YJK減震設計應用

北京盈建科軟件股份有限公司

1YJK減震結構設計減震結構設計概念布置粘滯消能器結構設計流程布置屈曲約束支撐結構設計流程常見問題匯總3

減震結構設計概念010203消能減震設計指在房屋結構中設置消能器，通過位移相關型或速度相關型消能器提供附加阻尼，消耗輸入的地震能量，達到預期減震要求。減震概念小震下減震效果一般可達5%~30%，中大震下結構層間位移減震效果可達30%左右。減震效果適用范圍：適用范圍廣闊，幾乎沒有限制，適用于鋼筋混凝土結構。減震設計概念減震器剛度—影響結構的周期、內力、位移；減震器阻尼—主要增加減震效果；減震器的非線性屬性；減震設計概念010203位移相關型：位移相關型可以有效的增加結構阻尼比，同時增加結構剛度，因此加入位移相關型消能器后結構的周期變短，阻尼比增加。位移相關型消能器：屈曲約束支撐（BRB）軟鋼剪切消能器摩擦型消能器鉛消能器等效果：消能器對于減小結構的總基底剪力效果有時侯并不顯著，但對于控制結構位移效果顯著。減震設計概念010203速度相關型消能器速度相關型：增加結構的阻尼，不提供剛度，不改變結構周期。速度相關型消能器：黏滯消能器黏彈性消能器效果：通過增加結構的阻尼實現減小結構基底剪力和層間位移的效果。減震設計概念8減震設計概念《建筑消能減震設計規范》JGJ297-2013第4.1.2條第2、3款：2當消能減震結構主體結構處于彈性工作狀態，且消能器處于非彈性狀態時，可將消能器進行等效線性化，采用附加有效阻尼比和有效剛度的振型分解反應譜、彈性時程分析法，也可采用彈塑性時程分析法。3當消能減震結構主體結構進入彈塑性狀態時，應采用靜力彈塑性分析方法或彈塑性時程分析方法；《抗規》12章：當主體結構基本處于彈性工作狀態時，可采用線性分析方法做簡單估算；消能減震結構的阻尼比由主體結構的阻尼比和消能部件附加給結構的有效阻尼比組成；減震設計概念規范規定“一般情況下宜采用靜力彈塑性分析或者彈塑性時程分析方法，但當主體結構構件基本處于彈性工作階段時，可采取彈性分析方法，如基于等價線性化的振型分解反應譜法做簡化估算，主體結構和消能器所處的狀態及適合的分析方法可選下表”。主體結構消能器分析方法彈塑性非線性靜力彈塑性彈塑性時程分析彈塑性線性靜力彈塑性彈塑性時程分析線性非線性振型分解反應譜法彈塑性時程分析線性線性振型分解反應譜法彈性時程分析《建筑消能減震技術規程》3.3.1條文說明：減震設計概念消能減震分析方法不同位置不同地震水準，有效剛度和阻尼如何得到；需采用小震、中震、大震計算；不同地震水準下的耗能、滯回等特性；反應譜計算不可或缺；難點非線性單元，需按動力時程分析計算

布置粘滯消能器結構設計流程布置粘滯消能器設計流程傳統設計流程布置粘滯消能器設計流程推薦設計流程工程概況本工程抗震設防烈度8度，設計基本地震加速度峰值為0.30g，設計地震分組第三組，Ⅱ類場地，場地特征周期0.45秒，采用框架結構形式，樓層數6層，無地下室，總高23米。。運行YJK，對無控原模型進行小震反應譜法計算。此結構是鋼筋混凝土結構，其結構阻尼比為5%查看其層間位移角和位移比對無控原模型進行小震反應譜法計算樓層剪力、配筋對無控原模型進行小震反應譜法計算從以上結果可以看出：1、1-5層層間位移角超限；2、部分梁柱抗剪超限；在進行粘滯消能器設置的設計中，減震目標通常體現為使結構的附加阻尼比達到某一設計值，從而使消能減震結構能夠達到規范的要求。例如混凝土結構不設置阻尼器時結構阻尼比為5%，設置阻尼器后目標阻尼比為21%。樓層剪力減小40%左右；通過試算來完成減震目標的設定。經過多次試算，當該結構阻尼比為21%時，構件不再有超限現象，層間位移角樓層滿足要求。則此確定的減震目標為結構阻尼比提高至21%。無控模型提高結構阻尼比試算，確定減震目標綜上所有構件都不超限，位移比和層間位移角均滿足《抗規》相應要求。所以可以將目標定為結構總阻尼比X和Y均為21%，即消能器附加給結構的附加阻尼比為16%。無控模型提高結構阻尼比試算，確定減震目標目標模型反應譜結果：位移比、位移角、樓層剪力、配筋初步設計有控模型方案（1）建立初設方案模型--初步設計消能器布置數量和位置將原無消能器的模型復制一份，設置為“有控-初設”。初步設定采用筒式流體粘滯阻尼器，結構布置：從底層到頂層，人字形布置，1-3層每層8個，4-5層每層設置7個3初步設計有控模型方案（1）

指定阻尼器單元屬性3注：阻尼系數的單位軟件界面顯示不全，應是kN*(s/m)α；有控模型小震時程法計算進行生成數據+全部計算后，得到反應譜法計算結果。反應譜法計算過程是進行時程計算必須的中間過程；注意結構阻尼比還應按無控模型的填寫，此例為5%4（2）有控模型小震反應譜法計算有控模型小震時程法計算A、在“彈性時程分析”菜單的“人工波生成”對話框上生成一條和規范譜擬合的非常好的人工波；4（3）直接積分時程法計算有效剛度有效阻尼有控模型小震時程法計算直接積分時程法4（3）直接積分時程法計算有效剛度有效阻尼4（3）直接積分時程法計算有效剛度有效阻尼時程結果查看有控模型小震時程法計算在“構件編號”可以查看直接積分時程法計算得有效剛度和阻尼4（3）讀取直接積分法得到的有效剛度和阻尼進行反應譜法計算有控模型小震時程法計算4（3）讀取直接積分法得到的有效剛度和阻尼進行反應譜法計算如果發現某項內容不滿足要求或者有超筋現象，請返回到第3步重新調整消能器布置方案或者調整參數。滿足要求后，此即為最終方案，配筋結果也可作為最終結構設計結果。Wzq中輸出結構阻尼比有控模型小震時程法計算有控模型和無控模型大震彈塑性結果分析5《減震消能減震》JGJ297-2013第4.1.7條：采用靜力彈塑性分析方法時應滿足下列要求：2結構目標位移的確定應根據結構的不同性能來選擇，宜采用結構總高度的1.5%作為頂點位移的界限值；此模型總高度為23m，總高度的1.5%為345mm做為頂點位移的界限值。《建筑消能減震設計規程》JGJ297-2013第6.4.3條：“2消能減震結構的彈性層間位移角限值不應大于現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB50011規定的限值要求”當結構遭遇中大地震時，一般建筑主體結構不再處于彈性階段，而是逐步進入彈塑性階段，故對于中大震的分析應采用彈塑性分析，本例采用YJK的動力彈塑性分析模塊YJK-EP。有控模型和無控模型大震彈塑性結果分析295《建筑消能減震設計規程》JGJ297-2013第6.4.2條：1消能子結構中梁、柱、墻構件宜按重要構件設計，并應考慮罕遇地震作用效應和其他荷載作用標準值的效應，其值應小于構件極限承載力。2、消能子結構中的梁、柱和墻截面設計應考慮消能器在極限位移和極限速度下的阻尼力作用5（1）

YJK彈塑性選地震波及計算參數設定生成數據有控模型和無控模型大震彈塑性結果分析5（2）將子結構設定成不屈服構件生成數據后在“特殊構件”中的“屈服/不屈服項”指定所有子結構的梁柱等構件為不屈服（抗彎、抗剪、軸向可分別設定）構件，材料強度可為標準值或極限值有控模型和無控模型大震彈塑性結果分析5（3）彈塑性分析后，結果查看：耗能、層間位移角、滯回曲線、位移時程曲線等生成數據后在“特殊構件”中的“屈服/不屈服項”指定所有子結構的梁柱等構件為不屈服（抗彎、抗剪、軸向可分別設定）構件，材料強度可為標準值或極限值。有控模型和無控模型大震彈塑性結果分析5（3）彈塑性分析后，結果查看：大震作用下的屈服機制合理性判斷等看各構件及子結構的損傷發展情況：梁端首先有損傷，然后更多的梁端出現損傷，個別的梁端損傷較大，然后柱端出現損傷，符合強柱弱梁屈服機制，而子結構未出現極限承載力破壞。屈服機制合理。有控模型和無控模型大震彈塑性結果分析5（3）彈塑性分析后，結果查看：查看子結構構件大震下的配筋結果程序用紅色字體起提示作用，表明該構件大震彈塑性配筋比小震彈性配筋大有控模型和無控模型大震彈塑性結果分析5（3）彈塑性分析后，結果查看：查看子結構構件大震下的配筋結果構件承載力富余系數的計算有控模型和無控模型大震彈塑性結果分析

布置屈曲約束支撐結構設計流程屈曲約束支撐BRB屈曲約束支撐是位移相關型消能器，能有效提高結構的抗側剛度，且能增加大震下結構的耗能能力，是目前應用最為廣泛的消能減震技術之一，實際工程中，部分工程要求屈曲約束支撐小震下彈性，不屈服，只考慮對結構提供的剛度。也有部分工程要求小震下也發揮屈曲耗能。BRB142設計流程：3建立有控的初步方案結構模型；457有控結構模型大震彈塑性時程計算；無控結構模型進行小震反應譜方法計算；設定消能減震方案；有控結構模型小震時程計算；工程概況某省幼兒園主體結構，3層，高13.6m，設計地震設防烈度8度第2組，設計基本地震加速度為0.20g，場地類別為Ⅱ類，特征周期0.4s。重點設防，乙類建筑。無控結構模型進行小震反應譜方法計1由以上結果可以看出2層的層間位移角較大，超過《抗規》1/550限值要求；無超筋。設定消能減震方案2分析：第一步對無控模型的結果可以看出，無控小震反應譜結果基本滿足規范上抗震要求，可考慮采用在小震彈性且提供剛度減小層間位移、中大震提供耗能的屈曲約束支撐消能器構件。根據無控模型結果確定采用的減震方案，及消能器數量、位置和參數。初設方案：擬采用1-3層均布置相同型號噸位的屈曲約束支撐，參數如下：初始剛度：60000kN/m屈服承載力200kN，極限承載力320kN，屈服后的剛度比0.02，屈服指數5，一字型芯材建立有控結構模型-初步設計3BRB按照斜桿建立，截面類型和尺寸可按照初始剛度進行等效，材料類型設置為5（鋼材），在前處理中指定成屈曲約束支撐屬性后，計算時會被連接單元給取代。程序還自動對其進行強度驗算，此時采用的截面即為建模時的斜撐截面。建立有控結構模型-初步設計3計算參數、連接單元參數設定有控結構模型小震反應譜法計算4將有控模型進行上部結構的“生成數據+全部計算”完成小震下反應譜方法的計算。此結果不是最終的結果，是進行時程計算必須的中間過程。有控結構小震直接積分時程法計算51、生成與規范譜擬合較好的人工地震波有控結構小震直接積分時程法計算52、在直接積分時程法菜單中進行該地震波下的時程計算從以上曲線可以看出，小震下屈曲約束支撐已經進入一定的耗能階段，但是耗能較小，接近彈性狀態。有控結構小震直接積分時程法計算53、結果查看：滯回曲線層間位移最大的2層所在的BRB滯回耗能較大，剛度有所退化，但退化不大，1層和3層的基本處于彈性階段，剛度基本沒有發生退化，接近初始剛度60000kN/m。有控結構小震作用下反應譜法計算6位移比、位移角均比原模型減小且滿足要求；配筋均滿足規范要求。有控結構小震作用下反應譜法計算6屈曲約束支撐的強度應力計算結果。有控結構小震作用下反應譜法計算6有效剛度、有效阻尼查看有控結構小震作用下反應譜法計算6有效剛度:列出所有BRB由直接積分時程法計算出的有效剛度和有效阻尼，有效剛度一般在52000-60000kN/M之間，和前處理設定的非線性初始剛度60000對比，小震下剛度有所退化，但退化非常小，說明在小震時屈曲約束支撐也部分進入了屈服狀態，并開始發揮耗能作用，和第五步的能量曲線結果一致。這些表明屈曲約束支撐在小震下接近彈性狀態。有效阻尼：有效阻尼大多數BRB都是一個較小的數值，一般為0-30之間，和整體結構的阻尼比較是非常小的，可以忽略，這和一般屈曲約束支撐將其有效阻尼參數設置為0是相符的。其中有幾個剛度退化比較嚴重的屈曲約束支撐，其有效阻尼達到300，有的達到900度，說明在小震下已經進入屈曲滯回耗能階段。有控模型和無控模型中大震彈塑性時程分析對比計算71、選波有控模型和無控模型中大震彈塑性時程分析對比計算7結果查看可見大震下，屈曲約束支撐耗能效果比較明顯。有控模型和無控模型中大震彈塑性時程分析對比計算7滯回曲線大震彈塑性下BRB滯回曲線飽滿，屈曲約束支撐都已經進入屈曲耗能階段，最大出力都達到或超過了屈服承載力300kN，2層的屈曲約束支撐最大位移為13.8mm。應查看所有地震波所有BRB滯回曲線，以得到BRB最大出力及彈塑性最大位移，以來判斷廠家提供的材料是否滿足1.2倍最大位移的要求。有控模型和無控模型中大震彈塑性時程分析對比計算7層間位移角對比通過以上對比，布置BRB的有控模型在大震彈塑性下的最大層間位移角有明顯的減小，X向1/74減小到1/92，Y向由1/59減小到1/104。有控模型和無控模型中大震彈塑性時程分析對比計算7樓層剪力對比通過以上對比，布置BRB的有控模型在大震彈塑性下的最大層間位移角有明顯的減小，X向1/74減小到1/92，Y向由1/59減小到1/104。有控模型和無控模型中大震彈塑性時程分析對比計算7大震屈服機制合理性判斷從以上可以得出，結構的破壞，首先是梁端出現了塑性鉸，而后梁端塑性鉸增多，進而少量柱端出現破壞，最后時刻是部分梁端破壞嚴重，個別柱也出現較嚴重的破壞。屈服機制符合性能設計要求。常見問題匯總常見問題匯總1、各種阻尼器的建模方式？連梁阻尼器墻間剪切阻尼器常見問題匯總1、各種阻尼器的建模方式？粘滯阻尼器常見問題匯總1、各種阻尼器的建模方式？防屈曲約束支撐常見問題匯總2、YJK中屈曲約束支撐采用的是什么計算單元模型？——塑性單元Wen模型a.剛度是指屈曲約束支撐的初始剛度及其卸載時的剛度。b.屈服力是指使得屈曲約束支撐達到屈服時，其所承擔的力。其值與雙線性模型曲線拐點處的內力值一致。c.屈服后剛度比是指屈服后剛度與初始剛度的比值。d.屈服指數是Wen單元的一個參數，它表征構件由屈服前剛度過渡到屈服后剛度時的平滑處理程度，當屈服指數無限大時，不做平滑處理，此時Wen模型與雙線性模型一致。當屈服指數越小時，平滑處理的程度就越高。常見問題匯總3、YJK中速度型阻尼器采用的是什么計算單元模型？——Maxwell模型Maxwell模型是彈簧和阻尼串聯的模型。V為整根構件兩端的相對速度。常見問題匯總3、YJK中速度型阻尼器采用的是什么計算單元模型？——Maxwell模型阻尼系數c是一個線性系數，對整個F軸有一個線性縮放的作用。指數系數а會影響曲線的凸凹性，在а為1時為直線。具體見下兩圖，其中阻尼系數C的單位均為kN*(s/m)常見問題匯總5、減震器連接單元的局部坐標系應該如何判定？（1）若定位斜撐是平行于整體坐標Z軸的，那么局部坐標和整體坐標的關系：U1=-ZU2=YU3=X（2）若定位斜撐不平行于Z軸，那么局部坐標系的計算方式為：U1=斜撐軸向U3=U1叉乘整體坐標Z軸U2=U3叉乘U1速度型阻尼器：“阻尼器”連接單元位移型阻尼器：“屈曲約束支撐”或者“塑性單元Wen”4、YJK中不同類型的減震器應選擇的連接單元類型？常見問題匯總6、減震器的有效剛度和有效阻尼是固定值嗎？不是固定值。相同規格的減震器，在同一結構中可能提供不同的剛度和阻尼，因為減震器的有效剛度和有效阻尼與地震波，地震方向，地震波峰值加速度，安裝位置，局部方向都有關系。(1)減震器在小震、中震和大震下提供不同的有效剛度和阻尼

結構底層布置在X方向的某一根屈曲約束支撐（位置如下圖所示）在18cm/s2,70cm/s2,400cm/s2地震峰值加速度下YJK分別計算出的有效剛度和有效阻尼。常見問題匯總常見問題匯總(2)減震器在不同安裝位置提供不同的有效剛度和有效阻尼

從結果中可以看出，盡管頂層與底層的屈曲約束支撐力學參數一致，但處于頂層的屈曲約束支撐在地震作用下，兩端變形較小，導致滯回曲線滯回圈較小，從而相應的耗能也較小。6、減震器的有效剛度和有效阻尼是固定值嗎？常見問題匯總7、

YJK中直接積分法中的有效剛度、有效阻尼是如何計算的？有效剛度的計算式中F和分別為t時刻減震器內力與相對變形，keff為有效剛度。另外軟件同時提供“割線剛度”常見問題匯總7、

YJK中直接積分法的有效剛度、有效阻尼是如何計算的？有效阻尼的計算計算減震器的有效阻尼前，先要計算全程的內能Ein（也即滯回曲線與坐標軸所圍的面積）、構件最終的彈性應變能Eelas。式中kinitial是減震器的彈性剛度，Ffin是減震器最終時刻的受力。另外軟件同時提供“割線阻尼”選項。常見問題匯總8、

屈曲約束支撐的有效剛度、有效阻尼應該如何填寫？一般而言，隨著地震波加速度的增大，屈曲約束支撐由于會更多的進入屈服段，會導致其有效剛度有減小趨勢，而同時滯回曲線更加飽滿，所以其有效阻尼應有增大的趨勢。但是并沒有絕對大小的關系，不一定有效剛度越小的屈曲約束支撐，有效阻尼越大。小震下，BRB處于彈性狀態，有效剛度可以填成初始剛度，有效阻尼可以填0。中震大震下，BRB開始屈服耗能，其有效剛度填寫成一個處于除濕剛度和屈服后剛度之間的值，有效阻尼不應該是0。常見問題匯總9、YJK對于非地震荷載工況的初始剛度是怎么考慮的？軟件僅在地震計算工況下，對減震器單元采用讀入的直接積分法時程計算的有效剛度和阻尼對于非連梁折減模型的非地震工況，不采用這個有效剛度和阻尼。對于恒活風等的非地震荷載工況，軟件對減震構件的有效剛度，仍采用該減震構件參數中的非線性參數中的剛度，而對于阻尼，仍采用其他非減震構件同樣的阻尼。常見問題匯總10、直接積分法計算有效剛度、有效阻尼時，應選擇什么樣的地震，計算結果能更合理？建議生成一條和規范譜擬合的非常好的人工波。可以在“彈性時程”模塊中的“人工波生成”功能來生成。11、減震器的內力滯回曲線尖銳線較多，不夠平滑，其有效剛度等值也不合理，該怎么解決？因為直接積分法或者動力彈塑性的積分步長有點長，建議將步長減小，例如由0.02s減小到0.001s，計算時間稍長，但是結果會更加合理。常見問題匯總通過構件的內力滯回曲線可以看到所需的最大出力、最大位移值，豎軸為作用力（kN）、水平軸為位移值（m）。在BRB