低屈服点钢在结构振动与控制中的应用研究
土木工程结构振动控制的概况与新进展
主 支 系 (A s 动撑 统 B )
可 刚 装 变 度 置(A ) Vs 结构振 半主动控制 可 阻 装 (A D) 变 尼 置 V 动控制 变刚 变 尼 度 阻 装置(AV SD) 智能可调阻尼器 智能 料 动 材 驱 器
抗 效 良[ 。 震果好 ] 3
智控{ 能制
混合控制
1. 2 消能减振 20 世纪50 年代前苏联人开始研究利用软钢塑 性耗能的耗能支撑， 6 年 Ho s e 首先提出用能 9 15 unr
长春工程学院学报( 自 然科学版)
2加7 ， 3 ) 8(
屈服点钢剪切板、 铅消能器、 铅粘弹性消能器、 无粘 结支撑等形式的消能器。 其中， 无粘结支撑在日 本、
动控制外加能源过大的缺点。
摩擦消能 器在加拿大和日 本应用的比 较多。在 199 台 美国 湾和 都得到推广应用〔。 ’ 低屈服点钢消能 我国， 7 年吴波等利用摩擦阻尼器加固了东北某 〕 府大楼; 999 年欧进萍、 斌、 l 吴 邹向阳 将自 研制 等 己 器、 窝 蜂 状消能 器在日 栋建筑中 本多 得到应用〔 ’ ]。 政
基础隔震 消能减振
调 减 谐 振(WD、 TLD) 主 拉 系 (A 动 索 统 飞)
动 量 尼 (A D) 主 动 控制产主 质 阻 器 M
1 、 . . . ‘
刚 结 它 高 建 不 用 。 性 构，对 层 筑 适 [ 1 6
隔 计除了 震设 基础隔 震外， 还有层间隔 6 。 震[ ]
目 层间隔震技术的研究还不太系统， 前， 有待完善。 基础隔震的 桥梁和建筑已在国内 外建成了上千座，
分别综述如 下: 1 被动控制
结构被动控制是指控制装置不需要外部能源输 人的控制方式。200 年施行的建筑抗震设计规范 2
低屈服点钢在建筑抗震设计中的应用
2007年第2期宝 钢 技 术低屈服点钢在建筑抗震设计中的应用温东辉,宋凤明(宝钢研究院 结构钢研究所,上海 201900) 摘要:随着钢结构建筑抗震设计水平的进步,消能抗震设计已成为建筑抗震的一个发展方向。
低屈服点、极低屈服点钢具有良好的塑韧性和低达100MPa的屈服强度,并具有较狭窄的强度波动范围,而且成本低、易维护更换,在抗震阻尼构件的制造应用中具有显著的优势,从而成为建筑抗震材料中越来越受到重视的新钢种。
介绍了抗震用低屈服点钢的性能要求及其作为抗震用钢的优点,同时还介绍了低屈服点钢的发展历史、现状及市场前景。
关键词:低屈服点钢;抗震设计;抗震用钢;消能抗震中图分类号:T U352.1 文献标识码:B 文章编号:1008-0716(2007)02-0009-04Appli ca ti on of L ow Y i eld Po i n t Steel i n D esi gnof Earthquake Resist an t Bu ild i n gsW en D onghu i,Song F engm ing(Structura l Steel D i v.,Baosteel Research I n stitute,Shangha i201900,Ch i n a) Abstract:W ith the devel opment of earthquake resistant design for steel structure constructi on,earthquake resis2 tant energy dissi pati on(ERE D)has become a trend of earthquake resistant design.The seis m ic contr ol structures are designed t o achieve seis m ic perf or mance by making the devices abs orb the seis m ic energy.Steels with l ow yield point or extra l ow yield point have good ductility and p lasticity,with yield strength as l ow as100M Pa.A s l ow yield point (LYP)steel has a narr ower2range of strength fluctuati on,better el ongati on,l ower cost and easier maintenance com2 pared with conventi onal steels,it has obvi ous advantages when used t o manufacture anti2seis m ic structural parts.Fi2 nally it becomes a ne w type of steel dra wing more and more attenti on as a kind of quake resistant material.I n this ar2 ticle,p r operties and advantages of LYP steel are intr oduced,t ogether with its devel opment hist ory,current situati on and market p r os pects.Keywords:l ow yield point(LYP)steel;earthquake resistant design;steels for earthquake resistance;earth2 quake resistant energy dissi pati on(ERE D)0 前言地球上每年有数百万次的地震发生。
极低屈服点钢材在耗能减震控制中的应用
ｏＦ ＩＩ Ａ ＬｏＷ Ⅷ 】胍
Ｅ Ｒ Ｈ Ａ ＴＩ Ｔ Ｏ Ｏ Ｔ Ｏ Ａ Ｔ ＱＵ ＫＥ ＭＩ ＧＡ Ｉ Ｎ Ｃ Ｎ Ｒ Ｌ
Ｌ Ｕ Ｒ ｉ ， Ｌ ，ｈ ｎ ＇ Ｉ ｕ Ｉ Ｙｕ ｓ ｕ １
（ ．ｃｏｌ ｆ ｉｌ ｎｉ ｅｎ ，Ｎｒ ｅｓ Ｆｒ ｔ ｎｖｒｔ，Ｈ ｒｉ １０４ ， ｈｎ； １Ｓｈｏ ｏ ｖ ｇ ｅｒｇ ｏｈａｔ ｏｅｒ Ｕ ｉ ｓｙ ａｂｎ ５００ Ｃ ｉ Ｃ ｉＥ ｎ ｉ ｔ ｓｙ ｅｉ ａ
塑性变形能力以吸收大 量的地震 能量 。可 通过两 种途径 达
到以一 目的： Ｉ － 一方面不断改进阻尼器 的形状尺寸 及阻尼 器和 主体结 构连接部 位构造措施 ， 在不改变阻尼器材性 的基础 上
提高耗 能能力； 另一方面使制作阻尼器的钢材具有屈服强 度
低、 强度稳定 、 变形能力 强的特点。基于以上 需求 ， 国外钢 铁
２ Ｉ ｔ ｔｏ Ｅ ｇ ｅ ｎ ｅｈｎ ｓ Ｃ ｉ ｉ ｏ ｇ ａ Ｂ ｒ ｕ Ｈ ｒｎ１０８ ， ｈ ） ． ｓｔｅ ｆ ｎｉ ｅｇ Ｍ ｃａｉ ， ｈ ａＳ ｓ ｌ ｉ ｌ ｕ ａ ， ａ ｉ ５００ Ｃｉ ｎｉ ｎ ｒ ｕ ｉ ｃ ｎ ｅｍ ｏｃ ｅ ｂ ａ ｎ
Ａｂ 眦 ｔ Ｔ ｉ ａｅ ｎｒｄ ｃｓ ｔｅ ｍａ ｕａ ｔｒ ｒｃ ｓａ ｄ ｍｅｈ ｎｃ ｈ ｒｃｅｓｏ ｌ ａ ｌｗ ｙｅｄ ： ｈｓ ｐ ｐ ｒｉｔ ｕ ｅ ｈ ｎ ｆｃ ｅ ｐｏ ｅ ｎ ｃ ａ ｉｓ ｃ ａａ ｔｒ ｆｕｔ ｏ ｉｌ ｏ ｕ ｓ ｒ
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筑
技
术
２０ 年第 ２ （ ０６ 期 总第 １０ １ 期）
极 低 屈服 点 钢 材 在 耗 能减 震 控 制 中 的应 用
低屈服点钢阻尼器在高速铁路简支梁桥中的应用研究
撑和控 制 。地震作 用 时 ， 通 过钢 材 良好 的塑 性 变形 能
础 都偏 重于 刚度 的 考虑 。或者 说 ， 高 速铁 路 桥 梁 沿用
了传统 铁路 桥梁 普遍 采 用 的重 力 式桥 墩 ， 这 种 桥 墩造 价低 ， 与我 国 当前 的经 济发 展水平 相 当。
中图分 类号 ： Ｕ ４ ４ ３ ． ３ ６ 文献 标识码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ３ — １ ９ ９ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． ０ ４
该 装置 的特 点在 于引 入 了 国际上 先 进 的“ 支座 功
１ 高 速铁 路 桥 梁 用 低 屈 服 点 钢 减 震 榫
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ２ — １ ５ ； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ３ — ２ ０
（ 中铁 第 一 勘察 设 计 院集 团有 限公 司 桥 隧 处 ， 陕西 西 安 ７ １ ０ ０ ４ ３ ）
摘要： 高速铁路 简支 梁桥 应用低 屈服 点钢 阻尼 器 ， 可 以大幅度提 高结构 的抗 震性 能 。选择 三种墩 高的典
型 高速 铁路 简 支梁桥 为研 究对 象， 进 行 了罕遏地 震下 设 置减 震榫 时 的非 线性 时程 反 应 分析 及 不设 置减 震榫 时的 线性 时程 反应 分析 。研 究结果表 明 ， 减 震榫 有优异 的减 震性 能 ， 应 用该装 置可 以大幅提 高桥 梁 的抗震 性 能 ， 解决 了我 国高速铁路 桥 梁 刚度 大， 配筋 率低 ， 难 以 出现 塑性铰 的技 术难题 。 关 键词 ： 低屈服 点钢 减震 榫 高速铁路 简支梁桥 减震 效果
低屈服点钢典型工程应用案例
低屈服点钢典型工程应用案例那咱就来说说低屈服点钢的典型工程应用案例哈。
一、抗震建筑中的应用。
1. 故事的开始。
想象一下，有个处在地震多发区的大城市要盖好多高楼大厦。
这时候呢，低屈服点钢就闪亮登场啦。
比如说在建筑的结构阻尼器里，它可是个大明星。
阻尼器就像是大楼的减震神器。
低屈服点钢在阻尼器里，当地震波来晃大楼的时候，它就开始发挥自己独特的本事了。
2. 工作原理。
低屈服点钢屈服强度低呀，所以它很容易变形。
地震一来，它就先屈服变形，就像一个很柔软的缓冲带一样。
把地震传来的能量给吸收掉一部分，这样大楼其他结构受到的冲击力就小多啦。
就好比一群人在推一个大箱子，如果有个软垫子先挡住一部分推力，那箱子就不会被推得那么猛啦。
有个实际的例子呢，在日本的一些高层公寓建筑里。
日本地震多嘛，他们就在建筑结构里大量使用了低屈服点钢做的阻尼器。
这些公寓在经历了几次比较大的地震之后，虽然周围有些老建筑都受损了，但是这些用了低屈服点钢阻尼器的公寓还能基本保持完好，里面的居民可安全了呢。
二、桥梁工程中的应用。
1. 桥梁的挑战。
咱们再看看桥梁。
桥梁每天要承受各种车辆跑来跑去的压力，而且有的地方还有风荷载、温度变化等影响。
低屈服点钢在桥梁的一些关键部位就有用武之地啦。
比如说在桥梁的支座部位。
2. 支座里的作用。
支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件。
低屈服点钢在支座里，就像一个灵活的小关节。
当桥梁因为温度变化而伸缩的时候，低屈服点钢能够很容易地发生变形来适应这种伸缩。
就像人的关节一样，冷的时候会缩一点，热的时候会伸一点，低屈服点钢在支座里就能让桥梁在不同的环境条件下都能舒舒服服地待着。
像美国的金门大桥，在一些后期的维护和改进工程中，就在支座的部分采用了低屈服点钢相关的技术。
这样就提高了桥梁在复杂环境下的稳定性和耐久性，让这座大桥能够继续稳稳地横跨在海上，让无数车辆安全通过。
三、工业建筑中的应用。
1. 工业建筑的特殊需求。
在那些大型的工业厂房里，有很多大型的机械设备在运行。
低屈服点钢应用技术
目次1 总则（1）2 术语和符号（2）2.1 术语（2）2.2 符号（3）3 材料及设计指标（6）3.1 材料及选用（6）3.2 设计指标（7）4 基本规定（10）4.1 一般要求（10）4.2 结构分析（11）4.3 连接与节点（12）5 屈曲约束支撑（13）5.1 形式与构造（13）5.2 受力性能要求（13）5.3 节点计算（15）5.4 制作、安装、验收和维护（15）6 钢板剪力墙（17）6.1 一般要求（17）6.2 非加劲低屈服点钢板剪力墙（19）6.3 加劲低屈服点钢板剪力墙（24）6.4 构造要求（25）6.5 制作、安装、验收和维护（25）7 其他类型消能器（26）7.1 一般要求（26）7.2 其他类型消能器的技术性能（27）7.3 主体结构设计（28）7.4 连接与构造（29）7.5 制作、安装、验收和维护（30）本规程用词说明（31）引用标准名录（32）附：条文说明（暂时置于每条条文之后）（34）1总则1. 0. 1为在低屈服点钢的结构工程应用及设计、制作、检验中贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量，并充分发挥低屈服点钢在延性和耗能方面的显著优势，制定本规程。
条文说明：无。
1. 0. 2本规程适用于抗震设防烈度为6、7、8和9度地区采用低屈服点钢的新建建筑结构和既有建筑结构抗震加固的抗震及消能减震设计、施工、验收和维护。
抗震设防烈度大于9度地区及行业有特殊要求的工业建筑，其消能减震设计应按有关专门规定执行。
条文说明：本条与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011中条文（1. 0. 3）的规定一致；1. 0. 3按本规程设计与施工的新建低屈服点钢消能减震结构，其抗震设防目标应满足现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011和现行行业标准《建筑消能减震技术规程》JGJ 297的要求；既有建筑结构采用低屈服点钢进行消能减震加固时，抗震设防目标还应满足现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023的规定。
低屈服点钢在建筑抗震设计中的应用
ｎ ｌ ｔ ｅ ｏ ｓａｎ ｗ ｔ ｐ ｆｓｅ ｌ ｒ ｗ ｎ ｒ ｄ ｍｏ ｅａ ｔｎ ｉｎ ａ ｉ ｄ ｏ ａ ｅ ｒ ｓｓａ ｔ ｔｒ １ ｎ ｔ ｉ － ａ ｌ ｉ ｂ ｃ ｍｅ ｅ ｅ ｏ ｅ ａ ｇ ｍｏ ａ ｒ ｔ ｔ ａ ｋｎ ｆ ｙ ｙ ｔ ｄ ｉ ｅ ｎ ｅ ｏ ｓ ｕ ｑ ｋ ｉｔ ｅ ｉ ．Ｉ ｈｓ ａ ｅ ｎ ｍａ ａ ｒ
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史 、 状 及 市场 前 景 。 现
关 键 词 ： 屈 服 点钢 ； 震 设 计 ； 震 用 钢 ； 能抗 震 低 抗 抗 消 中 图 分 类 号 ：Ｕ ５ ． 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ：０ ８— ７６ ２０ ）２— ０ ９— ４ Ｔ ３２ １ Ｂ １０ ０ １ （０ ７ ０ ００ ０
（ Ｙ ）ｓ ｅ ｈ ａ ｏ ｅ— ｇ ｆ ｔ ｎ ｈｆ ｃｕ ｔ ｎ ｅｔ ｌ ｇ ｔ ｎ ｌ ｅ ｏｔ ｎ ａｉ ｉ ｅ ａ ｃ ｏ — Ｌ Ｐ ｔ ｌ ａ ａｎ ｒ ｗ ｒｒ ｅｏ ｓ ｅ ｇ ｕ ｔａ ｏ ，ｂ ｔ ｒ ｏ ａｉ ， ｏ ｒ ｓ ａ ｄ ｅ ｅ ｍａ ｔ ｎ ｅｃ ｒ ｅ ｓ ｒ ｎ ａ ｒ ｔ ｌ ｉ ｅｅｎ ｏ ｗ ｃ ｓ ｒ ｎｎ ｎ
低屈服点钢在结构振动与控制中的应用研究
低屈服点钢在结构振动与控制中的应用研究
王威;吕西林;徐崇恩
【期刊名称】《结构工程师》
【年(卷),期】2007(023)006
【摘要】低屈服点钢的力学特点是易屈服,在进入塑性状态后具有良好的滞回特性,并在弹塑性滞回变形过程中能吸收大量的能量,因而被利用来制造不同类型和构造的阻尼器.基于对几种应用前景看好的低屈服点钢阻尼器的构造与性能的分析与归纳,着重介绍了开孔式加劲阻尼器HADAS的最新试验研究进展,并举例说明了该阻尼器在实际工程中应用情况,可看出HADAS能有效提高建筑物的消能减震能力,达到抗震设防要求.
【总页数】7页(P83-88,93)
【作者】王威;吕西林;徐崇恩
【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海,200092;西安建筑科技大学土木工程学院,西安,710055;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上
海,200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海,200092
【正文语种】中文
【中图分类】TU3
【相关文献】
1.低屈服点钢在结构耗能减震中的应用 [J], 万泽青;刘平
2.极低屈服点钢在密肋壁板结构中的减震控制研究 [J], 田洁;颜智超;卢俊龙
3.低屈服点钢阻尼器在高速铁路简支梁桥中的应用研究 [J], 倪燕平
4.低屈服点钢防屈曲支撑在桁架结构中的减震研究 [J], 王秀丽;梅凤军;李鹏博
5.低屈服点中心支撑钢框架结构基于目标性能4和性能3下的抗震设计 [J], 郭军忠;丁琪
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图７低屈服点钢阻尼器安装于间柱中间
４）安装于普通钢支撑上的开孔加劲阻尼器加劲阻尼耗能装置是由数块相互平行的不同形状的的钢板（矩形、ｘ形、三角形、开孔形等）和定位装置组合而成，一般安装在人字形支撑顶部和框架梁之间，在地震作用下，由于框架层问顶部和底部的水平运动而引起阻尼装置相对变形，使钢板弯曲屈服产生弹塑｜生滞回变形来消耗地震能量一１。
台湾学者陈清祥∽－１叫等人研制出了图８所示的开孔式耗能装置（ＨＡＤＡｓ），每片软钢片（消能片）中间菱形开孔（为了防止应力集中采用导角），与上下连接采用焊缝连接，采用的软钢片数量一般由设计所需要的初始刚度（或所需设计阻尼力）来确定。
图８ＨＡＤＡＳ阻尼器的构造示意图
３开孔式加劲软钢阻尼器（ＨＡＤＡＳ）的试验研究
ＨＡＤＡｓ软钢阻尼器以其构造简单、性能稳定、滞回耗能突出而备受关注，在工程上也取得了一定应用。
ＨＡＤＡＳ阻尼器是一种位移相关型的软钢阻尼器，能增加结构的阻尼和刚度，并为结构增加一道抗震防线。
一般配合支撑形式布置在层间，而不承担竖向荷载作用；在地震或风作用下，结构发生层问变形时，阻尼器发挥滞回耗能作用。
在阻尼器变形前，主要增加结构刚度可将阻尼器作为结构构件的一部分。
当阻尼器变形超过屈服位移时，软钢屈服，产生的阻尼力增长缓慢甚至几乎不增长，此时阻尼器提供的刚度较小，主要为结构增加阻尼，同时滞回消耗大量能量。
图９一图１４为台湾学者陈清祥、潘琪等创办的公司与同济大学合作，针对上海移动万荣局大楼检测加固所进行的阻尼器试验的一些照片。
该阻尼器在同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行了低周反复拟静力性能试验，滞回曲线见图１５。
从图１５中可以看出ＨＡＤＡＳ阻尼器的塑性很好，并可获得较高的初始刚度。
在设计分析软件Ｓａｐ２０００中，可以采用Ｍａ）（ｗｅｌｌ模型、Ｋｅｌｖｉｎ模型、塑性（ｗｅｎ）模型、多线性模型等多种非线性模型来模拟各种类型的阻尼器。
对金属阻尼器一般采用ｗｅｎ模型，如图１６所示。
该模型通过设置有效刚度、初始刚度、屈服强度、屈服后刚度比以及屈服指数（及双线性转折处的曲率）等参数对金属阻尼器的本构关系进行很好的模拟ｎ０Ｉ。
图９开孔加劲阻尼器实物照片
图１０
阻尼器试验加载底座为内嵌钢板钢筋混凝土结构
・文献综述・结构工程师第２３卷第６期
图１１试验中的计算机数据显示照片
图１２试验中阻尼器的侧移变形照片
图１３第１个开孑Ｌ加劲阻尼器试验破坏照片图１４第２个开孔加劲阻尼器试验破坏照片
图１５ＨＡＤＡｓ阻尼器滞回曲线
图１６ｓａｐ２０００软件中ｗｅｎ非线性元件模型
４利用开孔式加劲阻尼器进行结构振动与控制的实际工程应用举例
加劲阻尼装置在结构中提供结构附加刚度和阻尼，在建筑结构的抗震机制中，主要利用加劲阻尼耗能装置的弹塑性变形来吸收、耗散地震释放的能量。
加劲阻尼装置是应用最广泛的耗能器之一。
下面列举２个应用开孔加劲阻尼装置的实际工程。
４．１ＨＡＤＡＳ在西安长乐苑招商局广场４号楼抗震加固中的应用
西安长乐苑招商局广场４号楼为商务和住宅用楼，结构体系为现浇部分框支剪力墙结构，基础为钢筋混凝土桩筏基础，地上２１层，部分突出２４层。
该楼经中国建筑科学研究院工程抗震研究所鉴定后不满足８度抗震设防要求，须进行抗震加固。
根据西安长乐苑招商局广场４号楼结构抗震报告说明，该结构框支层框架部分抗震级数划分不满足规范要求、结构在地震作用下易产生扭转
效应造成破坏，框架和剪力墙整体设置不满足最。