玩转SAUSAGE——模拟自由振动试验测阻尼比

跟巫博士（巫振弘）闲聊，他问：“能不能用SAUSAGE模拟自由振动试验测阻尼比呢？”是哦，不错的主意，数值试验也是一种方法啊，回到办公室，赶紧试了一下。

1、抗震结构自由振动实验

选取某53层框剪结构，如图1所示，施加加速度脉冲，峰值为220cm/s²，持时2s，总加载时长30s，如图2所示，采用振型阻尼，阻尼比取5%，进行弹性时程分析，输出图1红圈标注的节点位移时程曲线，如图3所示。

图1  框剪结构

图2 加速度脉冲

图3 阻尼比为5%时顶点位移时程曲线

如果将顶点自由振动衰减看作单自由度体系自由振动，我们可以根据振幅指数衰减规律计算体系的阻尼比，在小阻尼时（ξ＜20%），

         （公式1）

取图3中红圈标识的两个峰值点u_i=1.412m，u_i+j=0.197m， j=6，代入公式1得ξ≈5.22，与初始设置阻尼比5%相近。

图4  阻尼比为0时顶点位移时程曲线

将初始振型阻尼比设为0，重新分析得顶点位移时程曲线如图4所示，节点位移幅值基本无衰减，可见SAUSAGE数值模拟是可靠的。

 

2、减震结构自由振动试验

选取某34层剪力墙结构，如图5所示，每层布置6个墙式剪切型阻尼器，如图6所示，施加加速度脉冲，峰值为400cm/s²，持时2s，总加载时长50s，采用振型阻尼，阻尼比取5%，进行弹性时程分析，输出图5红圈标注的节点位移时程曲线，如图7所示。

图5 减震结构

图6 减震结构标准层

图7 阻尼比为5%时顶点位移时程曲线

取图7中红圈标识的两个峰值点，u_i=0.829m，u_i+j=0.091m， j=6，代入公式1得ξ≈5.87%，扣除初始阻尼比5%，阻尼器附加阻尼比为0.87%。

根据能量图计算阻尼器的附加等效阻尼比为0.8%，如图8所示，可见两种方法得到的阻尼比相差不大。

图8 能量图及附加等效阻尼比

将初始振型阻尼比设为0，重新分析得顶点位移时程曲线如图9所示，取图9中红圈标识的两个峰值点，u_i=1.135m，u_i+j=0.626m， j=12，代0.79%。

图9  阻尼比为0时顶点位移时程曲线

由以上分析可见，在顶点振动可以近似看作单自由度体系振动的情况下，可以根据自由振动顶点位移曲线衰减规律计算结构阻尼比，该方法快捷可靠。

参考文献

[1] 巫振弘，薛彦涛，王翠坤，高杰，程小燕. 多遇地震作用下消能减震结构附加阻尼比计算方法[J]. 建筑结构学报. 第34卷第12期,  2013年12月.