔振加加設(shè)的阻尼器器：配合屋蓋系統(tǒng)與與柱頂相連處處的阻尼器：：多塔結(jié)構(gòu)間連走走廊處所用的的阻尼器。減少整體結(jié)構(gòu)水水平振動(dòng)的TMD系統(tǒng)減少局部或整體體垂直振動(dòng)的的TMD系統(tǒng)設(shè)備基礎(chǔ)及重要要的管道系統(tǒng)統(tǒng)用減振系統(tǒng)統(tǒng)3.1消能減減震支撐阻尼器安裝在建建筑的不同位位置，可以達(dá)達(dá)到設(shè)計(jì)的不不同目的。隨隨著阻尼器在在結(jié)構(gòu)抗震、抗抗風(fēng)等工程項(xiàng)項(xiàng)目上應(yīng)用的的發(fā)展，很多多結(jié)構(gòu)上采用用了不同安裝裝方式、組成成不同類型的的安置模型?？偪偨Y(jié)目前阻尼尼器在結(jié)構(gòu)上上的安裝方式式，主要有對(duì)角支支撐，人字型支撐撐和垂直放置置等。對(duì)角支撐在結(jié)構(gòu)的對(duì)角支支撐的位置方方向上安置阻阻尼器，看上上去和傳統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)對(duì)角支支撐很相似。其其連接方式簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，阻尼器器的作用清楚楚，廣泛被結(jié)結(jié)構(gòu)工程師使使用，常被標(biāo)標(biāo)為“阻尼支撐”。實(shí)際上，對(duì)對(duì)于無(wú)剛性的的液體粘滯阻阻尼器，它完完全不是一般般概念下的支支撐，而是僅僅僅增加阻尼尼的體系。如如果我希望它它增加和剛度度和阻尼兩方方面起作用，應(yīng)應(yīng)該采用液體體粘彈性阻尼尼器。這種連連接方式中，阻阻尼器的利用用效率較低，在在傾角等于37°時(shí)，僅為0.8。注意：這樣使用用的阻尼器應(yīng)應(yīng)為一端餃接接、一端固結(jié)結(jié)，兩端鉸接接會(huì)形成三餃餃一線的失穩(wěn)穩(wěn)狀態(tài)。圖3-1某結(jié)構(gòu)構(gòu)安置的對(duì)角角支撐阻尼器器人字形支撐這是一種完全用用來(lái)減少水平平層間位移的的體系，阻尼尼器的一端通通過(guò)一個(gè)“人”字型支撐和和該層下樓層層結(jié)構(gòu)相連并并運(yùn)動(dòng)一致。而而阻尼器的另另一端和樓層層上端結(jié)構(gòu)相相，運(yùn)動(dòng)一致致。支撐的“人”字交點(diǎn)處與與上梁并不作作受力連接（僅僅允許水平滑滑動(dòng)）。注意：人字支撐撐與主體柱下下端（結(jié)點(diǎn)）的的連接一定為為剛性連接，切切勿用成餃接接。這種連接對(duì)水平平層間運(yùn)動(dòng)的的耗能作用優(yōu)優(yōu)于上述對(duì)角角形支撐，其其f==1，但對(duì)于只只連一個(gè)阻尼尼器的體系,“支撐”用鋼量可能能大于對(duì)角連連接方式。當(dāng)當(dāng)然，人字形形也可以“倒”用成“V”字形狀，還還可以在一套套“人字支撐”上安置兩個(gè)個(gè)阻尼器。圖3－2某結(jié)構(gòu)構(gòu)安置的人字字形支撐阻尼尼器配合伸臂桁架支支撐垂直放置置對(duì)于一些超高層層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)計(jì)者通過(guò)計(jì)算算發(fā)現(xiàn)，如果果將加強(qiáng)層切切開(kāi)，放大了了有彎曲變形形帶來(lái)的垂直直相對(duì)位移，將將阻尼器豎向向放置，可以以得到很好的的減震效果。圖3－3某結(jié)構(gòu)構(gòu)安置的垂直直放置阻尼器器3.2以減減少振動(dòng)中位位移為直接目目的的阻尼器器3.2.1配配合基礎(chǔ)隔振振加設(shè)的阻尼尼器基礎(chǔ)隔振改變了了結(jié)構(gòu)的周期期，可以大大大減少結(jié)構(gòu)在在地震中的受受力。柔性的的連接將地震震荷載轉(zhuǎn)化消消耗到結(jié)構(gòu)的的運(yùn)動(dòng)中，起起了很大的減減震作用。然然而，它附加加產(chǎn)生出的位位移經(jīng)常是工工程界難以接接受的。阻尼尼器可以成功功地減少這一一振動(dòng)中的位位移，它已經(jīng)經(jīng)成為基礎(chǔ)隔隔震系統(tǒng)中必必不可少的孿孿生手段。用用于結(jié)構(gòu)整體體減少振動(dòng)的的隔振系統(tǒng)中中的阻尼器應(yīng)應(yīng)該通過(guò)計(jì)算算，噸位不易易過(guò)小。圖3－4配配合基礎(chǔ)隔振振使用3.2.2減少少整體結(jié)構(gòu)水水平振動(dòng)的TMD系統(tǒng)常用于高層、超超高層結(jié)構(gòu)抗抗風(fēng)的TMD(TTuneMMassDDamperr)和LMD(LiiquidMassDampeer)是利用一種種更為巧妙的的辦法減少水水平風(fēng)振。在在一個(gè)主要結(jié)結(jié)構(gòu)上加設(shè)一一個(gè)與目標(biāo)減減振振型頻率率一致的小結(jié)結(jié)構(gòu)，就可以以起到減少主主結(jié)構(gòu)動(dòng)力反反應(yīng)的目的(參見(jiàn)附錄)。而阻尼器器是為了減少少這個(gè)附加共共振“小體系”的運(yùn)動(dòng)（圖3－13）。臺(tái)灣101大廈的TMD系統(tǒng)就是這這種體系應(yīng)用用的典型。圖3－5臺(tái)灣1101大廈配合TMD系統(tǒng)安置圖3－5其他配配合TMD系統(tǒng)安置3.2.3減少少整體或局部部垂直振動(dòng)的的TMD系統(tǒng)以減少樓板或?qū)訉由w的垂直振振動(dòng)為主要目目的的TMD系統(tǒng)是花錢錢不多效果顯顯著的好辦法法。工程中常常用到到的有有以下幾類：：減少大型屋蓋垂垂直振動(dòng)的TMD系統(tǒng)。減少樓板垂直振振動(dòng)的TMD系統(tǒng)?？罩凶呃龋^(guò)街街天橋上安置置的TMD系統(tǒng)。圖3－5其他配配合豎向TMD系統(tǒng)安置4.液體粘滯滯阻尼器（FluiddVisccousDDamperrs）我們常用阻尼器器，未加說(shuō)明明時(shí)都是指這這種阻尼器。（4-1）這里，F(xiàn)––阻尼力；C－阻尼系數(shù)；；α－速度指數(shù)數(shù)；V－為活塞桿的的速度。這是是個(gè)簡(jiǎn)單的一一個(gè)公式，卻卻也是非常容容易出錯(cuò)的公公式。我們希希望有關(guān)的設(shè)設(shè)計(jì)人員在提提出阻尼器的的設(shè)計(jì)要求的的同時(shí)，一定定要自己用這這個(gè)公式計(jì)算算一下得到的的力和速度是是否合理。圖4－1液體粘滯阻阻尼器5.液體粘滯阻阻尼器的計(jì)算算分析5.1阻尼器器尺寸的估計(jì)計(jì)與價(jià)格阻尼器和其他機(jī)機(jī)械產(chǎn)品不一一樣，一般安安在結(jié)構(gòu)分析析的基礎(chǔ)上選選用。沒(méi)有現(xiàn)現(xiàn)成統(tǒng)一的價(jià)價(jià)目表，尋求求其價(jià)格要依依據(jù)以下兩個(gè)個(gè)主要參數(shù)：：阻尼器尋價(jià)表1所需阻尼器數(shù)量量2最大阻尼力(KKN)3最大沖程(mmm)5.2消能減減振結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)簡(jiǎn)化計(jì)算方法設(shè)計(jì)荷載和考慮慮因素首先，在該標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)中明確一點(diǎn)點(diǎn)：所有阻尼尼器的設(shè)計(jì)都都要基于最大大地震的考慮慮?？紤]最大地震下下的低周大位位移的衰減荷荷載考慮風(fēng)荷載下的的髙循環(huán)小位位移下的衰減減考慮重力下的受受力和位移的的組合考慮相關(guān)和連接接部件的抗腐腐蝕、老化、受受潮和化學(xué)暴暴露的影響考慮阻尼器的工工作環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)的選取取請(qǐng)注意以下幾個(gè)個(gè)參數(shù)的取值值問(wèn)題：設(shè)計(jì)阻尼比的選選擇在設(shè)計(jì)阻尼器前前我們首先要要設(shè)定一個(gè)目目標(biāo)阻尼比，通通常我們建筑筑結(jié)構(gòu)的阻尼尼比在1%～5%之間，原則上上我們可以提高到20%～50%甚至更更高，我國(guó)抗抗震規(guī)范則提提出附加阻尼尼比不易超過(guò)過(guò)20％。美國(guó)ASCE－7限制阻尼比比在35％以上選用用。這是因?yàn)闉楫?dāng)附加阻尼尼超過(guò)35％時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)的減震效果果明顯降低。一般按經(jīng)驗(yàn)，我我們常選定在在20%左右。速度指數(shù)的確定定我們?cè)谟嘘P(guān)阻尼尼器的中，已已經(jīng)介紹過(guò)關(guān)關(guān)于速度指數(shù)數(shù)上的問(wèn)題。阻阻尼器可以按按照用戶選定定的速度指數(shù)數(shù)α進(jìn)行設(shè)計(jì)，用用于土木結(jié)構(gòu)構(gòu)的阻尼器速速度指數(shù)一般般可以取0.1～1之間。A)線性性阻尼器的阻阻尼力與阻尼尼器作用速度度成線性關(guān)系系，提高了耗耗能效果的非非線性阻尼器器可以在保證證達(dá)到同樣的的減振效果的的同時(shí)，降低低30％以上阻尼尼出力，從而而也減小在大大震下阻尼器器連接件的負(fù)負(fù)荷。B)一般般的說(shuō)，雖然然速度指數(shù)越越小時(shí)可以消消耗較多的能能量。5.2.3計(jì)算算原理和步驟驟我國(guó)抗震規(guī)范規(guī)規(guī)定：消能減減震結(jié)構(gòu)的地地震影響系數(shù)數(shù)可根據(jù)消能能減震結(jié)構(gòu)的的總阻尼比按按規(guī)范（抗震震規(guī)范）5.1.5條的規(guī)定采采用。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的阻阻尼比按照有有關(guān)規(guī)定不等等于0.05時(shí)，地震影影響系數(shù)曲線線的阻尼調(diào)整整系數(shù)和形狀狀參數(shù)為：曲線下降段的衰衰減指數(shù)；（1）阻尼調(diào)整系數(shù)；；（2）消能減震結(jié)構(gòu)的的總阻尼比應(yīng)應(yīng)為結(jié)構(gòu)阻尼尼比和消能部部件附加給結(jié)結(jié)構(gòu)的有效阻阻尼比之和消能部件附加的的有效阻尼比比可按下式估估算：（3）式中為消能減震震結(jié)構(gòu)的附加加有效阻尼比比，為第j個(gè)消能部件件在結(jié)構(gòu)預(yù)期期層間位移下下往復(fù)一周所所消耗的能量量；設(shè)置消能能部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)在預(yù)期位移移下的總應(yīng)變變能；不計(jì)及扭轉(zhuǎn)影響響時(shí)消能減震震結(jié)構(gòu)在其水水平地震作用用下的總應(yīng)變變能可按下式式估算：（4）式中質(zhì)點(diǎn)i的水水平地震作用用標(biāo)準(zhǔn)值；質(zhì)質(zhì)點(diǎn)i對(duì)應(yīng)于水平平地震作用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的位移移；速度線性相關(guān)型型消能器在水水平地震作用用下所消耗的的能量可按下下式估算：（5）式中消能減震結(jié)結(jié)構(gòu)的基本自自振周期；第第j個(gè)消能器由由試驗(yàn)確定的的線性阻尼系系數(shù)；第j個(gè)消能器的的消能方向與與水平面的夾夾角；第j個(gè)消能器兩兩端的相對(duì)水水平位移；工程中利用粘滯滯阻尼器直接接消能減震時(shí)時(shí)基本以非線線性阻尼器為為主，速度指指數(shù)取值一般般在0.3～1.0之間，原因是是非線性阻尼尼器在低速運(yùn)運(yùn)動(dòng)（如小震震或風(fēng)荷載）中也可以獲得較好的減震效果，提供較大的出力，并吸收更多的能量，獲得更大的滯回曲線。規(guī)范并未給出非線性阻尼器給結(jié)構(gòu)帶來(lái)附加阻尼比的具體算法，也沒(méi)有給出線性與非線性阻尼器之間的等效轉(zhuǎn)化公式，很多設(shè)計(jì)者在實(shí)際工程中難以直接采用這種計(jì)算方法，因而很難精確確定附加阻尼比的大小，未能在實(shí)際設(shè)計(jì)中考慮附加阻尼比對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力的改善，結(jié)合美國(guó)相關(guān)規(guī)規(guī)范計(jì)算線性性阻尼器和非非線性阻尼器器的等效方法法，此處對(duì)我國(guó)國(guó)抗震規(guī)范對(duì)對(duì)應(yīng)環(huán)節(jié)做出出如下補(bǔ)充：對(duì)于工程采用非非線性阻尼器器的情況，需需將非線性阻阻尼器阻尼系系數(shù)等效轉(zhuǎn)化化為線性阻尼尼器阻尼系數(shù)數(shù)之后再通過(guò)過(guò)我國(guó)抗震規(guī)規(guī)范推薦的方方法進(jìn)行附加加阻尼比公式式計(jì)算。首先根據(jù)結(jié)構(gòu)相相關(guān)信息求出出阻尼器的最最大運(yùn)動(dòng)速度度（6）為第j個(gè)消能部部件在結(jié)構(gòu)預(yù)預(yù)期層間位移移下的最大運(yùn)動(dòng)動(dòng)速度；通過(guò)阻尼器的最最大速度和線線性阻尼系數(shù)數(shù)求出線性阻阻尼器的最大大出力（7）式中為第j個(gè)消消能部件在結(jié)結(jié)構(gòu)預(yù)期層間間位移下的最大出力力，再根據(jù)相同速度度工況下阻尼尼器出力相等等的等效公式式求解阻尼器器的非線性阻阻尼系數(shù)（8）（9）式中為第j個(gè)非非線性消能部部件在結(jié)構(gòu)預(yù)預(yù)期層間位移移下的最大出力力，第j個(gè)非線性消消能部件在結(jié)結(jié)構(gòu)預(yù)期層間間位移下的最大運(yùn)動(dòng)動(dòng)速度；為第第j個(gè)非線性消消能部件的速速度指數(shù)。因此，已知非線線性的阻尼器器相關(guān)參數(shù)，通通過(guò)出力等效效公式便可轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為線性阻阻尼器參數(shù)，進(jìn)進(jìn)而估算出采采用阻尼器給給結(jié)構(gòu)帶來(lái)的的附加阻尼比比。消能減振結(jié)構(gòu)的的時(shí)程分析法法結(jié)構(gòu)分析中使用用最多的是采采用地震波輸輸入的時(shí)程分分析。采用時(shí)時(shí)程分析法求求解消能減振振結(jié)構(gòu)是一種種精確計(jì)算方方法，它可以以根據(jù)實(shí)際情情況建立計(jì)算算模型，考慮慮質(zhì)量及剛度度分布，并時(shí)時(shí)時(shí)輸入地震震動(dòng)加速度，可可以避免由于于簡(jiǎn)化附加阻阻尼器后所帶帶來(lái)的非正交交阻尼矩陣的的計(jì)算誤差，可可以考慮地震震動(dòng)的烈度、頻頻譜特性及持持時(shí)，可以很很容易的處理理阻尼器的非非線性問(wèn)題。目目前由于大型型有限元程序序的普及，這這種方法正逐逐漸普及。在在美國(guó)大都采采用SAP20000和ETABBS程序進(jìn)行計(jì)計(jì)算機(jī)分析。對(duì)對(duì)于大型復(fù)雜雜結(jié)構(gòu)我們建建議采用時(shí)程程積分的辦法法進(jìn)行計(jì)算，其其分析的過(guò)程程應(yīng)該是：設(shè)計(jì)地震，地震震記錄的選擇擇；建立結(jié)構(gòu)分析模模型，為了考考慮施加阻尼尼器的位置，應(yīng)應(yīng)該作未設(shè)阻阻尼器下的計(jì)計(jì)算分析，找找出結(jié)構(gòu)的薄薄弱層和施加加阻尼器的最最佳位置，確確定控制目標(biāo)標(biāo)；選擇安置阻尼器器的位置，設(shè)設(shè)計(jì)阻尼器的的類型和參數(shù)數(shù)。并將設(shè)計(jì)計(jì)的阻尼器輸輸入計(jì)算模型型；計(jì)算分析。一般般可作彈性分分析加非線性性阻尼器；計(jì)算結(jié)果的后處處理和滿意程程度判斷；對(duì)于不能滿意的的結(jié)果，或需需要更好的優(yōu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可可以按III-IV-VV的順序進(jìn)行行迭代設(shè)計(jì)，直直到滿意為止止。最初，可以首先先采用線性阻阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)行彈性時(shí)時(shí)程分析，得得到結(jié)構(gòu)的耗耗能情況，作作判斷阻尼器器安置位置的的概念設(shè)計(jì)，并并進(jìn)一步對(duì)結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線線性阻尼器的的分析并優(yōu)化化設(shè)計(jì)，如果果時(shí)程分析的的計(jì)算結(jié)果不不能滿足我們們的設(shè)計(jì)要求求，如位移過(guò)過(guò)大，可以調(diào)調(diào)整阻尼系數(shù)數(shù)重新計(jì)算。如如果受力過(guò)大大，可以調(diào)整整阻尼比或分分成多個(gè)阻尼尼器解決。5.3.1地震波輸入入在進(jìn)行時(shí)程分析析過(guò)程中，很很重要的一步步就是選擇有有效的地震波波加速度數(shù)據(jù)據(jù)。所選用的的地震波應(yīng)與與結(jié)構(gòu)所處的的場(chǎng)地和設(shè)計(jì)計(jì)反應(yīng)譜相符符，選取地震震波時(shí)應(yīng)注意意以下內(nèi)容：：所選取的地震波波的場(chǎng)地類別別與工程場(chǎng)地地特征周期應(yīng)應(yīng)相同或著比比較接近，同同時(shí)可參照結(jié)結(jié)構(gòu)第一振動(dòng)動(dòng)周期；應(yīng)根據(jù)該地區(qū)抗抗震設(shè)防烈度度調(diào)整地震波波的加速度峰峰值；地震波所持續(xù)的的時(shí)間應(yīng)保證證結(jié)構(gòu)的非線線性工作可以以全部展現(xiàn)，其其持續(xù)時(shí)間至至少應(yīng)為結(jié)構(gòu)構(gòu)自振周期的的2～3倍；選用波形的數(shù)量量，根據(jù)我國(guó)國(guó)抗震規(guī)范之之規(guī)定，應(yīng)不不少于兩條天天然波和一條條人工模擬波波；在美國(guó)ASCE－7標(biāo)準(zhǔn)中要求求計(jì)算7條以上的地地震記錄并取取平均值作為為設(shè)計(jì)考慮。人工地震波可以以模擬設(shè)計(jì)反反應(yīng)譜，也可可以按照?qǐng)龅氐靥匦赃M(jìn)行合合成。5.3.2阻尼器的計(jì)計(jì)算參數(shù)阻尼器的位置及及參數(shù)設(shè)定是是一個(gè)需要反反復(fù)調(diào)整及迭迭代的過(guò)程。目目前由于非線線性阻尼器具具有較高的耗耗能能力，應(yīng)應(yīng)用較多，但但同時(shí)由于阻阻尼力的非線線性也增加了了計(jì)算的難度度。一般來(lái)說(shuō)說(shuō)，非線性粘粘滯阻尼器的的減震特點(diǎn)是是：在阻尼系系數(shù)一定時(shí)，如在0.1-1范圍內(nèi)隨指數(shù)增大，同樣阻尼力的情況下控制效果可能下降，耗能能力降低；當(dāng)阻尼指數(shù)一定時(shí)，隨阻尼系數(shù)的增大，阻尼力逐漸增大，控制效果逐漸增強(qiáng)，層間位移成減少趨勢(shì)，當(dāng)然，輸出阻尼力大了阻尼器的費(fèi)用也就隨之增加。圖5-2非線性性阻尼元件圖圖示圖5-3Sap2000非線性阻尼器在分析時(shí)只要將將阻尼器的參參數(shù)輸入相應(yīng)應(yīng)程序的“對(duì)象單元”中，就可以以得到相應(yīng)的的受力和地震震反應(yīng)。在Sap20000中，對(duì)于阻阻尼器的模型型采用Maxweell模型，由非非線性阻尼元元件與彈簧串圖5-3Sap2000非線性阻尼器其非線性力-位位移關(guān)系為：：（5-17）單元總變形為彈彈簧變形與阻阻尼變形之和和： （5-18）式中，F(xiàn)為單元元非線性出力力，k為彈簧剛度度，c為阻尼系數(shù)數(shù)，dk為彈簧變變形，為阻尼尼變形速率。阻阻尼指數(shù)必須須為正值，使使用的取值范范圍為0.2～2.0間(當(dāng)小于0.2時(shí)，有可能能引起計(jì)算結(jié)結(jié)果不收斂)。Sap20000建議若期望望純阻尼行為為(如普通液體體粘滯阻尼器器），彈簧的效效果可通過(guò)使使其足夠剛性性來(lái)忽略，彈彈簧剛度值可可為其他桿件件剛度的100倍～10000倍，其剛度度不易取值過(guò)過(guò)大，以免引引起數(shù)值問(wèn)題題。圖5-3為Saap20000中進(jìn)行阻尼尼器單元設(shè)置置的窗口，在在設(shè)置窗口中中分為線性工工況與非線性性工況兩部分分，分別用于于線性時(shí)程分分析和非線性性時(shí)程分析兩兩類計(jì)算工況況。在非線性性分析時(shí)則忽忽略阻尼器單單元內(nèi)的線性性部分，非線線性振型疊加加法可考慮非非線性單元的的設(shè)置，而非非線性時(shí)程分分析法可考慮慮Sap20000中的任何非非線性因素，包包括材料的非非線性、幾何何非線性以及及非線性阻尼尼器這類的非非線性單元。5.3.3計(jì)計(jì)算方法描述述時(shí)程分析所采用用的方法有許許多種，如線線性加速度法法、Newmmarkβ法、Wilssonθ法、Rungee-Kuttta法及中心加加速度法等。Newmarkβ法和Wilsonθ法由于計(jì)算精度高、誤差容易控制、計(jì)算效率較高，目前較為常用。通常情況下，附附加阻尼元件件的計(jì)算模型型在進(jìn)行時(shí)程程分析時(shí)需要要較長(zhǎng)的時(shí)間間，如果還需需要考慮材料料彈塑性，且且模型計(jì)算單單元及節(jié)點(diǎn)較較多時(shí)，則需需要更多的計(jì)計(jì)算時(shí)間及計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)量。如如果僅考慮非非線性元件(阻尼器)的非線性，則則更為快速和和有效的方法法是由美國(guó)教教授Wilsoon提出的非線線性模態(tài)分析析法，這種方方法雖然不能能考慮主體結(jié)結(jié)構(gòu)非線性，但但是可以考慮慮阻尼器對(duì)結(jié)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的非非線性特性，這這種方法計(jì)算算量很低，對(duì)對(duì)于高層及大大型結(jié)構(gòu)的減減震效果計(jì)算算分析是非常常有效的。在在美國(guó)，一般般認(rèn)為，對(duì)于于一般工程設(shè)設(shè)計(jì)，這就足足夠了。對(duì)于結(jié)構(gòu)阻尼比比的設(shè)定可以以采用常數(shù)阻阻尼比，即假假定結(jié)構(gòu)全部部振型的阻尼尼比相同，常常數(shù)阻尼不能能考慮阻尼隨隨頻率和振型型的變化；更更為有效的方方法是采用Rayleeigh阻尼，需要要指定兩個(gè)卓卓越周期或頻頻率所對(duì)應(yīng)的的阻尼比值，通通?？梢赃x定定兩個(gè)振型參參與系數(shù)相對(duì)對(duì)較大的周期期或頻率作為為參考。當(dāng)結(jié)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜雜時(shí)，應(yīng)確保保所計(jì)算的振振型數(shù)的累積積有效質(zhì)量率率大于95％，還應(yīng)保保證頻率范圍圍足夠覆蓋加加速度反應(yīng)譜譜的主要范圍圍。5.3.4消能能結(jié)構(gòu)的后處處理及分析比比較通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果果的后處理可可以有效評(píng)價(jià)價(jià)消能減振結(jié)結(jié)構(gòu)的減振效效果，在后處處理的過(guò)程中中應(yīng)分別提取取結(jié)構(gòu)在設(shè)置置阻尼器前及及設(shè)置后的反反應(yīng)信息，并并進(jìn)行如下幾幾個(gè)方面的比比較：層間位移的比較較（StorryDriifts），對(duì)對(duì)于混凝土框框架結(jié)構(gòu)而言言，這項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)非常重要，它它往往代表結(jié)結(jié)構(gòu)所具有的的變形能力；；樓層加速度的比比較（FloorAccelleratiions），一一方面反應(yīng)了了結(jié)構(gòu)在脈動(dòng)動(dòng)風(fēng)作用下舒舒適度情況，另另一方面則表表明通過(guò)設(shè)置置阻尼器可以以降低結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件在地震作作用下的受力力；基底剪力在控制制前后的比較較（BaseShhear），對(duì)對(duì)于一些基底底剪力不足的的結(jié)構(gòu)加固工工程，這經(jīng)常常是一項(xiàng)控制制指標(biāo)，代表表著結(jié)構(gòu)柱受受到剪力的削削弱情況；頂點(diǎn)位移的比較較（RooffDispplacemment），某某些規(guī)范的控控制指標(biāo)。一方面可以通過(guò)過(guò)數(shù)字列表的的方式進(jìn)行對(duì)對(duì)比，也可采采用圖形的方方式進(jìn)行效果果分析（如下下圖所示）。圖5-4時(shí)程曲曲線對(duì)比(位移)需要補(bǔ)充的是，規(guī)規(guī)范要求各地地震輸入的時(shí)時(shí)程分析計(jì)算算結(jié)果應(yīng)與設(shè)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的的計(jì)算結(jié)果對(duì)對(duì)比，其誤差差要控制在一一定的范圍之之內(nèi)。如抗震震規(guī)范要求采采用彈性時(shí)程程分析時(shí)每條條時(shí)程曲線計(jì)計(jì)算所得結(jié)構(gòu)構(gòu)底部剪力不不應(yīng)小于振型型分解反應(yīng)譜譜法計(jì)算結(jié)果果的65%，多條條時(shí)程曲線計(jì)計(jì)算所得結(jié)構(gòu)構(gòu)底部剪力的的平均值不應(yīng)應(yīng)小于振型分分解反應(yīng)譜法法計(jì)算結(jié)果的的80%。最后，需要訂貨貨采購(gòu)的阻尼尼器應(yīng)列出下下表中的各個(gè)個(gè)參數(shù)。這些些都是生產(chǎn)阻阻尼器時(shí)所必必須知道的。表5-6定貨阻尼器器的主要參數(shù)數(shù)1最大阻尼力(KKN)2最小安全系數(shù)3從活塞位于中點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算,最小可以運(yùn)運(yùn)動(dòng)位移（最最大沖程）((mm)4阻尼系數(shù)CC(kN//(m/s))α)5阻尼的速度指數(shù)數(shù)α6使用溫度7最大風(fēng)能輸入（如如果要求）8最大的阻尼器尺尺寸（如果空間間有限）9阻尼器的安置示示意圖（如果已有有）5.4抗風(fēng)風(fēng)用阻尼器的的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行行抗風(fēng)計(jì)算，特特別是高層結(jié)結(jié)構(gòu)和形體特特殊的大跨結(jié)結(jié)構(gòu)等。一般般說(shuō)來(lái)抗風(fēng)計(jì)計(jì)算按照《高高層建筑設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)程》用等等效靜力法進(jìn)進(jìn)行分析。對(duì)對(duì)于有特殊要要求的結(jié)構(gòu)，可可以根據(jù)風(fēng)振振曲線的時(shí)程程積分計(jì)算。風(fēng)風(fēng)振曲線的獲獲得要結(jié)合場(chǎng)場(chǎng)地風(fēng)的特性性，可以由作作風(fēng)洞試驗(yàn)的的單位提供，也也可以人工合合成人工風(fēng)振振曲線。6.阻尼器的連連接兩端餃接多數(shù)阻尼器的安安置是這種形形式。兩端用用銷子和支架架相連，連接接處內(nèi)設(shè)球形形轉(zhuǎn)承。與