不同基體材料粘彈性阻尼器的試驗研究

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1、第一章緒論2.1前言地震是一種不可預知的、破壞性極強的自然災害現(xiàn)象,我國是世界上地震災害最嚴重的國家之一,近些年來在我國所發(fā)生的地震帶來了慘痛的災難和巨大的經(jīng)濟損失。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,各種新型、復雜的高層建筑、公共建筑、大跨度橋梁等拔地而起,地震所導致的各種人員和財產(chǎn)損失也更大,我國的防震減災能力面臨著更大的考驗,因此開展土木工程結(jié)構抗震技術的研究具有重要戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)土木工程結(jié)構抗震設計方法的思想是通過增強結(jié)構的承載力和變形來抵抗地震,通過結(jié)構主體構件的開裂損壞吸收地震能量。然而由于地震的隨機性

2、,準確估算其強度和特性往往是不可能實現(xiàn)的,依據(jù)傳統(tǒng)土木工程抗震方法設計的結(jié)構有可能無法滿足安全性要求,甚至發(fā)生破壞和倒塌。針對以上傳統(tǒng)抗震方法的不足,結(jié)構振動控制通過對結(jié)構安裝抗震裝置,在地震作用下抗震裝置和結(jié)構協(xié)同工作,吸收并耗散地震能量,這是一種更為有效的抗震設計方法。華裔學者姚治平在1972年將控制技術引入土木工程,并首次提出了結(jié)構振動控制的概念【1】。隨后近40年來,結(jié)構振動控制技術在土木工程領域的理論和實踐發(fā)展證明了其在結(jié)構抗震抗風領域的潛力。結(jié)構振動控制可分為被動控制、智能控制和混合控制。被

3、動控制通過在結(jié)構的某些部位附加控制裝置,或?qū)Y(jié)構的某些構件作構造上的處理,從而改變結(jié)構體系的動力特性。這些控制裝置和構造的處理也使得結(jié)構耗散或轉(zhuǎn)移振動能量,阻止振動在結(jié)構體系內(nèi)部傳播。被動控制系統(tǒng)構造簡單、造價低廉、易于維護且無需外部能源支持,基礎隔震、耗能減震和吸振減震等是目前常用的被動控制技術,而這其中粘彈性阻尼器是一種典型的被動減震控制裝置。智能控制又可以分為主動控制和半主動控制。主動控制需要外部能源,應用現(xiàn)代控制理論,對輸入地震動和結(jié)構反應進行實時觀測和計算分析,計算結(jié)果通過伺服加力裝置并以結(jié)構

4、控制力的形式反饋給結(jié)構,自動調(diào)控結(jié)構在地震作用下的響應,以達到保護結(jié)構免遭損傷的目的。主動控制裝置主要有主動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)(AⅣD)、主動支撐系統(tǒng)(ABS)、主動拉索系統(tǒng)(ATS)、氣體脈沖發(fā)生器控制系統(tǒng)(PG)和主動空氣動力擋風板控制系統(tǒng)(ADA)等【2】。半主動控制則屬于參數(shù)控制,其工作狀態(tài)通過主動控制機構調(diào)節(jié)并使得結(jié)構參數(shù)最優(yōu)化,從而保證結(jié)構控制狀態(tài)的最優(yōu)化。目前,半主動控制系統(tǒng)主要有:可變阻尼系統(tǒng)(A、17D)、可變剛度系統(tǒng)(AvS)、可控(電流變或磁流變)液體阻尼器、主動調(diào)諧參數(shù)質(zhì)量阻尼系統(tǒng)(A

5、1附D)和可控摩擦式隔振系統(tǒng)等【2】?;旌峡刂苿t是主動控制裝置和被動控制系統(tǒng)在同一結(jié)構上共同工作,被動控制系統(tǒng)用來耗散振動能量而主動控制系統(tǒng)則用來保證控制效果。目前混合控制系統(tǒng)主要有以下幾種:主動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)(舳)與調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)(n仍)或調(diào)諧液體阻尼系統(tǒng)(ⅡD)相結(jié)合的混合控制、主動控制與基礎隔震相結(jié)合的混合控制和主動控制與耗能減震裝置相結(jié)合的混合控制等【2】o東南大學碩士學位論文2.2粘彈性阻尼減震技術研究現(xiàn)狀典型粘彈性阻尼器構造如圖1-1所示,由兩側(cè)的約束鋼板層和中間的粘彈性材料層構成。兩側(cè)的鋼

6、板主要起著約束和限制粘彈性層運動方向的作用,粘彈性材料是粘彈性阻尼器的核心構件,地震作用下粘彈性材料會發(fā)生反復剪切變形并耗散能量,從而減輕地震作用,減小結(jié)構動力反應,保護主體結(jié)構安全。粘彈性阻尼器是一種典型的被動控制裝置,下文從粘彈性材料、粘彈性阻尼器和粘彈性阻尼減震結(jié)構等三方面對研究現(xiàn)狀進行綜述。圖卜1粘彈性阻尼器2.2.1粘彈性材料在國外,美國、日本和西歐等發(fā)達國家已經(jīng)研制出不同種類、滿足不同工程需要的粘彈性材料并形成標準化生產(chǎn)。美國的3M公司,英國的CmA.GEIGY公司、德國的Bayer公司和日

7、本的聚氨酯工業(yè)株式會社等【3】都研制了滿足不同使用環(huán)境的系列化產(chǎn)品。2004年,H匈ime【4】等制備了碳纖維復合阻尼材料,該材料具有較優(yōu)異的阻尼性能且硬度較高。2006年,美國3M公司【5】研制了丙烯酸聚酯基體的粘彈性材料,并對由該材料制成的粘彈性阻尼器進行了性能試驗研究。2007年,M.Patri等【6】利用互穿聚合物網(wǎng)絡改性技術制備了sBR脅偶dA(聚甲基丙烯酸甲酯)聚合物,與SBR硫化膠相比該聚合物阻尼溫域得到拓寬,阻尼峰值明顯增大。2009年,Rez∞i等【7】采用熔融共混法和熱壓技術制各了碳

8、纖維增強型聚丙烯復合材料,實驗結(jié)果表明碳纖維長度的增加有利于阻尼性能的提高。2011年,M嘲yuk等【8】采用共混改性技術,將苯乙烯、丁二烯共聚乳液與丙烯酸酯乳液、乙烯.乙酸乙烯酯乳液等共混,制各了復合阻尼材料,該復合阻尼材料具有較高的強度和優(yōu)越的阻尼性能。2011年,U硒r糊等【9】將單丙烯?;舛说谋┧岫□ヮA聚物與雙丙烯酰基封端的丙烯酸丁酯預聚物共聚制備了具有大量懸垂鏈的聚丙烯酸丁酯(PBA)彈性體,并發(fā)現(xiàn)懸垂鏈的分子運動產(chǎn)生了一個新

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