装设粘滞阻尼器的框架结构减震控制分析

装设粘滞阻尼器的框架结构减震控制分析

马建东回阿山陈杨窦印庭李凯

中建新疆建工集团第一建筑工程有限公司 新疆乌鲁木齐 830000

摘要：随着现代建筑技术的不断发展，装设粘滞阻尼器的框架结构减震控制已经成为一种重要的抗震技术，如何提高框架结构的抗震性能，降低地震对建筑和人员的危害，成为建筑工程领域的重要课题。粘滞阻尼器作为一种高效的减震设备，可以通过吸收和耗散地震能量，减小结构的地震反应。本文详细研究粘滞阻尼器在框架结构减震中的应用，提升建筑物的安全性和耐久性的同时，减少地震带来的经济和社会损失。

关键词：装设粘滞阻尼器；框架结构；减震

装设粘滞阻尼器是指在框架结构中安装粘滞阻尼器，以减少结构在地震作用下的振动和侧向位移，降低地震对建筑物和人员的危害。科学选择阻尼器参数，合理设定设防目标，可以确保结构在地震作用下的稳定性和安全性。深入研究粘滞阻尼器的选择与设计、安装位置的确定、结构分析与模拟，以及阻尼器的维护与监测等措施，可以为工程项目的顺利实施提供数据和理论支持。

一、装设粘滞阻尼器的框架结构减震设计方案

（一）阻尼器参数选取

根据框架结构的质量、刚度、阻尼需求，确定阻尼系数C=50kN/(mm/s)和阻尼指数α=0.3，这两个参数确定了阻尼器在减震时的响应特性。阻尼系数和指数的组合决定了阻尼器在不同速度下的工作性能，确保阻尼器能够有效吸收和耗散地震能量。根据框架结构的力学特性和地震荷载，选取阻尼力=330kN和行程±50mm，这些参数确保阻尼器在地震作用下能够提供足够的减震能力，保护框架结构稳定、牢固。此外，行程范围的设计也确保了阻尼器的工作范围与结构的变形需求相匹配。设定速度v=539.3mm/s，反映了阻尼器在工作时的响应速度，这一参数确保阻尼器在地震发生时能够迅速响应，提供及时的减震效果。综合考虑，使用24套粘滞阻尼器，能够有效提高框架结构的减震性能，降低地震作用下结构的响应幅度，增强结构的安全性。

（二）设防目标

确保结构完整性：在地震作用下，框架结构应保持完整，不发生整体塌陷或严重损坏，根据抗震设计规范，结构应在设防烈度下达到完好性或可修复性的标准。控制位移：结构在地震作用下的位移应保持在可接受的范围内，根据相关规范，结构在设计烈度下的侧向位移比应不超过1/250，确保结构的稳定性和舒适性[1]。降低加速度反应：通过装设粘滞阻尼器，框架结构的地震加速度反应显著减小，阻尼器的应用应使结构的地震反应加速度降低30%至50%，从而减少对设备和人员的冲击。保持使用功能：在设防地震发生后，结构应尽量保持原有的使用功能，不出现明显的破坏，根据设计目标，结构在地震后应确保可继续使用，满足实际需求。保护非结构构件：粘滞阻尼器的安装应减少地震对非结构构件（如墙体、吊顶、门窗等）的破坏，在设计烈度下，非结构构件的破坏程度应控制在轻微至中等范围内，降低维修成本。

二、装设粘滞阻尼器的框架结构减震控制措施

（一）粘滞阻尼器的选择与设计

工程师应根据框架结构的力学特性，确定阻尼器的类型，如剪切型、压缩型或流体型。粘滞阻尼器的阻尼系数、阻尼指数、承载能力和行程范围等参数需要与框架结构的需求相匹配。例如，阻尼系数需要与结构的固有频率相适应，达到最优的减震效果。阻尼器的选择还应考虑其耐久性、可靠性和维护方便性，确保长期稳定运行[2]。团队应通过数值模拟和结构分析，确定最佳的阻尼器布置方案，确保阻尼器的分布均匀，达到整体结构的减震效果。设计时还应考虑阻尼器与其他结构和非结构构件的配合，避免出现干涉或冲突，确保整个结构的完整性和稳定性。

（二）安装位置的确定

工程团队应进行详细的结构分析和模拟，评估地震作用下框架结构的动态响应，包括确定结构的振动模式、侧向位移和应力分布等，识别出地震作用下结构的薄弱环节和关键部位，这些部位往往是需要重点减震的区域，包括楼层之间的水平连接、剪力墙与框架柱的连接、楼板和屋顶与墙体的交接处等[3]。粘滞阻尼器应安装在结构的关键部位，如楼层之间的水平连接、剪力墙与框架柱之间等。这些位置在地震作用下容易产生较大的侧向位移和剪力作用，粘滞阻尼器的安装可以有效吸收和耗散地震能量，降低结构的振动幅度。阻尼器的布置应尽量均匀分布在整个结构中，确保各个楼层和区域的减震效果均衡。

（三）结构分析与模拟

工程团队应对框架结构进行详细的力学特性分析，确定结构在地震作用下的动态响应，包括使用先进的数值模拟和计算机仿真技术，如有限元分析（FEA）和结构动力学分析，预测结构在不同地震作用下的侧向位移、内力分布、振动模式和频率响应。分析结果可以帮助团队识别结构的薄弱环节和关键部位，这些位置往往是粘滞阻尼器需要重点减震的区域[4]。模拟过程中，团队应考虑不同参数和布置方案对结构减震效果的影响，如阻尼器的类型、数量、阻尼系数和安装位置等。通过多种方案的比较和分析，工程团队可以优化阻尼器的设计和布置方案，确保减震效果达到最佳。模拟过程还应考虑与其他工程系统的协调，如电气、暖通等，确保阻尼器的安装不会对其他系统产生不良影响，并对模拟结果进行评估和验证，确保方案的合理性和可行性。

（四）阻尼器的维护与监测

施工团队应制定详细的维护计划，包括定期检查阻尼器的工作状态、结构完整性和性能指标。检查内容包括阻尼器的外观是否有损伤、腐蚀或泄漏，以及工作过程中是否存在异常噪音或振动。若发现问题，团队应及时进行维修或更换，避免阻尼器的故障影响结构的减震性能[5]。先进的监测技术，如物联网传感器、应变计等，可以实时监测阻尼器的受力、位移和振动等参数。通过数据采集和分析，工程团队可以了解阻尼器在地震作用下的实际表现，及时发现潜在的问题，并进行相应调整。实时监测还能为阻尼器的维护和保养提供数据支持，提高维护的针对性和效率。

结束语：

通过对装设粘滞阻尼器的框架结构减震控制的研究可知，科学合理的设计和布置粘滞阻尼器，可以有效降低结构的地震反应，增强建筑物的抗震性能。通过结构分析与模拟，工程团队可以确定阻尼器的最佳安装位置和参数，提高减震效果。对阻尼器进行定期维护与监测，确保其长期稳定运行，延长设备的使用寿命。

参考文献：

[1]王昌盛.粘滞阻尼器和磁流变弹性体阻尼器对工业厂房的混合震动控制[J].工程抗震与加固改造,2022,44(5):82-90.

[2]司盼,唐亮,张征,等.液化场地装设粘滞阻尼器的桩基-结构体系抗震性能分析[J].地震工程与工程振动,2022,42(5):150-157.

[3]刘菁,梁栋,杨柳,等.齿轮齿条式惯质粘滞阻尼器的拉索减振机理研究[J].工程力学,2023,40(1):155-167.

[4]王四季,王程阳,林大方,等.主控式弹支干摩擦阻尼器一体化构型设计及减振实验研究[J].推进技术,2023,44(8):182-191.

[5]吴从晓,列文琛,吴昌根,等.装配式减震节点转动型阻尼器抗震性能及恢复力模型研究[J].工程力学,2023,40(2):97-111.