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刘佳丽-洛阳理工学院-教师
概述
减震结构设计无疑要建立带阻尼器的模型，阻尼器建在哪里、用哪种方式建、参数填什么，直接决定了后续反应谱和时程计算的结果是否可信。今天就介绍用盈建科（YJK）软件怎么建立各种类型的阻尼器。
一、建模入口与总体思路
在软件的操作体系中，建模阶段对应模型荷载输入，而减震构件的连接属性则需在前处理及计算模块中完成定义。用户可沿此【前处理及计算】→【特殊构件定义】→【特殊支撑】→【定义连接属性】的路径进入设置界面。
图1 定义连接属性菜单
减震构件在YJK中可经由两条路径建立：其一是成组式建模，将阻尼器及其关联构件打包为整体组件，以参数化方式布置；其二是手动建模，先以斜杆或斜墙形式建立构件，再在前处理阶段将其指定连接单元属性。前者适用于标准化程度较高的快速布置场景，后者则更适合构造复杂或形式特殊的部位，前者应用更广。
二、成组式建模
成组式建模覆盖墙板式、梁式、隔震层阻尼器、人字形等十二种形式。只需设定布置参数即可完成阻尼器定位，组件中以红色标识的部分即为阻尼器本体。
图2 成组式减震器截面类型
以墙板式为例，阻尼器属性统一沿U2方向作用。建模过程中有两个选项值得关注：一为“设置面外转动刚度”，勾选后程序会在R2自由度上自动赋予较大刚度值，从而抑制可能出现的面外局部振型；二为“墙内加撑”，勾选后程序会在上下墙段端部自动生成水平支撑，以削弱阻尼器与墙连接点处抗弯刚度对计算结果的不利影响。墙板式建模建议勾选墙内加撑，并采用刚性杆作为埋设支撑。
图3 墙板式阻尼器模型
三、手动建模
1. 杆件式阻尼器
杆件式建模的做法是先将减震构件按斜杆建立，截面可按真实面积输入。对于屈曲约束支撑等位移型阻尼器，截面宜取芯材截面积，材料类别通常设为钢材。
进入前处理后，对这些斜杆指定其阻尼器的连接属性，这些斜杆会被程序自动替换为阻尼器、Wen单元或其他连接单元。若为屈曲约束支撑，程序还会依据建模截面自动完成强度验算，因此建模截面应与实际芯材截面保持一致。杆式阻尼器的属性一般作用于U1自由度。
2. 墙式阻尼器
墙式阻尼器多适用于黏滞型或金属剪切型。以金属剪切型为例，阻尼器安装于楼层墙体中部。由于YJK不支持在同一直线上布置两道直墙，可采用斜墙与直墙组合的方式处理：下段按直墙输入，但左右节点高度取墙体在楼层中间位置的高度；上段按斜墙输入，底标高取缝隙上方高度。随后在缝隙上下节点间布置斜杆，并在前处理中将其指定为剪切型阻尼器，对于这种墙板式阻尼器，很明显成组式建模要比这种手动建模方便快捷很多。
四、连接属性与参数定义
YJK软件的消能减震单元提供阻尼器麦克斯韦、阻尼器开尔文、塑性单元Wen、屈曲约束支撑四种连接属性。黏滞阻尼器一般选用阻尼器麦克斯韦，按麦克斯韦模型计算；金属剪切阻尼器和屈曲约束支撑可选用塑性单元Wen或屈曲约束支撑，均按Wen模型计算。
图4 连接单元定义
参数分为线性与非线性两部分。线性部分由有效刚度和有效阻尼构成，用于静力工况、反应谱计算及弹性时程中的振型叠加法；非线性部分用于反应谱迭代和时程分析。
有效刚度可对6个自由度分别指定。在线性计算中，非线性参数被忽略；在非线性时程中，FNA法直接依赖有效刚度，因此需填写准确；直接积分法虽不直接依赖有效刚度，但默认瑞利阻尼系数的计算依赖周期，而周期分析基于有效刚度，因此会间接产生影响。
有效阻尼仅用于计算附加阻尼比，与非线性时程分析无关，这是与有效刚度的重要区别。有效阻尼只是中间量，最终目标是得到附加阻尼比供反应谱计算和构件设计使用。
屈曲约束支撑与塑性单元Wen的非线性参数一致，包括刚度K、屈服力KY、屈服后刚度比和屈服指数。刚度对应初始刚度及卸载刚度；屈服力为支撑达到屈服时承担的力；屈服后刚度比为屈服后刚度与初始刚度之比；屈服指数反映屈服前后刚度过渡的平滑程度。
图5 屈曲约束支撑
图6 塑性单元Wen参数
阻尼器麦克斯韦的非线性参数为刚度K、阻尼C和阻尼指数α，采用弹簧与阻尼器串联的Maxwell单元。串联关系意味着弹簧内力与阻尼内力相等。若串联刚度过大，模型会退化为纯阻尼器并导致刚度矩阵出现病态，影响数值稳定性，因此弹簧刚度K与阻尼系数C的比值通常建议控制在100～1000之间。
图7 阻尼器麦克斯韦
金属剪切型可采用Wen单元，黏滞型则采用麦克斯韦单元。建模前需在前处理局部坐标系中确认斜杆的局部坐标轴，以判断属性应作用于U1、U2还是U3。在前处理里面有局部坐标系菜单，可以查看局部坐标系。
图8 前处理局部坐标系
五、结语
减震建模的关键在于三点：选对方式、放对位置、填对参数。成组式建模适合标准化布置，手动建模适合复杂构造；属性方向需依据局部坐标系确定，参数取值要区分线性与非线性、有效刚度与有效阻尼的不同用途。YJK软件提供成组式与手动式两类建模路径，并支持屈曲约束支撑、阻尼器麦克斯韦、塑性单元Wen等多种连接属性，成组式建模更方便快捷。
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