消能減震的案例
【01 黏滯阻尼器減震設計篇】建筑消能減震技術規程 JGJ 297-2013應該注意的那些點
在消能器極限速度對應的阻尼力作用下，與消能器連接的支撐、墻、支墩、預埋件、節點板均應處于彈性狀態，【3.4.3、7.1.6】即需要根據罕遇地震下結構彈塑性分析下黏滯阻尼器的最大阻尼力的1.2倍來進行驗算；
鋼筋混凝土構件作為黏滯阻尼器的支撐構件時，如墻式黏滯阻尼器，混凝土強度不應低于C30【3.5.2】；
黏滯阻尼器與主體結構的連接一般分為支撐型和墻型等，當采用支撐型連接時，不宜采用“K”字型布置，支撐宜采用雙軸對稱截面；
速度線性相關型消能器與斜撐、墻體（支墩）或梁等支承構件組成消能部件時，支承構件沿消能器消能方向的剛度應符合下式規定：
針對非線性黏滯阻尼器，可采用黏滯阻尼器等效線性化進行驗算。
Q8消能減震結構減震分析應注意哪些關鍵問題？
展開 【JY】結構概念之(消能減震黏滯阻尼器)
導讀：
在我國，被動減震裝置得到廣泛應用，不僅在高層建筑、加上最近還實施頒布了工程抗震管理條例。(如
【JY】結構概念設計之（隔震概念設計）
)，使得被動
減震更加擴展到包括住宅在內的中低層建筑及大跨度建筑，其建造業績已大大超過美國
達到了世界第一
的
規模。
目前減震構件及結構類型的組合已有諸多形式，今后隨著其性能方面、經濟方面及設計創意等方面的改進，可以想象會進一步創造出更加豐富多彩的減震結構。
一、消能減震的理念
為了更有效地提高結構的抗震性能，在設計中采用“
柔性耗能”理念來減小結構振動響應
，通過調整結構的質量、剛度和阻尼特性來實現預期抗震水平。
傳統設計
以結構構件的塑性損傷為代價，秉持“硬抗”理念，采用優化關鍵構件的特征幾何尺度、放大構件材料強度等措施以提高結構的抗震承載能力。眾所周知，地震的發生和作用具有極強的隨機性和破壞性，
因此，傳統設計不僅難于保障建筑結構及生命財產安全，還可能大幅度增加建設成本。
結構消能減震又稱耗能減震，
其機理是在特定構件的界面連接處安裝耗能器，通過耗能器將地震動輸入的機械能轉化成能夠均勻耗散的熱能從而使得結構振動響應降低，或者通過新結構中的原結構和附設裝置分別作為主結構和子結構聯合承擔振動作用，從而獲得調諧，并將振動反應控制在預期值以內。
在采用消能減震方法的情況下，在較低級別地震或風振作用下結構可以獲得足夠的初始剛度而保持彈性狀態；而在較高級別地震或風振作用下，當結構的側向變形尚未開始變大時，耗能裝置就能先于結構進入非彈性狀態，從而避免結構的承重構件進入到非彈性狀態。
本期給大家主要帶來的是減震設計中的黏滯阻尼器相關的內容。
展開 【JY】消能減震黏滯阻尼器的力學原理與應用 ￥29.9
一、寫在文前
消能阻尼器的基本力學原理主要體現在恢復力模型上，恢復力模型的建立對整體結構模型的動力分析起了便捷作用，便于指導工程實際應用。對于消能阻尼器通常選擇以下本構進行模擬：
軟鋼消能器和屈曲約束支撐可采用
雙線性模型或Wen模型
；
摩擦消能器、鉛消能器可采用
理想彈塑性模型
；
黏滯消能器可采用
Maxwell模型
；
黏彈性消能器可采用Kelvin模型。
對于黏滯阻尼器的概念可看下：
【JY】結構概念之(消能減震黏滯阻尼器)
主要給大家講解減震設計中的黏滯阻尼器相關的內容。
經過眾多學者多年的研究和改進，都提出過黏滯阻尼器的恢復力模型，歸納起來，一般有線性模型、Kelvin模型、Maxwell模型、Wiechert模型四種類型。
二、黏滯阻尼器的計算理論簡述
在黏滯阻尼器中，液體在密封油腔小孔內的高速流動，可采用流體動力學Navier-Stokes方程進行描述。對于理想的直阻尼孔，可考慮兩種極端情況：
一種是慣性流，適用于液體黏度較低、間隙相對較大、液體在小孔流徑較短或高流速的情況。在此情況下可將Navier方程進行簡化，并考慮較低頻率情況，此時阻尼力是由液體加速流過小孔通道產生的唯一的慣性力，在速度很高時阻尼力出力會急劇增大，因此慣性流不能用于實際工程。
另一種可歸為黏性流，適用于液體黏度較高、相對間隙較小、液體在小孔流徑較長或低流速的情況。此時阻尼器響應符合下面等式：
式中μ——液體黏度；Lp、Rp、h——表示活塞頭的長度、半徑以及間隙的寬度等幾何特性。阻尼器的消能完全通過液體經過通道產生的黏性作用來實現。
展開 建筑隔振(震)器-彈簧支座設計計算
簡述
隔震與消能減震是一種積極主動的結構設計理念，屬于結構控制范疇。除隔震與消能減震結構外，結構控制方法還有質量調諧減振（震)、王動控制減振（震）及混合控制減振（震)。
隔震是通過設置某種隔離裝置,使結構周期大大增加，并使其遠離地面運動的卓越周期，從而降低地震對結構的激勵作用。隔震按隔離裝置設置原理分為基底隔震、懸掛隔震兩大類型。目前基底隔震技術方法比較成熟，已經大范圍應用于實際工程，我國也已有專門的設計規程。由于要求基底隔震器承受上部建筑物的重力，一般基底隔震結構適用于水平剛度較大、高度相對較低的多層結構。設置隔離裝置后,結構系統的周期比原結構周期大大加長，地震作用可顯著降低。
圖 1隔振器垂向和橫向運動
消能減震結構是通過附加消能減震裝置與原結構組成一個新的結構系統，原結構和附加的消能減震裝置均為這一新結構系統的子結構。這一新結構系統的動力特性和消能能力與原結構相比有較大變化，附加的消能減震裝置使得原結構承受的地震作用顯著減小，從而達到控制結構地震反應的目的,減輕主結構的損傷程度。
目前使用最多的隔震結構如圖2所示。通過隔震構件，將下部結構與基礎柔軟連接。
圖 2隔震裝置示意
在隔震裝置中，隔震支座占有重要地位。通過將不同元件的功能進行組合,或選取不同的設計參數,可以得到多種多樣的隔震支座。
隔震支座要求有較大的豎向承載力與豎向剛度,以保證承受上部結構的自重;水平方向上則較為柔軟,以保證隔震支座的隔震效果,即應有使建筑物恢復到原位置的剛度,同時應注意保證水平方向有較大的變形能力，以充分發揮隔震效果。除了良好的力學性能，隔震支座還要有良好耐久性與穩定的質量,以保證能夠長期穩定地承的受荷載。為了確保隔震支座的性能正常發揮，應當重視隔震支座的后期維護工作,及時維護、更換。
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本插件嚴格按照Maxwell理論計算公式進行編制，詳情可先看以下推文：
【JY】結構概念之(消能減震黏滯阻尼器)
【JY】消能減震黏滯阻尼器的力學原理與應用
在ABAQUS中：
在Abaqus中，采用非線性鏈接對黏滯阻尼器進行模擬，其中阻尼里輸入的是速度和力，可以通過《阻尼器噸位設計分析V3.0》插件自動生成速度、力的數據，對黏滯阻尼器進行模擬。
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簡介：MIDAS能解決以下實際結構問題：
小震問題：靜力地震作用、反映譜分析、彈性時程分析
中震問題：中震彈性分析及設計、中震不屈服分析及設計
大震問題：靜力彈塑性（Pushover）分析、動力彈塑性分析
空間大跨結構：幾何非線性分析
特種結構：靜力分析、材料非線性分析
其他分析：邊界非線性動力分析（消能減震、阻尼器、摩擦擺隔震裝置）、預應力分析、施工階段分析
本課件是2006MIDAS上海培訓交流會的演示文件。
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展開 組合式黏滯阻尼器ANSYS-CFD分析
黏滯阻尼器是一種以黏滯材料（主要為二甲基硅油）為阻尼介質的，被動速度型消能減震（振）裝置，主要用于結構震（振）動領域（包括風振、地震等）。黏滯阻尼器主要分為孔隙式、間隙式和組合式三種。視頻采用ANSYS-CFD模塊對組合式黏滯阻尼器進行分析。
下面介紹采用該模塊進行分析的主要流程：
1.Geometry
采用ANSYS-SC模塊，對流體區域進行建模，包含活塞內小孔、活塞與缸體內表面間隙，兩個油缸，考慮到計算時間，建立對稱結構如下圖所示。
2. Mesh
采用ANSYS-Meshing模塊，指定流體屬性，更改網格尺寸，對間隙和孔隙的流體區域進行網格細分。
3. Setup、Solution
采用ANSYS-CFD Enterprise模塊定義阻尼液為非牛頓流體，更改粘性模型，定義動網格區域，采用UDF施加速度加載工況，定義動畫窗口和結果輸出，提交分析。
4. Results
采用ANSYS-CFD Post模塊查看黏滯阻尼器內部流場結果，繪制阻尼器F-V滯回曲線。
5. ANALYSIS
對黏滯阻尼器滯回曲線采用MATLAB進行擬合，根據F=CV^a，擬合出阻尼器的阻尼系數C和阻尼指數a值。
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【02】黏滯阻尼器能否采用對角支撐的安裝形式？
黏滯阻尼器是由缸體、活塞、黏滯材料（常采用二甲基硅油）等部分組成，利用黏滯材料運動時產生黏滯阻尼耗散能量的減震裝置。
01黏滯阻尼器的連接形式有哪些？
黏滯阻尼器的基本連接形式主要分為兩種：
兩端鉸接：消能部件與銷栓或球鉸等連接件之間的間隙應符合設計文件要求，當設計文件無要求時，間隙不應大于0.3mm；
一端鉸接、一端法蘭連接：阻尼器一段通過通過銷軸與結構梁柱節點連接，另一端通過法蘭盤與阻尼器支撐桿連接。
02黏滯阻尼器能否采用對角連接的支撐形式？
對于無剛性的液體黏滯阻尼器，采用對角支撐時，連接形式應為一端鉸接、一端法蘭連接，兩端鉸接會形成三鉸一線的失穩狀態。
03對角支撐的黏滯阻尼器構造上有何特殊之處？
黏滯阻尼器形式分為兩種：圖（a）：一端具有萬向鉸軸承，一端設置法蘭盤，主要用于對角支撐的布置形式上；圖（b）：兩端具有萬向鉸軸承。
（a）
（b）
參考文獻
陳永祁，馬良喆等. 建筑結構液體黏滯阻尼器的設計與應用. 中國鐵道出版社
往期內容
【01 黏滯阻尼器減震設計篇】建筑消能減震技術規程 JGJ 297-2013應該注意的那些點
【劃重點與簡析】建筑隔震設計標準（GB/T 51408-2021）
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（阻尼元件中也經常在消能減震結構中產生于阻尼耗能，詳情可見推文：）
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在此我們主要討論結構或構件超過彈性極限后的彈塑性耗能。目前，對耗能能力常用的兩項指標為累計耗能和等效黏滯阻尼比，兩者具有不同的特征。累計耗能為滯回曲線的包絡面積，它反映了試件在地震作用下耗散地震能量的能力。等效黏滯阻尼比為滯回曲線包絡面積與其對應的彈性勢能的比值，反映了滯回曲線的飽滿程度，用下式確定：
SABCD為試件滯回曲線包絡面積，SODE和SOBF為在相應加載級上的正負向彈性勢能。
簡單來說，累積耗能為研究對象的耗能總量，等效黏滯阻尼比為研究對象的耗能效率。兩者為兩個不同的概念，累積耗能多的結構等效黏滯阻尼比不一定大，反之，等效黏滯阻尼比大的結構累積耗能不一定多。所以我們在做抗震試驗分析時需要通過這兩個指標對其耗能性能進行綜合評估。
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