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88bf娱乐 -粘滞阻尼器厂家粘滞阻尼器连体高层结构抗风振响应分析

发布日期:2018-10-15 作者: 点击:

88bf娱乐 -粘滞阻尼器厂家粘滞阻尼器连体高层结构抗风振响应分析

粘滞阻尼器厂家粘滞阻尼器连体高层结构抗风振呼应剖析

摘要:本文首要研讨设置了粘滞阻尼器的连体高层结构的风振呼应及风动力荷载作用下粘滞阻尼器在内力、变形、加速度及能量方面的操控作用。对连体高层结构进行了刚性模型的风洞实验,并取得风压系数时程数据。经过编制依据风洞实验的风荷载时程处理程序,可将风洞实验数据进行处理并导入有限元程序进行风振时程剖析。对连体高层结构进行多工况的风振时程剖析。成果显现连体结构设置了粘滞阻尼器,能减小结构的内力及变形,内力的削弱作用优于变形的削弱作用。连体结构顶部加速度是由脉动风的动力效应引起,粘滞阻尼器能有用地操控结构顶部楼层加速度。 

关键词:风振呼应 时程剖析 粘滞阻尼器 连体高层结构

0.导言

风荷载是高层建筑结构规划的首要操控要素之一,一般的风荷载核算办法是依据我国荷载规范[1],选用等效风静力荷载,该静力风荷载经过风振系数考虑风的动力放大,规矩体型结构的风振系数经过荷载规范核算得到,杂乱体型结构一般选用依据风洞实验数据的频域法核算得到。因为粘滞阻尼器在高层结构中越来越多的得到运用,风振剖析的频域法关于此类结构不再适用,而时域法是对此类结构进行风振剖析的有用手法。

1.风振时域法

风振剖析首要分为两种办法:频域法与时域法。频域法物理概念明晰,核算功率较高而运用广泛。时域规律可以考虑结构几许与资料非线性的影响,直观描绘必定时程内结构的风振呼应进程,并且不存在频域法中模态切断的影响。李杰[2]等对单层球面风振剖析的时域法与频域法进行了比较,标明时域法和频域CQC法的核算成果比较共同。笔者[3]依据AR法模仿生成风压时程,并对不同结构方式、不同高度、不同刚度的高层结构进行风振时程剖析,核算成果与按规范简化公式核算成果进行比照,标明时域办法具有必定的精度,能合理评价结构在风荷载下的呼应。

风振时域法的求解办法与地震时域法相同,建立会集参数多自由度系统的运动方程,如式(1)所示。本文首要研讨带粘滞阻尼器的结构系统,运动方程添加了非线性阻尼器一项,如式(2)所示。因为结构附加粘滞阻尼器,频域法不能核算结构风振呼应。

(1)

(2)

其间K为刚度矩阵;C为阻尼矩阵;M为对角质量矩阵;u、 、 别离为结构的位移、速度、加速度向量。P(t)为所施加的荷载。为求解附加粘滞阻尼器的结构风振呼应的操控方程,本文选用由E.L. Wilson[4]开发的快速非线性剖析法(FNA),此办法首要针对是线弹性的结构运用而规划,但结构中可以具有有限数量预界说的非线性单元,如粘滞阻尼器单元。

2.工程实例

2.1 工程概略

某连体高层建筑结构[5]总高度86.5m,首要由左右两个塔楼、高空连廊及低空连廊四部分组成;塔楼选用现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构,高空连廊及低空连廊选用钢桁架。结构三维安置图如图1所示。为了进步结构抗震性能,进步空连廊的舒适度,左右塔楼与高空连廊顶面及底面设置粘滞阻尼器。其间,高空连廊顶面、底面别离安置有12只粘滞阻尼器,阻尼器参数为:阻尼系数C=2500kN/(m/s)α,阻尼指数α=0.4;左右塔楼别离安置了22只粘滞阻尼器,阻尼器参数为:阻尼系数C=2000kN/(m/s)α,阻尼指数α=0.3。


图1 连体高层结构三维示意图 图2 风洞实验模型图

Fig.1 3D view of the connected tall building structure Fig.2 Wind tunnel test model


2.2 风洞实验

本次风洞实验[6]中,实验模型为刚体模型,包含此连体结构及其前期工程(设缝分隔),如图2所示。模型的几许缩尺比为1/200。模型外表安置了332个测压点。实验风向角距离取10°,即实验中模仿了36个风向的作用。样本点数为20480,采样频率为313Hz。依据风洞实验的几许缩尺、风速缩尺和风压丈量的时刻步长可以断定实践模型的风压时程的时刻步长为0.2758s。模型区鸿沟层流场模仿为B类地貌场地,地貌粗糙度系数为0.16,根本风压设定为0.60kPa。

3.程序编制

在风洞中选一个不受建筑模型影响、且离风洞洞壁鸿沟层满意远的方位作为实验参阅点,在该处设置了一根毕保管丈量参阅点风压,用于核算各测点上与参阅点高度有关但与实验风速无关的无量纲风压系数。实验参阅点选在高度为0.8m处,该高度在缩尺比为1/200的情况下对应于实践高度160m。在空气动力学中,物体外表的压力通常用无量纲压力系数Cpi标明为如式(3)所示

(3)

其间Cpi为测点i处的风压系数, 为作用点在测点i处的压力, 和 别离是实验是参阅高度处的总压和静压。各测点的风压力的核算公式如式(4)所示。

(4)

其间Fi为测点i处的风压力,wi为测点i处的风压,wr为参阅高度处的风压,Ai为隶属面积,w0为根本风压。

连体高层结构的高空连廊与低空连廊不满意刚性隔板假定,有限元模型中风压荷载选用点荷载输入,点荷载时程按式(4)进行核算。左右塔楼因为楼板的作用,满意刚性隔板假定,风荷载时程按楼层合力输入。 

其间,Fx、Fy、Mz别离为楼层X方向作用力,Y方向作用力及绕Z轴扭矩,H为楼层隶属高度。依据上述理论,本文选用面向对象言语Delphi编制了依据风洞实验数据的风振时程荷载处理程序。程序读取风洞实验模型测点空间坐标信息,刚性隔板信息及模型外表法向量,程序主动按格局提取风洞实验风压数据,转化成有限元模型的点荷载及楼层荷载时程数据,并主意向有限元模型添加荷载时程及风振剖析工况。

4.风振呼应剖析

4.1 风振时程剖析

时域法选用美国CSI公司开发的ETABS[7]进行剖析。数值核算选用快速非线性剖析(FNA)法。积分前进行模态核算,振型取前40阶,参加质量到达93.28%。承载力验算时,结构阻尼比取为0.035,风振加速度核算时,结构阻尼比取为0.01。因为结构平面不规矩,每隔30°风向角进行风振时程剖析,风向角的规则及X,Y方向规则如图3所示。


图3 风向角示意图

Fig.3 Wind direction


4.2 剖析成果

风动力荷载分为均匀风与脉动风两部分。风动力效应是由脉动风引起的,而均匀风是一种静力效应。粘滞阻尼器对风振的操控首要是减小脉动风的风振效应。本文对连体结构进行三种工况的剖析:均匀风静力荷载工况、设置阻尼器的风动力剖析和未设置阻尼器的风动力剖析。粘滞阻尼器削弱风振呼应的核算公式如式5所示。

(5)

式中, 为减振作用系数, 为未设置阻尼器操控下结构的呼应值, 为均匀风作用下结构的呼应值, 为设置阻尼器操控下结构的呼应值。

经剖析可得,左塔楼的刚度比右塔楼的较小,左塔楼的层间位移角均大于右塔楼的层间位移角,所以对左塔楼的最大楼层层间位移角在不同风向角风荷载作用进行比照,如图4所示。最大层间位移角呈现在120°风向角工况,即Y负方向。从图4中可见,因为粘滞阻尼器的减振作用,结构层间位移角有所下降,Y方向结构变形的减振作用 约为32.8%,X方向结构变形的减振作用系数 约为24.6%。


(1)X方向 (2)Y方向

图4 不同风向角风荷载作用下最大层间位移角比照

Fig.4 Comparison of drifts under different wind directions


结构最大楼层层间剪力在不同风向角风荷载作用进行比照。最大层间剪力呈现在330°风向角工况,即Y正方向。因为粘滞阻尼器的减振作用,结构层间剪力有所下降,Y方向结构变形的减振作用系数 约为19.3%,X方向结构变形的减振作用系数 约为15.5%。

结构阻尼器耗散能量与总输入能量的比约为70%。阻尼器的能量耗散随着脉动风引起结构振荡而陡峭添加,如图5所示。因为脉动风动力荷载是平稳的随机荷载,阻尼器的耗能曲线接近一条斜直线。因为结构模态阻尼比较小,并且结构选用阻尼指数较高的粘滞阻尼器,所以阻尼器耗散能量比模态阻尼要多。


图5 0°风荷载作用下能量耗散曲线图

Fig.5 Energy dissipation curve under 0°wind load


为进步高空连廊的风振舒适度,在高空连廊的上下外表设置了粘滞阻尼器。高空连廊呈现最大加速度的部位在连廊的跨中。跨中水平方向加速度远大于竖向加速度。跨中水平方向加速度在不同风向角风荷载作用下的比照如图6所示。从图6中可见,粘滞阻尼器首要设置在结构的Y方向,粘滞阻尼器很好地操控Y方向的加速度,其值下降约90%,而X方向加速度下降约50%。 


(1)X方向 (2)Y方向

图6 0°风向角风荷载作用下顶层高空连廊跨中加速度比照

Fig.6 Comparison of acceleration at mid-span of top gallery under 0°wind load


综上所述,连体结构设置了粘滞阻尼器,能有用地操控结构风振加速度。因为风荷载按频率成分可以分为均匀风与脉动风,均匀风相似一种静力荷载,而脉动风是一种平稳的动力荷载。粘滞阻尼器只能对脉动风引起的动力呼应进行操控,经过Y方向最大楼层剪力的比照可知,Y方向脉动风压占总风压的份额约为50%,设置粘滞阻尼器后,楼层剪力的减振作用约为15.5%,内力的削弱作用约为7.5%。设置阻尼器对结构微观的内力及变形有削弱作用,可是并不显着。设置阻尼器添加结构全体阻尼,粘滞阻尼器的耗能大于结构模态耗能。结构极点加速度首要是脉动风的动力效应引起,设置阻尼器能减小风振加速度,作用非常显着。

5.定论

本文介绍了风振时域法的首要原理与剖析过程。时域法进行高层结构风振剖析比较耗时,可是时域法可以考虑几许或资料非线性的要素。当结构设置了非线性阻尼器,时域法是结构风振剖析的有用办法。对设置了粘滞阻尼器的连体高层结构,时域法可以进行风振剖析。经剖析标明,设置粘滞阻尼器能较大的进步全体结构的总阻尼,减小结构的内力及变形,内力的削弱作用优于变形的削弱作用。因为风荷载中脉动风压占总风压的份额不大,所以粘滞阻尼器对内力及变形的削弱作用不是非常显着,而结构顶部加速度是因为脉动风的动力效应引起,因而粘滞阻尼器能有用地操控结构顶部楼层加速度。

参阅文献

[1] 中华公民共和国国家规范.建筑结构荷载规范(GB50009-2001) [S]. 我国建筑工业出版社,2002

[2] 李杰,倪振华,谢壮宁.单层球面网壳风振剖析的时域法与频域法比较[J].建筑科学与工程学报.25(2):63-68.2008.

[3] 陈学伟,韩小雷,郑宜等.高层建筑结构风振时程剖析软件的技术研讨[J].华中科技大学学报(城市科学版).25(3):136-141.2008.

[4] E L Wilson. Three Dimensional Dynamic Analysis for Structures with Emphasis on Earthquake Engineering [M]. Computers and Structures, Inc., Berkeley, Calif.1997.

[5] 韩小雷,何伟球等.中洲参观门结构可行性陈述[R]. 广州:华南理工大学高层建筑结构研讨所.2009.

[6] 谢壮宁,石碧青.广州中洲参观门风荷载特征风洞实验数据图表[R].汕头:汕头大学大气鸿沟层风洞实验室,2008.

[7] 北京金土木软件技术有限公司、我国建筑规范规划研讨院. ETABS中文版运用指南[M].公民交通出版社.2006.


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