近年來隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，高層、超高層建筑越來越多，體量越來越大。巨型結(jié)構(gòu)體系就是為適應(yīng)高層及超高層建筑發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型結(jié)構(gòu)體系。研究結(jié)果表明，在普通地震動作用下，這類結(jié)構(gòu)經(jīng)過合理的設(shè)計或者施加減震裝置，能有效的減小主結(jié)構(gòu)及子結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，具有很好的工程應(yīng)用價值，但是在研究過程中忽視了常規(guī)粘滯阻尼器的最大阻尼力有限的問題。旋轉(zhuǎn)慣容阻尼器（RID, Rotation Inertia Damper）是由Hwang等人于2007年提出，它的工作機理為：通過滾軸絲杠等構(gòu)件將直線運動轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動運動，當(dāng)進(jìn)行合理設(shè)計后可以起到位移放大作用，使更多的能量在管腔室內(nèi)的阻尼材料作用下進(jìn)行耗散。因此，相比于常規(guī)的粘滯阻尼器，旋轉(zhuǎn)慣容阻尼器具有實際物理質(zhì)量小，但能提供較大阻尼力的特點。

鑒于此，本文提出將RID附加到巨-子結(jié)構(gòu)體系，形成RID-巨-子結(jié)構(gòu)消能控制體系，并進(jìn)一步研究該新型消能體系的動力特性和減震性能。通過建立RID-巨-子結(jié)構(gòu)消能控制體系的振動微分方程，分析RID參數(shù)( 等效質(zhì)量和等效阻尼系數(shù)) 對系統(tǒng)動力特性的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，從結(jié)構(gòu)時程響應(yīng)及隨機響應(yīng)兩個方面研究該新型巨-子結(jié)構(gòu)消能控制體系的減震性能。研究結(jié)果表明：RID參數(shù)會對系統(tǒng)的自振頻率和阻尼比產(chǎn)生不同的影響。RID-巨-子結(jié)構(gòu)消能控制體系相對于巨-子結(jié)構(gòu)抗震體系而言，能有效地減小結(jié)構(gòu)體系在地震激勵下響應(yīng)。所得研究成果可為巨型結(jié)構(gòu)體系的減震設(shè)計提供建議。

圖3  新型巨-子結(jié)構(gòu)消能控制體系的簡化分析模型

上述研究成果已于近期在EI期刊《振動與沖擊》上發(fā)表。（李祥秀, 劉愛文, 劉良坤, 等. 新型巨-子結(jié)構(gòu)消能控制體系的動力特性及減震性能研究[J]. 振動與沖擊, 2021, 40(3):187-194. doi: 10.13465/j.cnki.jvs.2021.03. 025.）

研究成果受國家重點研發(fā)計劃“海域地震區(qū)劃關(guān)鍵技術(shù)研究”(2017YFC1500400)；國家自然科學(xué)基金“強震近斷層地震動作用下巨-子結(jié)構(gòu)隔震體系的性態(tài)研究”(51608491)；中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)費專項“長周期地震動下RID-巨-子結(jié)構(gòu)消能控制體系減震性能研究”(DQJB19B43)資助。

【作者簡介】

李祥秀博士，女，1987年生，現(xiàn)為地球所強震動地震學(xué)研究室(二室)副研究員。研究方向為結(jié)構(gòu)振動控制及結(jié)構(gòu)的減震與隔震。目前在巨-子結(jié)構(gòu)減隔震體系的動力特性、減震機理、地震易損性及振動臺試驗等方面做出了創(chuàng)新性成果。