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减隔震设计:粘滞阻尼器阻尼系数的单位换算与串联刚度的取值

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粘滞阻尼器国际通用的模型是MAXWELL模型,它是弹簧单元和阻尼单元的串联模型。

减隔震设计:粘滞阻尼器阻尼系数的单位换算与串联刚度的取值

其中阻尼单元产生的阻尼力采用业界广泛采用的模型为美国Taylor公司提出的F=CVexp本构模型,在大多数情况下采用阻尼指数exp<1的非线性粘滞阻尼器,因而阻尼系数C的单位是带指数的,减震厂家一般采用KN(s/mm)exp,YJK统一用国际单位KN(s/m)exp,如下:

减隔震设计:粘滞阻尼器阻尼系数的单位换算与串联刚度的取值
这两者之间的换算关系要特别注意,不是简单的1000倍,而是和阻尼指数相关的如下关系:

KN(s/m)exp = KN(s/mm)exp x 1000exp

比如厂家给出的阻尼指数exp=0.25,阻尼系数C=50KN(s/mm)0.25,则YJK所填入的阻尼系数C【KN(s/m)0.25】换算关系如下:

减隔震设计:粘滞阻尼器阻尼系数的单位换算与串联刚度的取值
另外,串联弹簧的初始刚度K实际是粘滞液体的压缩刚度与装置刚度的串联,一般为有限值,需要通过试验测得,建筑隔震及消能减震技术规程(DG/TJ 08-2326-2020/J 15292-2020)5.5.5条明确提出产品性能中应给出初始刚度,并在附录B中建议采用正弦激励法,按照输入位移D=Asin(2πf1t)来控制试验机的加载,其中f1为结构基频。

减隔震设计:粘滞阻尼器阻尼系数的单位换算与串联刚度的取值
减隔震设计:粘滞阻尼器阻尼系数的单位换算与串联刚度的取值
当没有试验数据时,一般根据初始刚度K与阻尼系数C的正比关系,取K为阻尼系数C的β倍。对于常见的粘滞流体阻尼器VFD,阻尼指数exp在0.15~0.4的范围内,当K和C中长度量纲都取mm时,常见的β可取2~4,当K和C中长度量纲都取YJK的m时,常见的β可取200~1000;对于常见的粘滞阻尼墙VFW,阻尼指数exp在0.35~0.5的范围内,当K和C中长度量纲都取mm时,常见的β可取7~10,当K和C中长度量纲都取YJK的m时,常见的β可取600~1000,不同单位之间β的换算关系如下:

β[长度量纲m]=β[长度量纲mm] x 10001-exp

需要注意的是,在结构正常的阻尼系数范围内,串联刚度越大,减震器耗能越多,附加阻尼比也越大,K值超过实际值较多会过高估计结构的阻尼比,所以串联刚度的取值需要引起重视。

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