建筑消能減震-阻尼器

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1、一、消能減震結構的發(fā)展與應用:利用阻尼器來消能減震并不是什么新技術,在航天航空、軍工槍炮等行業(yè)中早已得到應用。從20世紀70年代后,人們開始逐步地把這些技術專用到建筑、橋梁、鐵路等工程中。在美國,20世紀80年代開始,美國東西兩個地震研究中心等單位做了大量試驗研究,發(fā)表了幾十篇有關論文。90年代美國科學基金會和土木工程協(xié)會組織了兩次大型聯(lián)合,給出了權威性的試驗報告,供工程師參考。在我國,1997年,沈陽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用消能減震

2、技術。在日本,目前已有超過100多棟的建筑物采用消能減震技術?,F(xiàn)代高層建筑日益增多,結構受地震和風振影響十分明顯,減小結構所受的地震和風振反應,成為結構設計的一個重要方面。消能減震阻尼器,通過增加結構阻尼,耗散結構的振動能量來達到減小結構所受振動。(1)“阻尼”是指任何振動系統(tǒng)在振動中,由于外界作用或系統(tǒng)本身固有的原因引起的振動幅度逐漸下降的特性,以此一特性的量化表征。(2)《高層建筑混凝土結構技術規(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)《民用建筑設計通則》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描述。傳統(tǒng)結構:Ei=Er+Ed+Es耗能結構:Ei=Er+Ed+Es+EaEi為地震時輸入結構的總能量;Er為結構在地震過程中存儲的動能和彈性應變能;Ed為結構本身阻尼消耗的能量;Es為結構產(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為能量轉換,并不是能量的消耗。)(1)傳統(tǒng)結構中:構件在利用其自身彈

4、塑性變形消耗地震能量的同時,構件本身將遭到損傷甚至破壞。(2)在消能減震結構中:耗能(阻尼)裝置在主體結構進入耗能狀態(tài)前率先進入耗能工作狀態(tài),耗散大量輸入結構體系的地震、風振能量,則結構本身需消耗的能量很少,主體結構反應將大大減小,從而有效地保護了主體結構,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,我國將其分為位移相關型和速度相關型。(1)位移相關型阻尼器的耗能與其自身變形和相對滑動位移有關,常用的有金屬阻尼器和摩擦阻尼器。(2)速度相關型阻尼器的阻尼特性與加載頻率有關,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型阻尼器,主要用于減小地震響應。利用金屬不同形式的彈塑性滯回變形來消耗能量。目前已開發(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)生變形時具有企圖恢復原有狀態(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,框架層間相對變形引起裝置頂部相對于底部的水平運動,使鋼板產(chǎn)生彎曲,利用

6、彈塑性滯回變形耗散地震能量。具有長期可靠并不受環(huán)境與溫度影響的特點。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。通過構件相對位移時產(chǎn)生摩擦做功而耗散能量。目前已有多種不同構造的摩擦耗能器,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者A.S.Pall發(fā)明。該裝置為一正方形連桿機構,與x形支撐相連。一種可滑動而改變形狀的機構。而摩擦力取決于板間的擠壓力,擠壓力可以通過松緊板上的高強螺栓來調節(jié)。(摩擦節(jié)點板)該裝置按正常使用荷載及小震作用下不發(fā)生滑

7、動,而在強烈地震作用下,在主體構件尚未發(fā)生屈服現(xiàn)象前,(彈塑性形變分界點)裝置即產(chǎn)生滑移以摩擦功耗散地震能量,達到消能減震目的。(三)粘彈性阻尼器(VED)粘彈性阻尼器是一種速度相關型耗能裝置,既可用于減小風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,具有儲備能量和耗散能量的特性。2構造和性能構造:(1)自由阻尼層:是在需要減震的結構構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,當基板產(chǎn)生彎曲振動時,阻尼層隨基層一起振動,在阻尼層內部產(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造而成。粘彈性材料與鋼板的結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運動,通過粘彈性阻尼材料的剪切變形來耗

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