建筑消能減震-阻尼器

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1、一、消能減震結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用：利用阻尼器來(lái)消能減震并不是什么新技術(shù)，在航天航空、軍工槍炮等行業(yè)中早已得到應(yīng)用。從20世紀(jì)70年代后，人們開(kāi)始逐步地把這些技術(shù)專用到建筑、橋梁、鐵路等工程中。在美國(guó)，20世紀(jì)80年代開(kāi)始，美國(guó)東西兩個(gè)地震研究中心等單位做了大量試驗(yàn)研究，發(fā)表了幾十篇有關(guān)論文。90年代美國(guó)科學(xué)基金會(huì)和土木工程協(xié)會(huì)組織了兩次大型聯(lián)合，給出了權(quán)威性的試驗(yàn)報(bào)告，供工程師參考。在我國(guó)，1997年，沈陽(yáng)市政府大樓的抗震加固中首次采用了摩擦耗能裝置，其后北京飯店、北京火車站和北京展覽館等多座建筑中應(yīng)用消能減震

2、技術(shù)。在日本，目前已有超過(guò)100多棟的建筑物采用消能減震技術(shù)?，F(xiàn)代高層建筑日益增多，結(jié)構(gòu)受地震和風(fēng)振影響十分明顯，減小結(jié)構(gòu)所受的地震和風(fēng)振反應(yīng)，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。消能減震阻尼器，通過(guò)增加結(jié)構(gòu)阻尼，耗散結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量來(lái)達(dá)到減小結(jié)構(gòu)所受振動(dòng)。（1）“阻尼”是指任何振動(dòng)系統(tǒng)在振動(dòng)中，由于外界作用或系統(tǒng)本身固有的原因引起的振動(dòng)幅度逐漸下降的特性，以此一特性的量化表征。（2）《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010中：2.1.1高層建筑：10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于

3、24米的其他高層民用建筑。（3）《民用建筑設(shè)計(jì)通則》GB50352-2005中：3.1.2建筑高度大于1OOm的民用建筑為超高層建筑。二、阻尼器耗能減震原理：耗能減震的原理可以從能量的角度來(lái)描述。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)：Ei=Er+Ed+Es耗能結(jié)構(gòu)：Ei=Er+Ed+Es+EaEi為地震時(shí)輸入結(jié)構(gòu)的總能量；Er為結(jié)構(gòu)在地震過(guò)程中存儲(chǔ)的動(dòng)能和彈性應(yīng)變能；Ed為結(jié)構(gòu)本身阻尼消耗的能量；Es為結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彈塑性變形吸收的能量；Ea為耗能裝置消耗的能量；（其中Er為能量轉(zhuǎn)換，并不是能量的消耗。）（1）傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中：構(gòu)件在利用其自身彈

4、塑性變形消耗地震能量的同時(shí)，構(gòu)件本身將遭到損傷甚至破壞。（2）在消能減震結(jié)構(gòu)中：耗能（阻尼）裝置在主體結(jié)構(gòu)進(jìn)入耗能狀態(tài)前率先進(jìn)入耗能工作狀態(tài)，耗散大量輸入結(jié)構(gòu)體系的地震、風(fēng)振能量，則結(jié)構(gòu)本身需消耗的能量很少，主體結(jié)構(gòu)反應(yīng)將大大減小，從而有效地保護(hù)了主體結(jié)構(gòu)，使其不再受到損傷或破壞。三、阻尼器的種類：阻尼器種類繁多，我國(guó)將其分為位移相關(guān)型和速度相關(guān)型。(1)位移相關(guān)型阻尼器的耗能與其自身變形和相對(duì)滑動(dòng)位移有關(guān)，常用的有金屬阻尼器和摩擦阻尼器。(2)速度相關(guān)型阻尼器的阻尼特性與加載頻率有關(guān)，常用的有粘滯阻尼器和

5、粘彈性阻尼器。（一）金屬耗能阻尼器一種位移相關(guān)型阻尼器，主要用于減小地震響應(yīng)。利用金屬不同形式的彈塑性滯回變形來(lái)消耗能量。目前已開(kāi)發(fā)和利用的主要有：鋼棒阻尼器、鉛阻尼器、形狀記憶合金、軟鋼阻尼器等。（滯回特性指材料在受外界干擾產(chǎn)生變形時(shí)具有企圖恢復(fù)原有狀態(tài)的抗力的特性。）?加勁阻尼（ADAS）裝置（軟鋼阻尼器）：加勁阻尼（ADAS）裝置是由數(shù)塊互相平行的X形或三角形鋼板通過(guò)定位件組裝而成的耗能減震裝置。安裝在人字形支撐頂部，在地震作用下，框架層間相對(duì)變形引起裝置頂部相對(duì)于底部的水平運(yùn)動(dòng)，使鋼板產(chǎn)生彎曲，利用

6、彈塑性滯回變形耗散地震能量。具有長(zhǎng)期可靠并不受環(huán)境與溫度影響的特點(diǎn)。如圖所示（二）摩擦耗能阻尼器：摩擦耗能器是一種位移阻尼器，主要用于減小地震響應(yīng)。通過(guò)構(gòu)件相對(duì)位移時(shí)產(chǎn)生摩擦做功而耗散能量。目前已有多種不同構(gòu)造的摩擦耗能器，如Pall型摩擦耗能器、摩擦筒制震器等。?Pall型摩擦耗能裝置加拿大學(xué)者A.S.Pall發(fā)明。該裝置為一正方形連桿機(jī)構(gòu)，與x形支撐相連。一種可滑動(dòng)而改變形狀的機(jī)構(gòu)。而摩擦力取決于板間的擠壓力，擠壓力可以通過(guò)松緊板上的高強(qiáng)螺栓來(lái)調(diào)節(jié)。（摩擦節(jié)點(diǎn)板）該裝置按正常使用荷載及小震作用下不發(fā)生滑

7、動(dòng)，而在強(qiáng)烈地震作用下，在主體構(gòu)件尚未發(fā)生屈服現(xiàn)象前，（彈塑性形變分界點(diǎn)）裝置即產(chǎn)生滑移以摩擦功耗散地震能量，達(dá)到消能減震目的。（三）粘彈性阻尼器(VED)粘彈性阻尼器是一種速度相關(guān)型耗能裝置，既可用于減小風(fēng)振也可減小地震作用。1材料：粘彈性材料又稱粘彈性阻尼材料，是一種高分子聚合物，性狀介于有粘性液體和彈性體之間體，具有儲(chǔ)備能量和耗散能量的特性。2構(gòu)造和性能構(gòu)造：(1)自由阻尼層：是在需要減震的結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面直接粘貼或者噴涂粘彈性材料，這樣既能減震又能降噪，同時(shí)還具有裝飾效果。原理：將一層一定厚度的粘彈阻尼

8、材料粘貼或噴涂于基板表面上，當(dāng)基板產(chǎn)生彎曲振動(dòng)時(shí)，阻尼層隨基層一起振動(dòng)，在阻尼層內(nèi)部產(chǎn)生拉壓變形而耗能，從而起到減震降噪的作用。(2)約束阻尼層：是上一種形式的延伸。由約束鋼板和粘彈性材料組成，約束鋼板由兩塊T型和一塊矩形的鋼板及粘彈性材料夾層構(gòu)造而成。粘彈性材料與鋼板的結(jié)合表面的處理方法也隨著材料成分和特性的不同而采取各種方法。其基本形式如圖：原理：粘彈性材料隨約束鋼板往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)粘彈性阻尼材料的剪切變形來(lái)耗