阻尼对隔震结构减震效果的影响规律研究

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隔震结构设计中,通常采取增大阻尼的方法控制隔震层的水平位移幅值。但增加隔震层的阻尼比或等效阻尼比在某些条件下会增大结构的绝对加速度反应和上部结构的层间剪力,本文采用理论分析、数值模拟和试验的方法研究了两种阻尼对单自由度隔震结构动力响应的影响,主要工作和成果包括:  (1)基于单自由度隔震力学模型,对粘滞阻尼、复阻尼单自由度隔震结构的稳态响应进行了分析,建立了动力学方程,给出了阻尼的变化对位移放大系数和绝对加速度放大系数的影响规律。结果表明两种阻尼的位移放大系数均随着阻尼的增大而减小,当激励频率比较大时,两种阻尼的绝对加速度响应均出现了放大效应,但复阻尼的结构的加速度响应较为稳定。  (2)选取28条近场和22条远场地震波,计算两种阻尼的单自由度隔震结构的放大系数谱,分析了阻尼对绝对加速度放大系数谱的影响规律。结果表明不同的地震波在增大阻尼时加速度响应规律是不一样的,当地震波傅里叶谱在结构周期对应频段有较大能量时,增大阻尼比的减震效果较好。长周期区域,复阻尼对结构绝对加速度的放大效应比粘滞阻尼小。  (3)设计制作一个单自由度钢框架,在电磁振动台上进行了未隔震的试验,并依据试验结果设计和加工了一个具有复阻尼特征的摩擦阻尼器,通过改变阻尼器的抱箍力来改变复阻尼水平。分别对该阻尼器施加不同大小的抱箍力进行静力加载试验,结果表明该摩擦阻尼器的滞回曲线对称,阻尼力随着位移的增大而增大,符合设计要求。  (4)通过调整配重块的质量和阻尼器的出力,以实现不同的结构周期和阻尼,对单自由度隔震结构进行了四条远场和四条近场地震动作用下的振动台试验。试验结果表明,在长周期范围内,增大阻尼比大部分地震波的加速度都会产生放大效应,少数在长周期段有局部频域能量峰点的地震波作用下结构绝对加速度响应会随阻尼的增加而减小;位移响应则是随着阻尼的增加而减小,与理论分析相吻合。  (5)对不同阻尼水平、不同配重下的单自由度隔震结构进行了简谐激励试验,扫描频率为2Hz~12Hz,试验结果表明加上具有复阻尼特征的摩擦阻尼器之后结构的刚度变大,一档、二档阻尼下隔震结构的自振频率也不相同,这是因为阻尼器没有实现理想的滞回曲线,一方面阻尼力过小,另一方面没达到足够的加工精度。在扫频过程中,位移响应最大值先于加速度达到最大,两者对应的激励频率都不等于结构的自振频率ωn;简谐激励下,增大阻尼比,位移和加速度响应都会减小;该阻尼器的滞回曲线形状与静力加载试验基本相符。
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