【精品】專業(yè)論文文獻-淺談結(jié)構(gòu)耗能減震的發(fā)展及應(yīng)用

1、淺談結(jié)構(gòu)耗能減震的發(fā)展及應(yīng)用淺談結(jié)構(gòu)耗能減震的發(fā)展及應(yīng)用摘耍：結(jié)合現(xiàn)代抗震設(shè)計的思路，闡述了新型建筑結(jié)構(gòu)的隔震 減震技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用，以及目前常用的的隔震減震裝置，提供建筑 結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計新思路。關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)，隔震，耗能減震；應(yīng)用中圖分類號：te08文獻標識碼：a文章編號：引言地震是因地殼快速釋放能量過程中造成地面振動，產(chǎn)生巨大破壞 的一種自然災(zāi)害。自上世紀70年代以來，我國相繼發(fā)生了唐山地震 （1976年）臺灣集集地震（1999年）汶川地震（2008年）雅安蘆山 地震（2013年）等一系列大地震，造成了巨大的財產(chǎn)人員傷亡，促 使人們認識到結(jié)構(gòu)抗震性能的重要性。1傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震思路在當前抗

2、震理論下形成的傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震思路，其主要內(nèi)容是：1. 1合理選擇結(jié)構(gòu)屈服水準的地震作用。一般先以一具有統(tǒng)計意 義的地面峰值加速度作為該地區(qū)地震強弱標志值（即中震的），再以 不同的r （地震力降低系數(shù)）得到不同的設(shè)計用地面運動加速度（即 小震的）來進行結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計。1. 2制定有效的抗震措施使結(jié)構(gòu)確實具備設(shè)計時采用的r所對 應(yīng)的延性能力。其中主要包括內(nèi)力調(diào)整措施（強柱弱梁、強剪弱彎） 和抗震構(gòu)造措施。1. 3合理選擇了結(jié)構(gòu)的屈服水準和延性要求后，通過抗震措施來 保證結(jié)構(gòu)確實具有所需的延性能力，從而保證結(jié)構(gòu)在中震、大震下實 現(xiàn)抗震設(shè)防目標。系統(tǒng)的抗震措施包括以下幾個方面內(nèi)容：“強柱弱 梁”、“強

3、剪弱彎”、抗震構(gòu)造措施。2. 耗能減震理論基礎(chǔ)單質(zhì)點結(jié)構(gòu)體系動力分析模型見圖1單質(zhì)點彈性體系運動方程：令,，得：上式為二階常系數(shù)線性非齊次微分方程，它的解包含兩個部分： 一個是對應(yīng)于齊次微分方程的通解；另一個是微分方程的特解。前者 代表自由振動，后者代表強迫運動。齊次微分方程的通解：，式中可 以看出有阻尼自振頻率隨阻尼系數(shù)增大而減小，即阻尼愈大，自振頻 率愈慢。非齊次線性微分方程的特解:分析運動方程及其解答可以看 到：地面運動加速度直接影響體系地震反應(yīng)的大小；而不同頻率（或 周期）的單自由度體系，在相同的地面運動下會有不同的地震反應(yīng)； 阻尼比對體系的地震反應(yīng)有直接的影響，阻尼比愈大則彈性反應(yīng)愈

4、 小。3. 耗能減震概念地震發(fā)生時，地震波通過建筑物基礎(chǔ)將振動傳遞給建筑物，若要 建筑物停止振動，就要把建筑所具有的振動能量耗散掉。耗能減震主 要是通過在結(jié)構(gòu)體系內(nèi)部設(shè)置耗能構(gòu)件或阻尼元件，以增大阻尼，得 到一個周期長于原有自振周期和場地卓越周期的結(jié)構(gòu)，通過耗能（阻 尼）裝置產(chǎn)生摩擦、彎曲（或剪切、扭轉(zhuǎn)）彈塑性滯回變形來耗散或 吸收地震輸入結(jié)構(gòu)的能量，以減少主體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。3. 1隔震與耗能減震技術(shù)的分類3. 1. 1隔震技術(shù)分類圖2疊層橡膠鉛芯隔震支座在我國，隔震結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的是天然橡膠支座和鉛芯橡膠 支座，對于高阻尼支座和滑板（動）支座應(yīng)用極少，主要是因為國內(nèi) 半產(chǎn)的這兒種支座性

5、能稍差。另外，滾動支座在我國隔震結(jié)構(gòu)中尚無 應(yīng)用，這方面理論與技術(shù)的研發(fā)有待進一步完善。運用最成熟、最廣 泛的是疊層橡膠墊隔震技術(shù)，即采用疊層橡膠隔震墊為隔震器的隔震 技術(shù)。所謂疊層橡膠墊隔震墊，是指由鋼板和橡膠疊合而成，具有很大的豎向剛度（相當于同截面鋼筋栓柱）和較小的水平剛度（約為同 截面鋼筋栓柱的1/1000）,分為普通型（gzp*）支座和有鉛芯型（gzy*） 支座，目前我國釆用的是建筑隔震橡膠支座jg118-2000建設(shè)部 產(chǎn)品標準，我國已能提供質(zhì)量高、價格適當?shù)南盗挟a(chǎn)品。3. 12減震技術(shù)分類根據(jù)耗能機制的不同可分為摩擦耗能器。鋼彈塑性耗能器、鉛擠 壓阻尼器、粘彈性阻尼器和粘滯阻尼器

6、等；根據(jù)耗能器耗能的依賴性 可分為速度相關(guān)型（如粘彈性阻尼器和粘滯阻尼器）和位移相關(guān)型（如摩擦耗能器、鋼彈塑性耗能器和鉛擠壓阻尼器）等。3. 2摩擦耗能器摩擦耗能器是根據(jù)摩擦做功耗散能量的原理設(shè)計的。目前有多種 不同構(gòu)造的摩擦耗能器，如pall型摩擦耗能器、限位摩擦耗能器、 摩擦滑動螺栓節(jié)點等。摩擦耗能器種類很多，但都具有很好的滯回特 性,滯回環(huán)呈矩形，耗能能力強,工作性能穩(wěn)定等特點。摩擦耗能器 一般安裝在支撐上形成摩擦耗能支撐圖3pall型摩擦耗能器及典型滯回曲線2）鋼彈塑性耗能器軟鋼具有較好的屈服后性能，利用其進入彈塑性范圍后的良好滯 回特性。目前已研究開發(fā)了多種耗能裝置，如加勁阻尼（ad

7、as）裝置、 錐形鋼耗能器、圓環(huán)（或方框）鋼耗能器、雙環(huán)鋼耗能器、加勁圓環(huán) 耗能器。低屈服點鋼耗能器等。這類耗能器具有滯回性能穩(wěn)定，耗能 能力大，長期可靠并不受環(huán)境與溫度影響。圖4低屈服點鋼阻尼器的構(gòu)造及典型滯冋曲線3）鉛擠壓阻尼器鉛發(fā)生塑性變形時晶格被拉長或錯動，一部分能量將轉(zhuǎn)換成熱 量，另一部分能量為促使再結(jié)晶而消耗，使鉛的組織和性能回復至變 形前的狀態(tài)。鉛的動態(tài)回復與再結(jié)晶過程在常溫下進行，耗時短且無疲勞現(xiàn)象，因此具有穩(wěn)定的耗能能力。其滯回曲線基木呈矩形，如圖5 (c)o圖5鉛擠壓阻尼器及典型滯回曲線(4)粘彈性阻尼器粘彈性阻尼器是由粘彈性材料和約束鋼板所組成。典型的粘彈性 阻尼器如圖6

8、(a)所示，它是由兩個t形約束鋼板夾一塊矩形鋼板所 組成，t形約束鋼板與中間鋼板z間夾有一層粘彈性材料，在反復軸 向力作用下，約束t形鋼板與中間鋼板產(chǎn)生相對運動，使粘彈性材料 產(chǎn)生往復剪切滯回變形，以吸收和耗散能量。圖6粘彈性阻尼器及典型滯回曲線(5)粘滯阻尼器笫一類是液體在封閉的容器中產(chǎn)生一定的流速來進行耗能的阻 尼器。在這類阻尼器中，活塞上開有小孔，并可以在充有粘性流體的 缸內(nèi)作往復運動。當活塞與筒體間產(chǎn)生相對運動時，流體從活塞的小 孔內(nèi)通過，對兩者的相對運動產(chǎn)生阻尼，從而耗散能量。笫二類是粘 滯液體在敞開的容器中產(chǎn)& -定的位移來進行耗能的阻尼器。建筑中 常用的多是第一類阻尼器。

9、粘滯阻尼器的顯著特點是對結(jié)構(gòu)只提供附 加阻尼，而不提供附加剛度，因而不會改變結(jié)構(gòu)的自振周期。其優(yōu)點 是安裝了粘滯性耗能器的支撐不會在柱端彎矩最大時給柱附加軸力。4. 我國隔震與耗能減震技術(shù)的應(yīng)用4. 1隔震技術(shù)的應(yīng)用1993年，由廣州大學周福霖主持，在汕頭市建成我國第一座夾 層橡膠墊隔震房屋。1994年，由華屮理工大學唐家祥、劉再華主持, 在安陽市建成我國第座采用鉛芯疊層橡膠隔墊的隔震房屋。2008 年汶川地震后，重建的汶川二小采用了隔震技術(shù)，根據(jù)儀器監(jiān)測，蘆 山地震發(fā)生時，學校房屋的結(jié)構(gòu)震動，比地面震動減輕了二分 采用隔震技術(shù)的蘆山縣人民醫(yī)院在蘆山地震發(fā)生后基本完好無損。4. 2耗能減震技術(shù)

10、的應(yīng)用2004年潮汕星河大廈是一座綜合性高層建筑，工程在采用了 28 個復合型鉛粘彈性阻尼器后，結(jié)構(gòu)的阻尼比由5%增大至11%,最大層 間位移角由1/740減小至1/893；歐進萍、吳斌等對t字芯板摩擦阻 尼器和t字芯板擬粘滯摩擦耗能器的工作原理進行了研究，并將其分 別應(yīng)用于云南洱源振戎中學食堂樓和教學樓的抗震設(shè)計，結(jié)構(gòu)的抗震 性能得到明顯改善。人民h報社綜合業(yè)務(wù)樓共采用了屈曲約束支撐 890根，減小結(jié)構(gòu)在水平荷載下的位移，在大震下屈崩約束支撐發(fā)揮 其耗能能力，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。5. 結(jié)束語隔震與耗能減震技術(shù)同傳統(tǒng)抗震體系相比，具有巨大的優(yōu)越性， 在超過設(shè)防烈度地震中不破壞、不倒塌，既保護建筑結(jié)構(gòu)本身，乂保 護建筑物內(nèi)部的儀器設(shè)備及人員的安全，經(jīng)濟適用，將成為建筑抗震 的主體。今后的研究可以集中在標準化、細部構(gòu)造、新產(chǎn)品的開發(fā)和 完善