不同基體材料粘彈性阻尼器的試驗(yàn)研究

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1、第一章緒論2.1前言地震是一種不可預(yù)知的、破壞性極強(qiáng)的自然災(zāi)害現(xiàn)象,我國(guó)是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一,近些年來(lái)在我國(guó)所發(fā)生的地震帶來(lái)了慘痛的災(zāi)難和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,各種新型、復(fù)雜的高層建筑、公共建筑、大跨度橋梁等拔地而起,地震所導(dǎo)致的各種人員和財(cái)產(chǎn)損失也更大,我國(guó)的防震減災(zāi)能力面臨著更大的考驗(yàn),因此開(kāi)展土木工程結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)的研究具有重要戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的思想是通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載力和變形來(lái)抵抗地震,通過(guò)結(jié)構(gòu)主體構(gòu)件的開(kāi)裂損壞吸收地震能量。然而由于地震的隨機(jī)性

2、,準(zhǔn)確估算其強(qiáng)度和特性往往是不可能實(shí)現(xiàn)的,依據(jù)傳統(tǒng)土木工程抗震方法設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)有可能無(wú)法滿(mǎn)足安全性要求,甚至發(fā)生破壞和倒塌。針對(duì)以上傳統(tǒng)抗震方法的不足,結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)安裝抗震裝置,在地震作用下抗震裝置和結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)方法。華裔學(xué)者姚治平在1972年將控制技術(shù)引入土木工程,并首次提出了結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的概念【1】。隨后近40年來(lái),結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的理論和實(shí)踐發(fā)展證明了其在結(jié)構(gòu)抗震抗風(fēng)領(lǐng)域的潛力。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制可分為被動(dòng)控制、智能控制和混合控制。被

3、動(dòng)控制通過(guò)在結(jié)構(gòu)的某些部位附加控制裝置,或?qū)Y(jié)構(gòu)的某些構(gòu)件作構(gòu)造上的處理,從而改變結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力特性。這些控制裝置和構(gòu)造的處理也使得結(jié)構(gòu)耗散或轉(zhuǎn)移振動(dòng)能量,阻止振動(dòng)在結(jié)構(gòu)體系內(nèi)部傳播。被動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、易于維護(hù)且無(wú)需外部能源支持,基礎(chǔ)隔震、耗能減震和吸振減震等是目前常用的被動(dòng)控制技術(shù),而這其中粘彈性阻尼器是一種典型的被動(dòng)減震控制裝置。智能控制又可以分為主動(dòng)控制和半主動(dòng)控制。主動(dòng)控制需要外部能源,應(yīng)用現(xiàn)代控制理論,對(duì)輸入地震動(dòng)和結(jié)構(gòu)反應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)和計(jì)算分析,計(jì)算結(jié)果通過(guò)伺服加力裝置并以結(jié)構(gòu)

4、控制力的形式反饋給結(jié)構(gòu),自動(dòng)調(diào)控結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng),以達(dá)到保護(hù)結(jié)構(gòu)免遭損傷的目的。主動(dòng)控制裝置主要有主動(dòng)質(zhì)量阻尼系統(tǒng)(AⅣD)、主動(dòng)支撐系統(tǒng)(ABS)、主動(dòng)拉索系統(tǒng)(ATS)、氣體脈沖發(fā)生器控制系統(tǒng)(PG)和主動(dòng)空氣動(dòng)力擋風(fēng)板控制系統(tǒng)(ADA)等【2】。半主動(dòng)控制則屬于參數(shù)控制,其工作狀態(tài)通過(guò)主動(dòng)控制機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)并使得結(jié)構(gòu)參數(shù)最優(yōu)化,從而保證結(jié)構(gòu)控制狀態(tài)的最優(yōu)化。目前,半主動(dòng)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(dòng)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】。混合控制則是主動(dòng)控制裝置和被動(dòng)控制系統(tǒng)在同一結(jié)構(gòu)上共同工作,被動(dòng)控制系統(tǒng)用來(lái)耗散振動(dòng)能量而主動(dòng)控制系統(tǒng)則用來(lái)保證控制效果。目前混合控制系統(tǒng)主要有以下幾種:主動(dòng)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(dòng)控制與基礎(chǔ)隔震相結(jié)合的混合控制和主動(dòng)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(xué)碩士學(xué)位論文2.2粘彈性阻尼減震技術(shù)研究現(xiàn)狀典型粘彈性阻尼器構(gòu)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(gòu)成。兩側(cè)的鋼

6、板主要起著約束和限制粘彈性層運(yùn)動(dòng)方向的作用,粘彈性材料是粘彈性阻尼器的核心構(gòu)件,地震作用下粘彈性材料會(huì)發(fā)生反復(fù)剪切變形并耗散能量,從而減輕地震作用,減小結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng),保護(hù)主體結(jié)構(gòu)安全。粘彈性阻尼器是一種典型的被動(dòng)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(gòu)等三方面對(duì)研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。圖卜1粘彈性阻尼器2.2.1粘彈性材料在國(guó)外,美國(guó)、日本和西歐等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)研制出不同種類(lèi)、滿(mǎn)足不同工程需要的粘彈性材料并形成標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。美國(guó)的3M公司,英國(guó)的CmA.GEIGY公司、德國(guó)的Bayer公司和日

7、本的聚氨酯工業(yè)株式會(huì)社等【3】都研制了滿(mǎn)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(fù)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(guó)3M公司【5】研制了丙烯酸聚酯基體的粘彈性材料,并對(duì)由該材料制成的粘彈性阻尼器進(jìn)行了性能試驗(yàn)研究。2007年,M.Patri等【6】利用互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)改性技術(shù)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(shù)制各了碳

8、纖維增強(qiáng)型聚丙烯復(fù)合材料,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明碳纖維長(zhǎng)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(shù),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(fù)合阻尼材料,該復(fù)合阻尼材料具有較高的強(qiáng)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(yù)聚物與雙丙烯?;舛说谋┧岫□ヮA(yù)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(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了一個(gè)新

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