第３２卷第６期 工程抗震与加固改造 Ｖｏ１．３２．Ｎｏ．６ ２０１０年１２月 Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｅ．２０１０ ［文章编号］ １００２—８４１２（２０１０）０６—００４２—０６ 同时设置金属和粘滞阻尼器的钢框架结构减震效果研究 郭道远 ，裴星洙 （１．金山职业技术学院，江苏镇江２１２２００１；２．江苏科技大学土木丁程与建筑学院，江苏镇江２１２００３） ［摘 要】 利用有限元软件ＳＡＰ２０００对同时设置金属阻尼器和粘滞阻尼器的１５层钢框架结构分别作了多遇地震和罕遇地 震下的弹塑性时程分析。分析中，所有阻尼器均布置在横向框架的两个边跨，根据两种阻尼器组合方式的不同定义了不同的 分析丁况，且比较了各工况时的楼层最大位移、层间最大位移角、层间最大剪力系数等地震响应值，从而讨论了各自的减震效 果。研究结果表明：同时使用金属阻尼器和粘滞阻尼器进行减震控制时，两者可以较好地协同工作，从而减小结构的地震响 应值，而且通过合理地调整其相对位置与数量，可以将结构在地震作用下的各响应值控制在理想的范围内。与此同时，仅需 在结构下部２／３左右楼层设置阻尼器就能够较好地控制结构各层的侧移，从而取得较好的经济效益。本文的研究结果可为结 构抗震设计提供有益的参考。 ［关键词］ 金属阻尼器；粘滞阻尼器；时程分析；侧移控制；减震效果 ［中图分类号］ＴＵ３５２．１ ［文献标识码］ Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｄａｍｐｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｆｒａｍｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｄａｍｐｅｒ ａｎｄ Ｖｉｓｃｏｕｓ Ｄａｍｐｅｒ Ｇｕｏ Ｄａｏ—ｙｕａｎ ，Ｐｅｉ Ｘｉｎｇ—ｚｈｕ （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ Ｄ厂Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｊｉｎｓｈａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｆｉａｎｇ ２１２２００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｄ厂Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２ １ ２００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ—ｐｌａｓｔｉｃ ｔｉｍｅ—ｈｉｓｔｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｏｎｅ １ ５ ｆｌｏｏｒ ｈｉｇｈ ｓｔｅｅｌ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｄａｍｐｅｒｓ ａｎｄ ｖｉｓｃｏｕｓ ｄａｍｐｅｒｓ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｕｎｄｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ａｎｄ ｒａｒｅｌｙ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ ｂｙ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＳＡＰ２０００．Ａｌｌ ｄａｍｐｅｒｓ ａｒｅ ａｒｒａｎｇｅｄ ｉｎ ｔｗｏ ｓｉｄｅ ｓｐａｎｓ ｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｌａｙｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｄｅｌｉｍｉｔｅｄ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｄａｍｐｅｒｓ．Ｔｈｅｎ，ｄａｍｐｉｎｇ ｅｆｆｅｅｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅａｃｈ ｆｌｏｏｒ、ｍａｘｉｍｕｍ ｉｎｎｅｒ—ｓｔｏｒｙ ｄｒｉｆｔ ａｎｇｌｅｓ、ｍａｘｉｍｕｍ ｉｎｎｅｒ・ｓｔｏｒｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｓｈｅａｒ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ：ｗｈｅｎ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｄａｍｐｅｒｓ ａｎｄ ｖｉｓｃｏｕｓ ｄａｍｐｅｒｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅｙ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｗｏｒｋ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗｅｌｌ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｓｅｉｓｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｉｄｅａｌ ｒａｎｇｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｕｎｌｂｅｒｓ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｌａｔｅｒａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｗｅｌｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｔ ａｌｌ ｌｅｖｅｌｓ ｗｈｅｎ ｄａｍｐｅｒｓ ａｒｅ ｓｅｔ ｕｐ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ２／３ ｆｌｏｏｒｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｕｓ ｂｅｔｔｅｒ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ａｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｕｓｅｆｕｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｔａｌｌｉｃ ｄａｍｐｅｒ；ｖｉｓｃｏｕｓ ｄａｍｐｅｒ；ｔｉｍｅ—ｈｉｓｔｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｌａｔｅｒａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｄａｍｐｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ Ｅ・ｍａｉｌ：ｇｄｙ８４２４４０４＠１６３．ｅｏｍ １ 引言 亡，大量的教学楼等建筑物在地震中倒塌，经济损失 目前我国大陆进入了第５次地震活跃期。２００９ 巨大。２００８年６月２８～２９日，在中国工程院召开 年７月９日，云南省楚雄州姚安县发生６．０级地震， 了《汶川地震建筑震害分析与重建研讨会》，６位院 造成１人死亡，３４８人受伤，２０５．９万人受灾；２００８ 士与会，４０位代表发言，就汶ＪＩＩ地震建筑震害及灾 年ｌ０月６日，在西藏当雄县发生了６．６级地震，造 后重建工作进行了深入的研讨，并向国务院有关部 成１０人死亡；２００８年５月１２日，在四川汶川更是发 门提交了建议书。建议书中明确提出积极推进先进 生了８．０级的大地震。这次地震造成了严重的伤 抗震设计方法、优良的结构体系和减震技术的应 用¨ 。经过３０多年的研究和发展，耗能减震理论与 ［收稿日期］２００９－０８－０３ 技术已趋于成熟 ，可以说，耗能减震技术现已成 第３２卷第６期 郭道远，等：同时设置金属和粘滞阻尼器的钢框架结构减震效果研究 ・４３・ 为工程抗震研究的主要发展方向之一，各国工程抗 （１）金属阻尼器：屈服强度 ＝２３５ＭＰａ；初始 震专家和学者均积极致力于该技术的研究开发和推 广应用。尽管国内外学者对各种类型阻尼器的减震 性能已进行了各方面的研究，并取得了许多成 刚度Ｋ ＝９００００＂ｋＮ／ｍ；屈服后刚度比为０．１，即屈服 后刚度Ｋ，＝０．１Ｋ ；屈服指数ｒ＝１０。 （２）粘滞阻尼器：速度指数 ＝０．６；阻尼系数Ｃ ＝果 Ｊ。但是，现有的研究工作多为在结构中设置单 一５×１０ Ｎ・（ｓ／ｍ）“ 的阻尼器，而在结构中同时设置位移相关型和速 ２．３输入的地震波 度相关型阻尼器来进行研究的还比较少。本文通过 本文对结构进行弹塑性时程分析时，采用典型 的ＥＬ—ＣＥＮＴＲＯ ＮＳ强震记录，其加速度峰值为 ＳＡＰ２０００建模和分析，对同时设置金属阻尼器和粘 滞阻尼器的高层钢框架结构的减震效果进行了相关 研究。 ２分析模型及解析用地震波 ２．１框架的布置与参数 ３４１．７ｇａｌ，时间间隔为０．Ｏ１ Ｓ。为了模拟抗震设防烈 度为８度，设计基本地震加速度为０．１５ｇ的多遇和 罕遇地震，根据我国《建筑抗震设计规范》 （ＧＢ５００１１—２００１）规定，将ＥＬ—ＣＥＮＴＲＯ波的加速度 峰值分别调整至７０ｇａｌ和４００ｇａｌ 。 ３减震效果分析 ３．１ 工况定义 分析模型为一幢平面尺寸为１８ｍ×３０ｍ，横向 跨度和纵向柱距均为６ｍ的１５层三跨的钢框架结 构。其底层层高为３．６ｍ，其他各层层高均为３．０ｍ。 框架结构柱子采用箱型截面，梁采用日型截面，各 层梁柱的截面几何特性如表１所示。柱、梁选用 Ｑ３４５钢，其弹性模量为２０６ＧＰａ。讨论时，取横向一 榀平面框架进行分析，并沿纵向取宽度６ｍ，考虑结 构各层的质量相同，为１０００ｋｇ／ｍ ，则结构层重为 １０８０００ｋｇ。 讨论同时设置金属阻尼器和粘滞阻尼器的减震 效果时，将阻尼器层层布置在横向框架的两个边跨 （每层设置同一种阻尼器），以５层作为一个单元考 虑，则一共包括以下６种分析工况： 工况１：１ １层～１５层设置粘滞阻尼器，１层～１０ 层设置金属阻尼器； 表１梁柱截面几何特性 Ｔａｂｌｅ １ Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｂｅａｍ ａｎｄ ｃｏｌｕｍｎ 工况２：６层～１０层设置粘滞阻尼器，其余各层 设置金属阻尼器； 层数 １层 构件 柱子 粱 截面尺寸（ｍｍ） ５００×５００×２８ ７００×２５０×１２×２２ ４５Ｏ×４５０×２８ 面积（ｃｎｌ ） 惯性矩（ｃｍ ） ５２８．６４ １８８．７２ ４７２．６４ 工况３：１层～５层设置粘滞阻尼器，６层～１５ 层设置金属阻尼器； 工况４：１１层～１５层设置金属阻尼器，１层～１０ ｌ９６９７８．３ｌ １５４６８７．５１ １４Ｏ９Ｏ０．２９ ２—３层 柱子 层设置粘滞阻尼器； 工况５：６层～１０层设置金属阻尼器，其余各层 粱 ７００×２５０×ｌ２×１９ ４５０×４５０×２２ ６００×２５０×ｌ２×２２ ｌ７４．４４ ３７６．６４ １７６．７２ １３９ｌ８３．５７ １１５２９４．５３ １Ｏ９１Ｏ５．４３ 设置粘滞阻尼器； 工况６：１层～５层设置金属阻尼器，６层～１５ ４～６层 柱子 粱 层设置粘滞阻尼器。 ７～９层 柱子 梁 ４５０×４５０×ｌ９ ６００×２００×９×２２ ４５０×４５０×ｌ６ ６００×２００×９×１９ ３２７．５６ １３８．０４ ２７７．７６ １２６．５８ １Ｏｌ６１０．２０ ３．２地震响应值比较 ８６４２４．９４ ８７３ｌ４．７８ ７７４７２．２８ 利用ＥＬ—ＣＥＮＴＲＯ ＮＳ波分别对上述６种工况 １０～１２层 柱子 梁 作多遇地震和罕遇地震下的弹塑性时程分析，得到 了各自的地震响应值。下面通过结构在地震作用下 的位移、剪力等响应值讨论不同工况的减震效果。 图１（ａ）、（ｂ）分别表示结构在多遇地震和罕遇 地震作用下各楼层的最大位移，图２（ａ）、（ｂ）分别 为各工况在多遇地震和罕遇地震作用下层间最大位 移角，图３（ａ）和（ｂ）则分别表示结构在多遇地震和 １３１５层 柱子 —４００×４００×１９ ６ＯＯ ｘ２００×９×】２ ２８９．５６ ９９．８４ ７０２２８．９２ ５５８２７．７６ 梁 ２．２ 两种阻尼器的参数 在ＳＡＰ２０００建模中，金属阻尼器通过塑性单元 （Ｐｌａｓｔｉｃ ｏｒ Ｗｅｎ）模拟，而由阻尼器单元（Ｄａｍｐｅｒ）来 模拟粘滞阻尼器…。所用两种阻尼器的参数如下： 罕遇地震作用下层间最大剪力系数的变化情况。 工程抗震与加固改造 ２０１０年１２月 １６ １６ １４ １４ １２ １２ １Ｏ １０ 随 ８ 鍪ｓ ６ ６ ４ ４ ２ ２ Ｏ ０ ０Ｏ０ ０．０１ ０ ０２ ０ ０３ ０ ０４ ０ ０５ ０ ０６ ０ Ｏ７ ０ Ｏ８ ０ Ｏ９ Ｏ０ ０１ Ｏ２ Ｏ３ ０４ 位移（ｍ） 位移（ｍ） （ａ）多遇地震 （ｂ）罕遇地震 图１楼层最大位移 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｆｌｏｏｒ １６ １６ ｌ４ １４ １２ ｔ２ ｌ０ １Ｏ 嗵 ８ ８ ｍ｝； ６ ６ ４ ４ ２ ２ ｏ ０ ０ ｏｏ０３ ００００９ ０ ＯＯ】５ ０ ００２】０ ００２７ ０ ００３３ ０ ００２ ０ ００４ ０ ００６ ０ ００８ ０ ０１０ ０．０１２ ０ ０１４ ０ Ｏｌ６ ０ Ｏｌ８ ０ ０２０ ０ ０２２ 位移角（ｔａｄ） 位移角（ｒａｄ） （ａ】多遇地震 （ｂ）罕遇地震 图２层间最大位移角 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｉｎｎｅｒ－ｓｔｏｒｙ ｄｒｉｆｔ ａｎｇｌｅｓ 由图可见：①无论是多遇地震还是罕遇地震作 接近于全部设置粘滞阻尼器时所对应的响应值。④ 用，在原钢框架结构中同时设置金属阻尼器和粘滞 从工况１、２、３的响应值曲线中可以看到，当保持粘 阻尼器能够很好地协同工作，使各楼层最大位移、层 滞阻尼器与金属阻尼器的相对数量不变时，随着粘 间最大位移角和层间最大剪力系数等地震响应值大 滞阻尼器位置的下移，楼层最大位移将变小；工况 幅度减小，从而达到较好的减震效果。②在结构各 ４、５、６的响应值曲线表明，保持粘滞阻尼器与金属 层全部设置粘滞阻尼器时各楼层的最大位移、层间 阻尼器的相对数量不变，随着金属阻尼器位置的下 最大位移角和层间最大剪力系数均比全部设置金属 移，楼层最大位移将变大。⑤工况３和工况６的响 阻尼器小，这表明对于本文所用阻尼器参数，在相同 应值曲线表明，对于本文所用阻尼器参数，虽然在设 的条件下，粘滞阻尼器比金属阻尼器拥有更好的减 置单一阻尼器时，粘滞阻尼器的效果好于金属阻尼 震效果。③通过合理地调整金属阻尼器和粘滞阻尼 器，但是同时设置两种阻尼器时，并非设置效果较好 器的相对位置和数量，能够使各地震响应值小于或 的粘滞阻尼器越多，对地震响应值的控制越有利，而 第３２卷第６期 郭道远，等：同时设置金属和粘滞阻尼器的钢框架结构减震效果研究 ・４５・ １６ ㈣ １６ １４ １４ １２ １２ １０ ㈣ ｌ０ 啮 ８ 随８ ６ ６ ４ ２ 一 ４ ２ Ｏ Ｏ ０ｌ ０２ ０３ ０４ ０５ ０６ ０７ Ｏ８ 剪力系数 ｆｂ）罕遇地震 图３层间最大剪力系数 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｉｎｎｅｒ－ｓｔｏｒｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｓｈｅａｒ 是与它的设置位置有关。 下面的讨论中将保持各楼层阻尼器的设置方法 ４侧移控制研究 与数量一致，即在每一层同时设置金属和粘滞阻尼 ４．１ 概述 器，仍布置在横向框架的两个边跨（一个边跨设置 随着钢结构设计理论和计算技术的进步、钢材 金属阻尼器，另一个边跨设置粘滞阻尼器）。一共 性能的提高、连接技术的发展、结构体系的改变以及 定义了以下４种分析工况： 抗风抗震工程知识的进步，近十年来，高层钢结构发 工况７：仅下面８层（５０％左右楼层）设置阻尼 展得非常快 。目前，世界上最高的１００幢建筑中， 器； 采用钢结构的占４５％。由此可见，就世界范围而 工况８：仅下面１０层（２／３楼层）设置阻尼器； 言，高层建筑中钢结构已在各类结构体系中占有相 工况９：仅下面１２层（４／５楼层）设置阻尼器； 当大的比例。作为一种优良的建筑结构体系，钢结 工况１０：全部楼层设置阻尼器。 构具有强度高、重量轻、施工速度快、抗震性能好的 ４．３ 分析结果 优点。此外，钢结构建造和拆除时对环境污染较小 图４表示各工况在多遇地震和罕遇地震作用下 且改建和拆迁容易，节能指标可达５０％以上，属于 层间最大位移角响应。从图中可以看出：不管是在 绿色环保建筑体系，符合我国可持续发展的要求。 多遇地震还是罕遇地震作用下，４种工况对应的各 因此，钢结构已成为一种具有竞争性和经济性的选 层层间最大位移角与原结构相比均有不同程度的减 择，必将成为建筑产业的一支新生力量。 小。其中，全部楼层都设置阻尼器时，其各层层间最 然而侧移刚度小却是高层钢框架结构的一大缺 大位移角均会有很大程度的减小；而对于仅在部分 点，而结构的倒塌归根结底是由Ｐ一△效应引起，所 楼层设置阻尼器的情况，只是结构下部设置阻尼器 以控制高层钢框架结构的侧移量具有现实意义。 楼层的层间最大位移角减小程度与工况１Ｏ接近，上 通过上面的讨论已经知道，在原钢框架结构中 部未设置阻尼器楼层的层间最大位移角则比工况 同时设置金属阻尼器和粘滞阻尼器能够使各楼层的 １０所对应的响应值大，但是与原钢框架结构相比还 最大位移大幅度地减小。但是，由于经济性是设计 是有一定程度的减小。 中需要考虑的一个重要环节。所以，在较好地控制 图５和图６分别为各工况在多遇地震和罕遇地 结构侧移的同时保证良好的经济效益是一个值得探 震作用下楼层的最大位移和最大加速度响应值曲 讨的问题。 线。由这两幅图可见：对于上述４种分析工况而言， ４．２分析工况 无论作用多遇地震还是罕遇地震，各楼层的最大位 ・４６・ 工程抗震与加固改慧 ２０１０年１２月 １６ １６ ｌ４ １４ Ｉ２ １２ ｌＯ １Ｏ 噬 帮８ ６ 鉴ｓ ６ ４ ４ ２ ２ ０ Ｏ ０ Ｏ０ ０ ０】０ ０００４ ０ ０００８ ０ Ｏ０１２ ０ ０Ｏ１６ ０ ００２０ ０ ００２４ ０ ００２８ ０ ００３２ ０００３６ ０【Ｊ２ ０ Ｏ３ ０ ０４ ０Ｏ５ ００６ ０ ０７ ０ ０８ ０ ０９ 位移角（ｒａｄ） （ａ）多遇地震 １６ １６ １４ １２ １０ 位移（ｍ） （ａ）多遇地震 １４ ｌ２ １Ｏ 踏 ⅢＩ１ ８ ８ ６ 郏 ６ ４ ４ ２ ２ Ｏ ０ Ｏ Ｏ ０ １ Ｏ ２ ０ ３ ０ ４ ０ ５ ０ ００２ ０ ００４ ０ ００６ ０ ００８ ０ ０１０ ０ ０１２ ０ ０１４ ０ Ｏ１６ ０ Ｏ１８ ０ ０２０ ０ ０２２ 位移角（ｒａｄ１ （ｂ）罕遇地震 位移（ｍ） ｆｂ１罕遇地震 图４层间最大位移角响应 Ｆｉｇ．４ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｉｎｎｅｒ－ｓｔｏｒｙ ｄｒｉｆｔ ａｎｇｌｅｓ 图５各层最大位移响应 Ｆｉｇ．５ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅａｃｈ ｆｌｏｏｒ 移响应与原结构相比均得到了明显的减小，而且工 （工况１０）。 况８和工况９各层的最大位移与工况１Ｏ对应的响 应值很接近，工况７只是设置阻尼器的下部若干层 总之，从上述讨论中不难发现：在阻尼器的设置 方法和数量保持一致的条件下，仅在结构的下部若 干楼层同时设置金属阻尼器和粘滞阻尼器，就可以 的最大位移响应接近于其他工况，而上部没有设置 阻尼器的楼层最大位移则较大。这表明，在各层阻 尼器布置相同且数量一致的情况下，仅在结构下部 ２／３或４／５左右楼层施加阻尼器就能够使各楼层的 最大位移接近于全部楼层均设置阻尼器时的情况。 使楼层最大位移、楼层最大加速度、层间最大位移角 等地震响应值有一定程度的减小，而且当结构下部 ２／３左右楼层设置阻尼器时，其楼层最大位移响应 值将与全部楼层均设置阻尼器时很接近。因此，在 此外，由于楼层最大加速度响应值依赖于输人的地 震波，所以在多遇地震和罕遇地震作用下表现得稍 高层钢框架结构中同时使用金属阻尼器和粘滞阻尼 器（速度相关型和位移相关型）进行减震设计时，在 层问最大位移角等响应值符合要求的前提下，仅需 有差异。但是，总体而言，除个别楼层稍大外，４种 工况的楼层最大加速度响应与原结构相比均有不同 程度的减小，而且工况８和工况９的楼层最大加速 在结构下部２／３左右楼层设置阻尼器就能够较好地 控制结构的侧移，而无须层层设置阻尼器，这样可以 度能够接近于全部楼层设置阻尼器时对应的响应值 在达到良好减震效果的同时取得较好的经济效益。 第３２卷第６期 郭道远，等：同时设置金属和粘滞阻尼器的钢框架结构减震效果研究 ・４７・ １６ 是与其设置位置有关。 １４ （３）通过合理地调整粘滞阻尼器和金属阻尼器 １２ 的相对位置与数量，可以使结构在地震作用下的各 １Ｏ 响应值小于或接近于全部设置粘滞阻尼器时所对应 鐾ｓ 的响应值。因此，同时使用粘滞阻尼器和金属阻尼 器进行减震控制，不仅可以使结构的抗震性能满足 ６ 要求，而且可以拥有较好的经济效益。 ４ （４）在高层钢框架结构中同时使用金属阻尼器 ２ 和粘滞阻尼器进行减震控制时，在层间最大位移角 Ｏ 等响应值符合要求的前提下，仅需在结构下部２／３ ０４ ０ ５ ０６ ０７ ０８ ０９ １ ０ １ １ １ ２ １ ３ １ ４ １ ５ １ ６ １ ７ １ ８ 加速度（ｍｌｓ２） 左右楼层设置阻尼器就能够较好地控制结构各层的 （ａ）多遇地震 侧移，从而取得较好的经济效益。 １６ 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）： １４ ［１］ 中国工程院土木、水利与建筑学部．《汶川Ｉ地震建筑 １２ 震害分析与重建研讨会》建议书．汶川Ｉ地震建筑震害 踏１Ｏ 调查与灾后重建分析报告［Ｒ］．北京：中国建筑工业 ８ 出版社，２００８ ６ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｗａｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ４ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｐｒｏｐｏｓａｌｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ２ Ｗｅｎｃｈｕａｎ ｅａ￣ｈｑｕａｋｅ．Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｏ ｄａｍａｇｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｅｎｃｈｕａｎ 加速度（ｍ／ｓ ） ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ［Ｒ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｙｒ （ｂ）罕遇地震 Ｐｒｅｓｓ，２００８（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 图６各层最大加速度响应 ［２］ 李爱群．工程结构减震控制［Ｍ］．北京：机械工业出 Ｆｉｇ．６ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｆｌｏｏｒ 版社，２００７ Ｌｉ Ａｉ—ｑｕｎ．Ｄａｍｐｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｉｎｄｕｓｔｙｒ Ｐｒｅｓｓ，２００７（ｉｎ ５ 结语 Ｃｈｉｎｅｓｅ） 本文研究了同时设置金属阻尼器和粘滞阻尼器 ［３］ 周云，邓雪松，等．中国（大陆）耗能减震技术理论研 的高层钢框架结构的减震效果。利用有限元软件 究、应用的回顾与前瞻［Ｊ］．工程抗震与加固改造， ＳＡＰ２０００分别对不同组合的分析模型作了多遇地震 ２００６，２８（６）：１～１５ 和罕遇地震下的弹塑性时程分析，通过楼层最大位 Ｚｈｏｕ Ｙｕｎ，Ｄｅｎｇ Ｘｕｅ—ｓｏｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ Ａｒｔ ａｎｄ 移、层间最大位移角、层间最大剪力系数等地震响应 Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ 值比较了各自的减震效果，得到以下结论： Ｍａｉｎｌａｎｄ［Ｊ］．Ｅａ￣ｈｑｕａｋｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ （１）金属阻尼器和粘滞阻尼器（位移相关型和 Ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ，２００６，２８（６）：１～１５（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 速度相关型）并用时能够协调工作，较好地控制结 ［４］ 北京金土木软件技术有限公司，中国建筑标准设计 构的地震响应，其减震效果与丽种阻尼器的相对位 研究院．ＳＡＰ２０００中文版使用指南［Ｍ］．北京：人民交 通出版社，２００６ 置和相对数量密切相关。 Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｃｉｖｉｌ Ｋｉｎｇ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ，，Ｌｔｄ．， （２）虽然在设置单一阻尼器时，对于本文所用 Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ． 阻尼器参数，粘滞阻尼器的减震效果要好：于金属阻 Ｕｓｅｒ ｇｕｉｄｅ ｏｆ ＳＡＰ２０００ ｗｉｔｈ Ｃｈｉｎｅｓｅ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ： 尼器，但这并不意味着两种阻尼器并用时粘滞阻尼 Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｒｅｓｓ，２００６（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 器的数量越多，对各地震响应值的控制就越有利，而 （下转第５３页） 第３２卷第６期 吕 晶，等：天津永定新河特大桥北引桥隔震效果分析研究 ・５３・ 移最大（０．２１８８ｍ），并且是其他４条波的２～３倍。 （３）从表１０中可以看出顺桥向的弯矩和剪力 的减震系数大部分都达到了６５％以上，其中２１号 墩的弯矩和剪力的减震系数最高，都达到了８６％， 但是１２号墩和２２号墩几乎没有隔震效果；横桥向 弯矩和剪力的最小减震系数分别为５４％和５２％，最 Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｙｎａｍｉｃ．１９９２．２１：７９—９２ ［４］ Ｎａｋａｓｈｉｍａ Ｍ ａｎｄ Ｋａｔｏ Ｈ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｅｒｒｏｒ ｇｒｏｗｔｈ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｅｒｒｏｒ ｇｒｏｗｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｏｎ—ｌｉｎｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ［Ｐ］．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐａｐｅｒ，１９８７：１２３～ １３０ ［５］ 邱法维，钱稼茹，陈志鹏．结构抗震实验方法［Ｍ］．北 京：科学出版社，２０００ Ｑｉｕ Ｆａｗｅｉ，Ｑｉａｎ Ｊｉａｒｕ，Ｃｈｅｎ Ｚｈｉｐｅｎｇ．Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ 高减震系数达到了８０％以上，其中１３号墩的弯矩 和剪力的减震系数最大分别都达到了８７％。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）： Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｔｅｓｔ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｒｅｓｓ， ２０００（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１］ Ｉａｎ Ｂｕｃｋｌｅ，Ｓａｔｉｓｈ Ｎａｇａｒａｊａｉａｈ ａｎｄ ｋｅｉｔｈ Ｆｅｒｒｅｌ１． Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ｂｅａｒｉｎｇｓ：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ［６］ Ｈｉｒｏｋａｚｕ Ｉ．ａｎｄ Ａｋｉｒａ Ｉ．Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ Ｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｌｏａｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｕｐｅｒ‘－ｈｉｇｈ－－ｄａｍｐｉｎｇ Ｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ｊ．Ｓｔｒｕｃｔ．Ｅｎｇ．，２００２，３—１１ ［２］ Ｙｕａｎ Ｙ，Ａｏｋｉ Ｔ ａｎｄ Ｙａｍａｍｏｔｏ Ｙ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｈｉｇｈ ｄａｍｐｉｎｇ—－ｒｕｂｂｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ Ｒｕｂｂｅｒ Ｂｅａｒｉｎｇ［Ａ］．Ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ［Ｃ］，Ｎａｇｏｙａ，Ｊａｐａｎ ２００５：４０１～４０８ ｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ Ｈｉｇｈ ［７］ Ｈｗａｎｇ Ｊ Ｓ ａｎｄ Ｋｕ Ｓ Ｗ．Ａｎａｌｙｔｉｓｏｌａｔｏｒ［Ａ］．Ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｃ］， Ｎａｇｏｙａ，Ｊａｐａｎ ２００５：５０５～５１１ Ｄａｍｐｉｎｇ Ｒｕｂｂｅｒ Ｂｅａｒｉｎｇｓ［Ｊ］．Ｊ．Ｓｔｒｕｃｔ．Ｅｎｇ．，１９９７， 】０２９～】０３６ ［３］ Ｎａｋａｓｈｉｍａ Ｍ，Ｋａｔｏ Ｈ ａｎｄ Ｔａｋａｏｋａ Ｅ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ Ｐｓｅｕｄｏ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ［Ｊ］．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ［作者简介］ 吕晶（１９６８～），高级工程师，国家一级注册建造师 （上接第４７页） ［５］ ＧＢ５００１１—２００ｌ，建筑抗震设计规范［Ｓ］ ＧＢ５００１ ｌ一２Ｏ０１．Ｃｏｄｅ ｆｏｒ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ 社．２００１：１３９～１５６ Ｗａｎｇ Ｚｈａｏ—ｍｉｎ．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｔｅｅｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ［Ｍ］． Ｓｈａｎｇｈａｉ：Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，２００１：１３９～１５６（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［Ｓ］（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［６］ 王肇民．建筑钢结构设计［Ｍ］．上海：同济大学出版 ［作者简介］ 郭道远（１９８４～），男，江苏人，硕士研究生，研究方向为工程结构抗震等 裴星洙（１９５４～），男，吉林人，博士，教授，主要从事结构强度、结构抗震及疲劳断裂方面的研究 （上接第５９页） ［８］ 李桂青，曹宏，李秋胜，等．结构动力可靠性理论及 其应用［Ｍ］．北京：地震出版社，１９９３ Ｌｉ Ｇｕｉ—ｑｉｎｇ，Ｃａｏ Ｈｏｎｇ，Ｌｉ Ｑｉｕ－ｓｈｅｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｄｙｎａｍｉｃ 复力模型屈服前刚度的研究［Ｊ］．广州大学学报（自 然科学版），２００８，７（１）：８７～９０ Ｊｉｎ Ｊｉａｎ—ｍｉｎ，Ｔａｎ Ｐｉｎｇ，Ｈｕａｎｇ Ｘｉａｎｇ—ｙｕｎ，ｅｔ ａ１．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｐｒｅｙｉｅｌｄ ｓｈｅａｒ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｒｅｓｔｏｒｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｍ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ， １ ９９３ （ｉｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌｅａｄ ｒｕｂｂｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ［Ｊ ３．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ），２００８，７（１）：８７ ～Ｃｈｉｎｅｓｅ） ９０（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［９］ 金建敏，谭平，黄襄云，等．铅芯橡胶支座微分型恢 ［作者简介］ 党育（１９７６～），副教授，博士研究生，防灾减灾专业
