浅述消能减震技术在高层建筑中的应用

合集下载

浅谈消能减震技术

浅谈消能减震技术

浅谈消能减震技术消能减震技术是一种应用于工程领域的技术手段,旨在减轻地震、爆炸、风暴等自然灾害和人为原因造成的冲击力,保护建筑和设施的完整性和耐久性。

本文将从消能减震技术的原理、应用领域以及发展前景等三个方面进行浅谈。

消能减震技术的原理主要基于能量转换和耗散。

在遭受冲击力时,消能装置通过吸收和转换能量,将冲击力转化为热能、声能和其他形式的能量,并分散和降低强度,从而达到减震的目的。

常见的消能减震技术包括弹簧阻尼器、液体阻尼器、摩擦阻尼器等。

这些技术在建筑和桥梁等工程中得到广泛应用,有效减轻了冲击力对结构物的破坏。

消能减震技术的应用领域非常广泛。

在建筑领域,消能减震技术可以用于高层建筑、地铁隧道、桥梁等结构物的抗震设计,提高抗震能力和安全性。

在核电站和石油化工厂等工业领域,消能减震技术可以提高设施的抗震能力,减少事故风险。

消能减震技术还可应用于地铁、高速铁路等交通工程,提升运输设施的安全性和舒适性。

消能减震技术的发展前景非常广阔。

随着人们对建筑和设施安全性要求的提高,消能减震技术将得到更广泛的应用。

通过减少震动和冲击力对结构物的影响,消能减震技术可以延长结构物的使用寿命,减少维护成本。

随着技术的不断进步和创新,消能减震技术的效果和性能也将不断提高,进一步推动其在工程领域的应用。

消能减震技术也面临着一些挑战和问题。

该技术的成本相对较高,导致在一些经济发展不发达地区应用较少。

消能减震技术在设计和施工过程中需要严格控制,一旦设计或施工出现问题,会导致设施的抗震性能下降。

消能减震技术的使用寿命也需要考虑,随着时间的推移,其性能可能会逐渐降低。

消能减震技术是一种能够有效减轻地震、爆炸等冲击力对结构物的破坏的技术手段。

其原理基于能量转换和耗散,应用领域广泛,并且具有良好的发展前景。

该技术也面临一些挑战和问题,需要进一步研究和改进。

随着人们对建筑和设施安全性要求的不断提高,相信消能减震技术在未来会有更广泛的应用。

高层建筑结构中的减震、隔震设计应用分析

高层建筑结构中的减震、隔震设计应用分析

高层建筑结构中的减震、隔震设计应用分析摘要:现阶段,我国的建筑结构设计以隔震和消能减震为主,与此同时,相关统计结果显示,隔震和消能减震在建筑结构设计抵抗地震措施中所占的比重正在逐年的增加。

目前已经逐步通过了各种结构形式来增强建筑的隔震减震效果,隔震减震结构是一种能够通过建筑物内部相关结构吸收地震过程中所产生巨大能量的构造物。

基于此,本文主要对高层建筑结构中的减震、隔震设计应用进行分析探讨。

关键词:高层建筑结构;减震、隔震设计;应用分析1前言在高层建筑建设过程中,能否充分的考虑到建筑本身的抗震问题,并且能够使用有效的措施来使其能够在长时间内抵抗一定强度的地震,是当前高层建筑工程中的重点研究项目之一,这对于建筑结构的安全性和稳定性有着十分重要的影响,因此,针对建筑结构设计隔震和消能减震措施进行研究与探讨是至关重要的,以至于我们基于问题的本质,尽可能的避免建筑受到破坏。

2隔震技术从理论到实践的发展过程与现状上世纪末,有专家学者设想在建筑物上部结构和基础之间设滑移层作为隔离装置,阻止地震能量向上传递。

早期的隔震建筑还有南斯拉夫的贝斯特洛奇小学、新西兰的威廉•惠灵顿大楼等。

美国与日本的有些隔震建筑也分别在洛杉矶北岭的6.8级地震和日本阪神的7.2级地震中经受了考验。

从上世纪60年代我国开始对隔震理论的研究进行关注,目前已取得了很多经验和成果。

目前我国隔震建筑已在多个省市自治区应用,隔震房屋已设计和建成的数量仅次于日本,其中较有代表性的有:北京通惠家园住宅区隔震住宅楼;全国第一座隔震公路桥梁——石家庄石津渠桥(3孔,各14m);汕头全国第一幢隔震住宅楼,被联合国评价为“世界隔震技术发展的第三个里程碑”;全国第一座铁路隔震桥梁——新疆布谷孜大桥(9孔,各32m)等。

3建筑结构中减震措施将建筑物的阻尼依据建筑物之外的部件来加大是减震措施的原理,进而将地震传递给建筑物结构的能量尽可能的消耗掉,防止建筑物因为地震遭受破坏。

试论隔震和消能减震在建筑工程结构设计中的应用

试论隔震和消能减震在建筑工程结构设计中的应用

建筑与工程Һ㊀试论隔震和消能减震在建筑工程结构设计中的应用马㊀斌摘㊀要:现代建筑结构抗震措施通常应用积极隔震㊁消能减震㊂无论积极隔震还是消能隔震,就是采取在基底和结构之间设置减振器或减振材料㊂隔震和消能减震技术在建筑工程结构设计中应用,需要经过计算,进行多方案比较选择最佳方案㊂关键词:隔震;消能减震;传统抗震;建筑工程结构设计;应用一㊁隔震与消能减震的原理及其方法(一)隔震与消能减震原理的分析隔震与减震的基本原理是在建筑结构构件之间或建筑物与基础之间设置隔震与减震装置,通过隔震与减震装置的耗能特性,减小振动能量向周围环境的传递,达到减小振动对周围环境影响的目的㊂(二)隔震与消能减震的方法1.吸能减震吸能减震是通过附加子结构,使结构的震动发生位移,即使结构的振动能量在原结构与子结构之间重新分配,从而达到减小结构震动的目的㊂目前,工程结构应用的吸震减震装置主要有调谐质量阻尼器(以下简称 TMD ),调液(柱)阻尼器(以下简称 TLD 或 TLCD )悬吊质量摆阻尼器(以下简称 SMPD )和质量放大器㊂屋面上的水箱也起到一定的减震效果,相当于TMD㊂2.黏弹性阻尼结构黏弹性阻尼结构的风洞试验㊁地震模拟振动台试验及大量的结构分析表明,在结构中安装黏弹性阻尼器可减小风振反应和地震反应40% 80%,可确保主体结构在强风和强震中的安全性,并使结构在强风作用下,结构的舒适度控制在规定的范围内㊂3.金属阻尼器是在框架中加屈曲约束支撑,在常规荷载下,起到支撑的作用,而在地震作用下,金属支撑通过塑性变形来消耗地震的能量,从而起到保护主体结构的作用㊂这在抗震加固的工程中得到广泛的应用㊂拟建的首都规划大厦设置了柱间 人 字型支撑,大大减小了地震力的影响㊂二㊁建筑结构的传统抗震方法分析地震具有不可预测性及危害性大等特征㊂过去为了抵御地震灾害,通常的建筑工程结构设计采用的是抗震设计,强调的是 抗 ,即采用 延性结构体系 适当控制结构物的刚度,但容许结构构件(如梁㊁柱㊁墙㊁节点等)在地震时,进入非弹性状态,并且具有较大的延性,以消耗地震能量,减轻地震反映,使结构物 裂而不倒 ㊂这种体系在很多情况下是有效的,但也存在很多局限性:首先,由于结构物的承重构件在地震时进入非弹性状态,对某些重要的结构物是不容许的(纪念性建筑㊁装饰昂贵的现代化建筑㊁原子能发电站等);其次,对于一般性建筑,当遭遇超过设防烈度地震时,由于主体结构已发生严重非弹性变形,在地震后难以修复或在强地震中严重破坏,甚至倒塌,其破坏程度难以控制;最后,随着地震强度的增大,结构的断面和配筋都相应增大,造成经济的 浪费 ㊂三㊁隔震和消能减震在建筑工程结构设计中的应用分析(一)建筑地基采用特殊材料进行隔震地基是建筑物与地震接触的最直接的地带,也是地震的最直接作用区,所以对于地基的隔震设置是达到效果的最直接快速的手段㊂所谓建筑物地基隔震,主要是对建筑物的基础部分进行特殊处理,通过铺设的垫层来削弱地震时的地震波,从而减少地震对建筑物的损害,这种方法是一种历史最悠久的隔震方法,原理在于使地震的力量经过中介被消耗和削弱,达到保护建筑物的目的㊂随着科学技术的发展,近年来,国际上的科研人员和专家在这方面的研究已经取得了突破性进展,经过反复的试验和研究他们发现,以沥青为原料研究出的一种特殊材料设置的隔震层效果最好,所以这种材料将广泛地应用于以后的建筑物的隔震层㊂(二)建筑基础设置隔震装置减震的应用分析基础设置隔震装置减震主要是在建筑物的基础与上部建筑之间设置特殊装置,它与地基隔震的最主要区别就在于隔震层的位置的变化,这种隔震层位置的改变可以减少地震向上传递,最高可减少地震对建筑物传递能量的2/3,这种隔震装置是一种非常传统的防震方法,因其历史悠久且效果优良,所以直到今天,仍被许多工程沿用㊂但是,这种措施的缺陷是不适用于高层建筑,因为在高层建筑设置这种装置会延长建筑结构自身的自振周期,起不到减小地震对建筑物损害的目的,反而增加了建筑物的自重,对隔震造成不利的影响㊂在进行建筑基础的隔震装置的设置时,通常采用的办法有:摩擦滑移隔震㊁黏弹性隔震等几种,设置的装置也比较灵活,不局限于建筑材料,其他材料有橡胶垫㊁混合隔震装置等也可用于做隔震层,可根据建筑物的具体情况进行选择㊂(三)建筑物结构悬挂隔震的应用分析悬挂隔震是将建筑物的大部分或者整个结构悬挂起来,也就是通常所说的悬挂结构,这样,当地震来临时,地震的能量不会传递给悬挂起来的结构,从而达到减小地震损害的目的㊂这种隔震方式最常见于大型钢结构,大型钢结构总是采用钢结构悬挂体系,以此隔震㊂这种结构对于设计师的设计要求比较高,因为要将结构的主体框架和子框架的结合做到完美的结合,才能保证在地震来临时,子结构不受干扰㊂因为它的作用原理是,当地震来临时,主框架会随着地壳运动发生摇摆,但是子框架和主框架之间是能够活动的索链和吊杆,地震的能量到达这个部位的时候就会削弱,不至于传递到子结构产生惯性力,这种结构的优点是防震效果好,可以有效地阻断地震力对于建筑物的伤害,但是缺点是工程造价高,一般的住宅建筑不宜使用,因为大量的钢结构会大大增加建筑的成本㊂四㊁结语综上所述,隔震与消能抗震同传统抗震体系相比,更加有效㊁安全㊁适用㊁可靠,并且可以降低造价,在突发性的地震中不破坏㊁不倒塌,既保护建筑结构本身,又保护建筑物内部设备及人员安全,经济适用,将成为建筑抗震的主体,在建筑工程结构设计中得到广泛应用㊂参考文献:[1]张晓鹏.民用建筑抗震施工构造及防护措施探析[J].现代商贸工业,2017(22).作者简介:马斌,青海省建筑勘察设计研究院股份有限公司㊂941。

建筑结构减振技术在高层建筑中的应用研究

建筑结构减振技术在高层建筑中的应用研究

建筑结构减振技术在高层建筑中的应用研究近年来,随着城市化进程的加速和人们对生活品质的追求,高层建筑在各大城市如雨后春笋般涌现。

然而,高层建筑所面临的一个重要问题是结构振动,这不仅可能降低建筑物的使用寿命,还可能对周边地区造成不良影响。

为了解决这一问题,建筑结构减振技术被广泛应用于高层建筑中。

本文将探讨建筑结构减振技术在高层建筑领域的研究和应用。

建筑结构减振技术根据减振原理的不同可以分为主动减振和被动减振两类。

主动减振技术通过增加结构的能量耗散能力来减小结构振动,而被动减振技术则依靠对结构进行钳制来消耗振动能量。

主动减振技术中最常见的方法是利用液压阻尼器。

液压阻尼器可以通过控制液体的流速和压力来改变阻尼力的大小,从而减小结构振动。

该技术的优点是可以根据结构的振动情况进行实时调整,具有较好的适应性。

然而,液压阻尼器需要复杂的液压系统和动力设备来维持其工作,造价较高,维护成本也较大。

被动减振技术中的一种常见方法是利用质量阻尼器。

质量阻尼器通常由质量球体和连接球体的剪切变形材料组成。

当结构振动时,质量球体的惯性力将导致剪切变形材料的变形,从而通过吸收振动能量来减小结构的振动。

质量阻尼器具有结构简单、可靠性高等优点,被广泛应用于高层建筑中。

然而,质量阻尼器的减振效果受到其质量、剪切变形材料的性能和部署位置等因素的影响,需要仔细设计和优化。

除了主动减振和被动减振技术,还有一些创新的减振技术被应用于高层建筑中。

例如,利用形状记忆合金材料可以制造出具有自适应减振性能的结构材料。

形状记忆合金材料可以根据外界环境的变化自发地改变其形状和刚度,从而改善结构的抗震性能。

此外,利用流体结构相互作用技术和电磁力调控技术也可以实现对结构振动的减小。

这些创新技术的应用为高层建筑的结构减振提供了新的思路和方法。

建筑结构减振技术的研究和应用不仅需要考虑技术性能,还需要综合考虑经济性、可靠性和美观性等因素。

如何在保证结构安全的前提下降低减振系统的成本和对建筑外观的影响是目前研究的热点之一。

浅谈高层建筑结构加强层耗能减震技术的设计研究

浅谈高层建筑结构加强层耗能减震技术的设计研究

浅谈高层建筑结构加强层耗能减震技术的设计研究摘要:随着城市居住人口的增多,导致其土地面积逐渐缩小,为了节约更多的土地资源,同时满足人们的居住需求,高层建筑逐渐兴起并且成为城市建筑中的主要群落。

虽然高层建筑一定程度上解决了人们的居住问题,但是这种建筑由于高度比一般建筑高,建筑的结构以及建筑质量成为人们关注的重点问题。

一旦遇到突发的地震或者是自然灾害的侵袭,建筑结构的牢固性将会成为人们生命安全的决定性因素。

本文就某高层建筑为背景,分析了粘滞阻尼器在伸臂桁架中的应用情况下,并且进一步分析了粘滞阻尼器在地震作用下的减振效果。

关键词:高层建筑;结构;加强层;耗能减震;技术随着高层建筑的发展,建筑结构体系更为复杂化,现有的建筑结构体系已经不能够满足高层建筑中结构抗震和风振控制的要求,需要采用新型的技术满足高层建筑发展中各种功能的需要。

而耗能减振技术是一种具有良好性能,并且经济、有效的建筑施工技术,满足高层建筑施工的各种功能需要,在现代建筑结构中的应用能够很好地促进高层建筑结构的巩固和发展。

一、耗能减振技术的设计原理耗能减振技术属于一种结构被动控制措施,这种技术中主要采用的是结构振动控制技术,对建筑的结构施加控制系统,与建筑结构共同发挥作用来减轻主体结构的地震反应,是一种有效的抗震途径。

耗能减振结构中一般使用的装置是阻尼器,阻尼器的种类相对较多,文章主要就粘滞阻尼器抗震加固工程中的设计进行分析。

粘滞阻尼器是根据流体运动,特别是流体通过节流孔产生的粘滞阻力原理而制成的,这种阻尼器是一种刚度与速度相关的阻尼器。

在高层建筑中的应用能够减轻地震对建筑结构带来的伤害,阻尼器能够最大程度的吸收和消耗地震给建筑造成的冲击力,从而缓解了地震对建筑结构的破坏。

二、高层建筑结构中耗能减振技术的设计(一)工程的具体概况分析案例选择了某区域的一高层建筑作为工程背景,进而研究粘滞阻尼器在高层建筑结构抗震设计中的具体应用。

该高层建筑结构所处的地区抗震防裂度为8度,建筑结构高度为260米,该建筑主要分为55个楼层,其中地下建筑有4层,地上建筑有51层,建筑的结构体系主要采用了不同框架组合的结构体系,其中包括组合结构外框架、钢筋混凝土核心架构以及伸臂环带桁架结构体系,沿着建筑的纵向在建筑中三个不同的楼层设置了环带桁架,并且又在其中的两个楼层中设置了伸臂桁架。

浅析消能减震技术在建筑工程中的具体应用

浅析消能减震技术在建筑工程中的具体应用

浅析消能减震技术在建筑工程中的具体应用摘要:近年来,随着社会经济水平的快速发展,抗震设防分类标准也在不断的更新与提高。

传统方式的抗震设计不断进行优化,各种隔震手段、消能减震性能越来越多。

而消能减震作为工程减震控制技术中的一种被动控制技术,通过将建筑的一些非承重构件设计为消能构件或通过布置消能装置,在地震来临时,通过变形提供给结构较大的阻尼,消耗或者吸收地震时带来的能量,衰减地震反应,从而确保结构的安全。

关键词:建筑结构;消能减震;阻尼器前言消能减震技术属于一种结构被动控制措施,采取结构振动控制技术,对结构施加控制机构或系统,与结构内身共同发挥作用,以减轻主体结构的地震反应,是一种合理有效的抗震途径。

根据统计显示,采用消能减震体系后,地震反应比传统方式降低约40~60%,但造价却比传统方式节约5%~10%,同时,技术更为合理,维修较为方便,在结构越高,刚度越柔时其效果越为显著。

一、建筑结构消能减震的形式建筑结构在进行消能减震时主要是根据消能减震设备或部件来区分其形式。

第一种形式是支撑部件和消能器共同负责消能减震工作,其中应用比较广泛的为单斜杠式支撑、交叉式支撑等。

第二种是在楼层之间的支架内安装消能减震设备,一般采用的人字形或V字形两种结构。

第三种是在建筑墙体上设计消能减震缝,并利用各种消能材料进行填充,增加墙体本身的粘弹性和粘滞性。

第四种主要是在建筑结构的梁柱各节点位置安装消能减震设备,形成点状分布的消能网络,提高建筑整体的抗震效果,这一技术在楼体主体与相邻楼体间的减震设计中应用广泛。

二、结构减震的基本原理减震的思路是根据结构的地震反应,通过自动控制或者执行系统,主动的对结构施加一定的控制力,达到减小地震对结构的负面影响。

从控制理论上看结构减震的方式主要有两种:一是被动控制技术,此种方法没有外部能源的供给,也称之为无源控制技术。

主要包括了隔震与减震两种。

主动控制技术则是为系统提供能源供给,也是一种有源减震技术。

浅谈消能减震技术

浅谈消能减震技术

浅谈消能减震技术
消能减震技术是一种应用于建筑、工程、交通运输等领域的技术,能够减轻震动对结
构物或设备的影响,保护人们的生命财产安全。

本文将从消能减震技术的原理、应用领域
和发展前景三个方面进行浅谈。

消能减震技术的原理是利用减震器将结构物接受的振动能量吸收或转换成其他形式的
能量,从而降低地震等外力带来的冲击和振动。

减震器主要有摆式减震器、摇摆梁式减震器、弹簧减震器和液体减震器等。

摆式减震器是最常见的一种,其通过一个重锤与主结构
相连接,在地震时产生相反方向的摇摆,达到消减震动能量的效果。

消能减震技术广泛应用于建筑领域。

在高层建筑中,消能减震技术可以显著减少建筑
物的振动幅度,提高建筑结构的稳定性和安全性。

消能减震技术还可以应用于桥梁、隧道
和地铁等交通建设中,有效减少地震、车辆通行和风力等带来的振动对结构的影响。

消能
减震技术还可用于抗震设备、机械设备和电子设备等方面,使其能够更好地抵抗外力冲击,延长使用寿命。

消能减震技术的发展前景非常广阔。

随着人们对住房和建筑结构安全的要求越来越高,消能减震技术在建筑领域的应用将越来越广泛。

特别是在地震频发的地区,消能减震技术
已经成为一种必备的抗震手段。

随着科技的不断进步和研究的深入,消能减震技术还有望
在其他领域实现更大的突破和应用,如航空航天、能源、环境保护等方面。

简述消能减震技术特点及其适用范围

简述消能减震技术特点及其适用范围

简述消能减震技术特点及其适用范围消能减震技术是一种通过减少震动能量传递和降低震动传递效应的技术。

它通过改变结构系统的固有频率和阻尼特性,从而降低震动对结构和设备的影响,提高其抗震能力和安全性。

消能减震技术的特点主要有以下几个方面:1. 高效能消能:消能减震技术能够将地震或其他外界震动能量转化为其他形式的能量,从而减少震动对结构的影响。

通过吸收、转移和耗散震动能量,减少结构的应力和变形,从而降低震动对结构的破坏程度。

2. 灵活可控:消能减震技术具有较高的可调性和可控性。

可以通过调整结构系统的参数,如阻尼系数、刚度等,来实现对结构的减震效果进行调节。

根据不同的需求和实际情况,可以设计不同类型的减震装置,以满足不同结构的减震要求。

3. 经济节能:消能减震技术能够有效降低结构的抗震设计要求,减少结构的材料和施工成本。

同时,减少结构的震动响应,降低了结构的能量耗散,提高了结构的动态性能,从而减少了结构的能量消耗,实现了能源的节约和环境的保护。

4. 适用范围广:消能减震技术适用于各种类型的结构,包括建筑、桥梁、塔楼、石油钻井平台等。

它可以应用于新建结构的设计和建设,也可以通过改造和加固的方式应用于现有结构。

无论是小型建筑物还是大型工程,都可以利用消能减震技术来提高其抗震能力和安全性。

消能减震技术的适用范围主要包括以下几个方面:1. 高层建筑:在高层建筑中,消能减震技术可以有效降低地震对建筑物的影响,提高其抗震性能。

通过在建筑物的底部或中部设置减震装置,可以减少地震引起的位移和加速度,保护建筑物的完整性和稳定性。

2. 桥梁工程:桥梁是地震灾害中易受损的结构之一。

消能减震技术可以有效控制桥梁的动态响应,降低地震对桥梁的影响。

通过在桥梁的支座或桥墩上设置减震装置,可以有效减少桥梁的震动幅度和变形。

3. 石油钻井平台:石油钻井平台通常位于海上或海底,容易受到地震和海浪的影响。

消能减震技术可以在石油钻井平台上设置减震装置,降低地震和海浪对平台的影响,提高平台的稳定性和安全性。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

浅述消能减震技术在高层建筑中的应用
摘要:地震是一种突发性的破坏性极强的自然灾害,罕遇的大地震会给建筑物及构筑物造成极大的破坏,造成极大的人员伤亡和经济财产损失。

而我国是一个地震多发区,特大地震也时有发生,如唐山大地震和汶川大地震。

所以在建筑结构设计中如何防止地震作用下建筑物的破坏就显得尤其重要。

结构被动控制[1]中的耗能减震技术由于技术相对成熟,施工方便,减震效果明显等特点广泛用于多高层建筑抗震的设计和加固中。

本文简单论述了消能减震的原理,重点介绍了各种消能减震设备的特点及其设计方法,为消能减震的设计提供一定的参考。

1. 概述
地震是一种突发性的破坏性极强的自然灾害,罕遇的大地震不仅会直接给建筑物及构筑物造成极大的破坏,同时也会造成泥石流等次生灾害的发生,造成极大的人员伤亡和经济财产损失。

而我国恰恰是一个地震多发的国家,如唐山大地震和汶川大地震都是史无前例的特大地震灾害,给人们带来了极其巨大的痛苦。

所以结构设计中的抗震设计是关系人民生命和财产的大事,必须给予高度的重视,特别是在我国的震区。

传统的结构抗震设计[2]主要致力于保证机构自身具有一定的强度、刚度和延性,以满足一定的抗震设计要求。

事实表明,在大震作用下结构主体经常会产生不可修复的损伤甚至破坏,造成的损失是巨大的,难以接受的。

这种仅靠自身性质抗震的结构在地震作用中处于被动受力状态,因此是一种消极的抗震方式。

为使结构更有效地抵抗地震作用,以隔震、减震为技术特点的技术逐渐发展起来,并且许多设备都以在现实结构特别是地震区建筑和超高层建筑中广泛的应用。

结构控制理论按是否需要外部施加能量分为主动、半主动和智能控制及被动控制。

而被动控制主要可分为隔震技术、消能减震技术和吸震减震技术。

隔震技术[3]是在结构物地面以上部分的底部设置隔震层,使之与固结于地基中的抵触顶面分开,限制地震动向结构物的传递,如橡胶支座隔震和滚子隔震等。

隔震结构主要用于基本规则的低层和多层建筑;吸震技术[4]是在主体系统上加附加子系统,以减少主体结构的震动,如调谐质量阻尼器TMD或调谐液体阻尼器TLD。

吸震系统主要应用于大跨结构及超高层抗风中;消能减震技术[5]是在结构中设置非结构的耗能元件(耗能器或阻尼器),结构振动使耗能元件在被动的往复运动中耗散结构的振动能量,减轻结构的动力反应。

这比传统的依靠结构本身延性耗能显然是更近了一步,耗能元件一般不改变结构的形式,也不需要外部能量的输入。

耗能减震技术由于技术相对成熟,施工方便,设备制造相对容易,减震效果明显等特点使之广泛用于多高层建筑抗震的设计和加固[6]中。

它也是本文的重点论述对象。

2. 消能减震技术的原理
消能减震结构体系是一种较新的抗震结构体系,是把一些非承重构件(如支
撑、连接件等)设计为耗能杆件,或在结构的一定部位装耗能设备(阻尼器等),在小风小震作用时,这些耗能杆件或装置和结构本身能保证足够的侧向刚度,使结构处于弹性状态。

当出现大震时,随结构的侧向变现增大,耗能构件率先进入非弹性状态,产生较大阻尼,大量消耗地震能量,从而大大降低地震对结构的反应,使得主体结构遭受较少的破坏。

下面通过对单自由体系的结构动力学方程[7],简单阐述弹性状态下消能减震的基本原理。

设但自由度质点受力,
根据结构动力学基本方程:

其中,
—强迫简谐振动频率,—为结构体系的固有频率,—为结构阻尼比
解微分方程并整理后得
其中,
将提出后R 剩下的部分便是结构动力放大系数,可以理解为相当于静力产生的位置基础上乘以M。

M是决定结构振动反应的关键参函数。

M主要由参数频率比和阻尼比决定。

总结分析后得下图(图1):
图1 单自由度结构强迫振动M与和的关系曲线
从关系曲线中可以看出M随阻尼比的增大而减小。

即阻尼比增大能明显减小结构振动效应。

对于多自由度体系,在弹性阶段,由于可以用振型分解的方法将多自由度体系分解为多个单自由度体系的叠加,所以基本机理和单自由度体系基本相同,不再赘述。

通过安装消能减震设备,能明显增大结构的阻尼,从而减少地震对结构的激振作用。

同时也可以从能量角度来说明消能减震的原理[8],更能说明非弹性状态下
消能减震的原理。

地震时,结构在任意时刻的能量方程为
式中—地震过程中输入给结构的能量;
—主结构本身的耗能;
—附加子结构的耗能(TMD等)。

其中主结构本身的耗能
式中—结构振动动能,—结构振动势能
—结构黏滞阻尼耗能,—结构塑性变形耗能
从能量观点上看,地震输入结构的能量是一定的。

其中为结构的振动能,仅仅是结构转换,不产生耗能。

结构塑性变形耗能,主要靠结构自身的延性耗能,但是当地震能量较大时,大量靠结构延性耗能会导致结构构件的损伤甚至破坏。

结构阻尼耗能,当无消能减震设备时,阻尼比较小,如混凝土仅为5%,能消耗的能量有限。

所以通过增加消能减震设备,能明显增加结构的阻尼耗能,从而减少结构的延性耗能,能显著减少地震作用对主要构件的影响,从而使结构更加安全。

3. 常用的消能减震设备
消能减震结构的耗能装置,可以在主体结构进入非弹性状态前,率先进入耗能工作状态,充分发挥耗能作用,从而有效地保护了主体结构,使其不再受到损伤或破坏。

耗能装置可以是放置在结构相对位移较大处的阻尼器,也可以是由结构物的某些非承重构件(如支撑等)设计成耗能构件。

试验表明,耗能装置可做到消耗地震总输入能量的90%。

常用的耗能装备有阻尼器、耗能支撑和摩擦墙等。

3.1阻尼器
消能减震中的附加耗能元件或装置一般称为阻尼器。

阻尼器通常安装在支撑处、框架和剪力墙的连接处、梁柱连接处以及上部结构与基础连接处等有相对变行或相对位移的地方。

常用的阻尼器可分为位移相关型和速度相关型等,下文将分别进行介绍。

3.1.1 位移相关型阻尼器
位移相关型阻尼器通常用塑性变形性能好的材料制成,利用其在反复地震荷载下良好的滞回性能来耗散地震能量。

主要有金属屈服型阻尼器和摩擦型阻尼器。

1)金属屈服型阻尼器。

金属屈服型阻尼器是利用软钢材料屈服后的塑性变形来耗散地震能量的。

低碳钢具有优良的塑性变形能力,可以在超过屈服应变几十倍的塑性应变下往复数百次而不断裂。

阻尼器的主要形式有:轴向屈服型中的软钢沿构件长度方向设置,产生轴向变形屈服,其形态类似于支撑;剪切屈服型中的软钢按平板设置,产生平面内剪切变形屈服,其形态类似于腹板。

此外还有利用软钢弯曲屈服和扭转屈服的阻尼器。

下图2是台湾大学蔡克全教授[9]提出地的三角板耗能阻尼器(TADAS)。

该设备由数片三角形钢板悬臂地焊接在一块地板上,在垂直于钢板的侧向力作用下,悬臂板的弯矩与钢板宽度呈同样的线性变化,整块钢板会同时发生弯曲屈服,从而提供较大的变形和耗能,滞回曲线如图3。

图2TADAS示意图图3 TADAS滞回曲线
软钢阻尼器可以同时提供阻尼和刚度,同时,由于设置的屈服点不同,同一装置在不同地震作用下的耗能效果差异很大。

所以软钢阻尼器的刚度和屈服荷载是设计中需确定的主要性能指标。

相关文档
最新文档