建筑结构|该如何考虑阻尼比的取值?

百科   2024-11-16 10:41   北京  
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如果说抗规小震设计实则是考虑性能系数的中震设计之争只为辨明是非,对设计本身并无影响的话,那由此带来的对阻尼比的认识则对抗震设计影响相当大,这也使得抗规在抗震设计的路上与国际主流规范渐行渐远。

结构反应非线性耗能用黏滞阻尼来表示,此时考虑了结构构件弹性阶段的耗能包括混凝土构件开裂、塑性阶段的耗能包括混凝土或钢结构的构件截面屈服。

由结构一个滞回所耗散的能量等于黏滞阻尼耗散的能量(如上图,引自“结构动力学”,Anil K. Chopra著),由此可得到等效阻尼比。

下表为一图书馆的阻尼比情况,结构为混凝土结构,选自“结构动力学”,Anil K. Chopra著。由激振器产生的激振使结构处于弹性状态,得到阻尼比在1.5%左右。强震下结构进入塑性,等效阻尼比4%左右。

下图给出了处于各种应力水平的结构的建议的阻尼比,选自“结构动力学”,Anil K. Chopra著。对于抗震设计,要选用进入弹塑性阶段的阻尼比。在用反应谱法进行地震承载力验算时,对于混凝土结构和钢结构,美标通常采用5%的振型阻尼比就是这个道理。

进行动力弹塑性时程分析时,仅考虑线性部分的阻尼比,非线性部分直接由滞回耗能考虑。洛杉矶高规(2014)规定进行动力弹塑性时程计算,阻尼比取2.5%。

89抗规沿用了78抗规的做法,反应谱计算时钢结构和混凝土结构阻尼比均取0.05,即反应谱值不随阻尼比调整,这可理解为89抗规的小震设计考虑了钢结构的塑性耗能,实为考虑性能系数的中震设计。但到01抗规对于混凝土结构和钢结构采用了不同的结构阻尼比,混凝土结构仍取0.05,钢结构(多遇地震下)的阻尼比对不超过12层的采用0.035,对超过12层的采用0.02。这可理解为自01抗规,抗规真把自己当小震设计了。10抗规(16版)对钢结构的阻尼比有所调整,多遇地震下高度不大于50m时可取0.04; 高度大于50m且小于200m时,可取0.03; 高度不小于200m时,宜取0.02。可以看出,10抗规(16版)对钢结构阻尼比虽然有所增大,但无论从概念上讲还是从实际效果上看都是不够的,一句话,抗规还是认为自己是小震设计。

抗规的这一小震设计思路使得大家一心一意地讨论结构的弹性阻尼比,从钢结构到混凝土结构总觉得取的都大。如果按小震弹性思维阻尼比混凝土0.05、钢结构0.02当然取大了。看看风舒适度计算,阻尼比混凝土结构0.02、钢结构0.01,所以小震思维的阻尼比怎么看着都大。但如果换一个思路认为小震设计实际上是考虑性能系数的中震设计就不一样了。由于结构构件进入塑性耗能的那部分等效阻尼使得反应谱计算无论混凝土结构还是钢结构都能撑起5%的阻尼比,虽然相对于钢结构来说,混凝土结构在弹性段对阻尼比的贡献会大些,但那只是不超过0.01的量级,相比塑性耗能近5%的量级不值多提,因而美标将反应谱计算混凝土和钢结构均采用5%的阻尼比是有其道理的。

抗规自01抗规对于阻尼比的理解和取值,不但淹没了其小震设计实为考虑性能系数的中震设计的内涵,也使钢结构的地震反应在考虑阻尼比这一项算大不少。这两个问题的叠加使得抗规在抗震设计的路上距国际主流标准渐行渐远。

来源: DS结构工作室

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