粘滞阻尼器是一种速度型阻尼器，其通过阻尼器中的粘性介质（硅油）与阻尼器结构部件相互作用来耗散地震能量。粘滞阻尼器具有如下一些基本特点：
（1）滞回曲线饱满，耗能能力比较强。
（2）只提供阻尼而不提供附加刚度，因而不会改变结构的基本自振周期。
（3）适用性好，微小变形条件下即可耗能。由于以上一些优点，粘滞阻尼器被广泛应用于新建或已有尊龙凯时的抗风、抗震及加固改造。
在软件中模拟粘滞阻尼器时一般有两种力学模型，分别是Kelvin模型和Maxwell模型，两种模型的示意图如图1所示。Maxwell模型中阻尼单元与弹簧单元串联，一般将弹簧单元刚度设为大值。Kelvin模型中阻尼单元与弹簧单元并联，模型中的输出力是二者之和，一般将弹簧刚度设为小值。
图1 Maxwell模型与Kelvin模型示意图
下文将针对在SAUSG软件中模拟粘滞阻尼器时需要注意的一些问题进行介绍。
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参数定义方向
用户可以在U1、U2、U3、R1、R2、R3六个方向定义阻尼器参数（图2）。一般情况下阻尼器都是在平动方向耗能，因而一般定义在U1、U2和U3三个平动方向（对应阻尼器局部坐标系为1、2、3）。其中U1为轴向，U2和U3为剪切方向。对于BRB这种轴向耗能的装置，可以直接定义到U1方向。对于剪切型阻尼器，需要首先明确阻尼器是在哪个方向上耗能。用户可以打开显示坐标系按钮
，如图3所示，阻尼器应该在3轴方向上耗能，则其参数应该定义到U3方向。如果阻尼器方向定义错误，可能会导致最终阻尼器不耗能。
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线性参数
阻尼器的线性参数包含有效刚度和有效阻尼，主要用于竖向加载分析、最大频率分析以及模态分析。进行时程分析时，只有当用户勾选“减隔震构件弹性”时才会按照线性参数计算，否则无论进行弹性时程分析还是弹塑性时程分析，阻尼器均采用非线性参数进行计算。
对于粘滞阻尼器，不论是Maxwell模型还是Kelvin模型，由于其不给主体结构提供刚度，因而有效刚度均应输入为0。进行初始分析时不需要考虑有效阻尼，因而也可以输入为0。
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非线性参数
速度型阻尼器的非线性参数包括阻尼系数、阻尼指数以及刚度三个参数。其中，阻尼系数和阻尼指数均可由厂家提供，且与选择何种模型无关，因而此处重点对刚度如何设置进行说明。采用Kelvin模型时，弹簧刚度一般设置为小值，或者直接输入0。采用Maxwell模型时，阻尼器的刚度应输入为大值，但如果刚度过大可能导致计算发散。一般经验上输入为阻尼系数的100-1000倍。
下文对同一模型中Maxwell模型的刚度分别设置为阻尼系数的100倍、1000倍以及106kN/m（图4）时，将其能量图以及滞回曲线与Kelvin模型进行对比（图5~图6）。可见当刚度取为阻尼系数的1000倍时，能量图、附加阻尼比以及滞回曲线与Kelvin模型比较接近，且继续增大刚度时阻尼器耗能及滞回曲线变化不大。
图4 阻尼器非线性参数定义
图5 Kelvin模型 能量图及滞回曲线
图6 Maxwell模型能量图及滞回曲线
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计算方法的选择
对减震结构进行分析时，主要采用快速非线性分析（FNA）方法以及修正的中心差分格式两种方法（图7）。其中快速非线性分析方法主要适用于主体结构弹性仅减隔震装置进入非线性的情况。这种方法计算速度较快，一般应用于减震结构小震或中震附加阻尼比的计算。但也要注意由于FNA方法本质上是一种振型叠加方法，因而计算时需要考虑足够的振型数才能保证计算结果准确。
修正的中心差分格式是一种直接积分方法，适用于减隔震装置非线性同时主体结构进入弹塑性的情况，主要用于减震结构的大震弹塑性分析。
图7 动力时程分析工况
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计算步长的设置
计算步长会对计算结果的稳定性产生影响。SAUSG软件采用显式方法求解动力学方程式时，要求计算步长
。如果采用FNA方法计算，则Tn为最高阶振型的周期。如果采用修正的中心差分方法，则Tn为通过最大频率分析得到的最小周期。
采用Kelvin模型时，由于阻尼器刚度为0，无法准确计算其最小周期，因而程序自动设置的计算步长可能不满足要求。如下图所示，当能量图中总能量（能量误差）偏离坐标轴（图8），阻尼器滞回曲线偏离坐标轴或者出现上下震荡的情况（图10~图11）时，均表明计算结果已经发散，需要缩短步长重新计算。当采用修正的中心差分格式时，计算步长可能需要调整到1x10-5s或者更小，这样会导致计算时间成倍增加，因而模拟速度型阻尼器时，推荐采用Maxwell模型。
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总结
粘滞阻尼器已经广泛应用于尊龙凯时结构减震设计，本文主要针对采用SAUSG软件模拟粘滞阻尼器时需要注意的一些问题进行说明。
京公网安备 11010202010023号
