結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)

1、-!結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù) 1、結(jié)構(gòu)消能減震的基本概念地震發(fā)生時地面震動引起結(jié)構(gòu)物的震動反應，地面地震能量向結(jié)構(gòu)物輸入。結(jié)構(gòu) 物接收了大量的地震能量， 必然要進行能量 轉(zhuǎn)換或消耗才能最后終止震動反應。消能減震技術(shù)是將結(jié)構(gòu)的某些構(gòu)件設(shè)計成消能構(gòu)件， 或在結(jié)構(gòu)的某些部位裝設(shè)消 能裝置。在風或小震作用時，這些消能構(gòu)件 或消能裝置具有足夠的初始剛度， 處于彈性 狀態(tài)，結(jié)構(gòu)具有足夠的側(cè)向剛度以滿足正常 使用要求；當出現(xiàn)大風或大震作用時，隨著 結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的增大， 消能構(gòu)件或消能裝置 率先進入非彈性狀態(tài)，產(chǎn)生較大阻尼，大量 消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震或風振能量， 使主體結(jié) 構(gòu)避免出現(xiàn)明顯的非彈性狀態(tài)， 且迅速衰減 結(jié)構(gòu)

2、的地震或風振反應（位移、速度、加速度等），保護主體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在強地震或大 風中免遭破壞或倒塌， 達到減震抗震的目的 消能部件 （消能構(gòu)件或消能裝置及其連接件） 按照不同“構(gòu)件型式”分為消能支撐、消能 剪力墻、消能支承或懸吊構(gòu)件、消能節(jié)點、 消能連接等。 消能部件中的消能器（又稱 阻尼器） 分為速度相關(guān)型如黏滯流體阻尼器、 黏彈性阻尼器、 黏滯阻尼墻、 黏彈性阻尼墻； 位移相關(guān)型如金屬屈服型阻尼器、 摩擦阻尼TMD）、器等，和其它類型如調(diào)頻質(zhì)量阻尼器調(diào)頻液體阻尼器（TLD）等。采用消能減震 技術(shù)的結(jié)構(gòu)體系與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系相比，具有大震安全性、經(jīng)濟性和技術(shù)合理性。技術(shù)指標： 建筑結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計

3、方案，應根據(jù)建筑抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、 場地條件、建筑結(jié)構(gòu)方案和建筑使用要求， 與采用抗震設(shè)計的設(shè)計方案進行技術(shù)、 經(jīng)濟可行性的對比分析后確定。 采用消能減震技 術(shù)結(jié)構(gòu)體系的計算分析應依據(jù) 建筑抗震設(shè) 計規(guī)范 GB50011 進行，設(shè)計安裝做法應遵 循國家建筑標準設(shè)計圖集 建筑結(jié)構(gòu)消能減 震（振）設(shè)計09SG610-2,其產(chǎn)品應符合建 筑消能阻尼器 JG/T209 的規(guī)定。適用范圍： 消能減震技術(shù)主要應用于高層建筑，高聳塔架， 大跨度橋梁， 柔性管道、 管線（生命線工程 ） ，既有建筑的抗震 （或抗 風）性能的改善等。傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系， 容許結(jié)構(gòu)及承重構(gòu)件（柱、粱、節(jié)點等 ）在地震中出現(xiàn)

4、損壞結(jié)構(gòu) 及承重構(gòu)件地震中的損壞過程， 就是地震能 量的“消能”過程。結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的嚴重破壞 或倒塌， 就是地震能量轉(zhuǎn)換或消耗的最終完 成。結(jié)構(gòu)消能減震體系， 就是把結(jié)構(gòu)物的某墻、連接件等 ）M/些非承重構(gòu)件 （ 如支撐、剪力 設(shè)計成消能桿件，或在結(jié)構(gòu)的某部位 （ 層間 空間、節(jié)點、聯(lián)結(jié)縫等 ） 裝設(shè)消能裝置。 在 風或小地震時， 這些消能構(gòu)件或消能裝置具 有足夠的初紿剛度，處于彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)物 仍具有足夠的側(cè)向剛度以滿足使用要求。 當 出現(xiàn)中、強地震時，隨著結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的增大消能構(gòu)件或消能裝置率先進人非彈性狀 態(tài)，產(chǎn)生較大阻尼，大量消耗輸人結(jié)構(gòu)的地 震能量， 使主體結(jié)構(gòu)避免出現(xiàn)明顯的非彈性 狀

5、態(tài)， 并且迅速衰減結(jié)構(gòu)的地震反應 （ 位移、 速度、加速度等 ） ，從而保護主體結(jié)構(gòu)及構(gòu) 件在強地震中免遭破壞， 確保主體結(jié)構(gòu)在強 地震中的安全。消能減震結(jié)構(gòu)體系與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系相對比，具有下述優(yōu)越性：安全性： 傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系實質(zhì)上是把結(jié) 構(gòu)本身及主要承重構(gòu)件 （ 柱、梁、節(jié)點等 ） 作 為“消能”構(gòu)件。按照傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法 容 許結(jié)構(gòu)本身及構(gòu)件在地震中出現(xiàn)不同程度 的損壞。由于地震烈度的隨機變化性和結(jié)構(gòu) 實際抗震能力設(shè)計計算的誤差， 結(jié)構(gòu)在地震 中的損壞程度難以控制； 特別是出現(xiàn)超烈度 強地震時，結(jié)構(gòu)難以確保安全。消能減震結(jié)構(gòu)體系由于特別設(shè)置非承重的消能構(gòu)件 （ 消能支撐、 消能剪力墻等

6、 ） 或 消能裝置，它們具有極大的消能能力，在強 地震中能率先消耗結(jié)構(gòu)的地震能量， 迅速衰 減結(jié)構(gòu)的地震反應， 并保護主體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件 免遭損壞，確保結(jié)構(gòu)在強地震中的安全。據(jù)我國對消能臧震結(jié)構(gòu)的振動臺試驗1995） 及國外（冼巧玲、周福霖、俞公驊， 者完成的振動臺試驗 （Pull ， 1988； Kelly ， 1990；soong，1992） 可知，消能減震結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)相對比，其地震反應減少40%G- 60%另外，消能構(gòu)件 （或裝置 ）屬“非結(jié)構(gòu)構(gòu)件”，即非承重構(gòu)件，其功能僅是在結(jié)構(gòu)變 形過程中發(fā)揮消能作用， 而不承擔結(jié)構(gòu)的承 載作用，即它對結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性不 構(gòu)成任何影響或威脅。

7、所以，消能減震結(jié)構(gòu) 體系是一種非常安全可靠的結(jié)構(gòu)減震體系。性：傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)采用“硬抗”地震的途徑，通過加強結(jié)構(gòu)、加大構(gòu)件斷面、加 多配筋等途徑中提高抗震性能，因而，抗震 結(jié)構(gòu)的造價大大提高。消能減震結(jié)構(gòu)是通過“柔性消能”的途徑以減少結(jié)構(gòu)地震反應，因而，可以減少剪 力墻的設(shè)置，減小構(gòu)造斷面，減少配筋，而 其耐震安全度反而提高。 據(jù)國內(nèi)外工程應用 總結(jié)資料。 采用消能減震結(jié)構(gòu)體系比采用傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系，可節(jié)約結(jié)構(gòu)造價5%10% 若用于舊有建筑結(jié)構(gòu)的耐震性能改造加固， 消能減震加固方法比傳統(tǒng)抗震加固方法， 節(jié) 省建造價 10% 60%。技術(shù)合理性： 傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系是通過加重的制約強結(jié)構(gòu)，提高側(cè)向剛

8、度以滿足抗震要求的： 但結(jié)構(gòu)越加強剛度越大，地震作用 （ 荷載 ） 也越大只能再加強結(jié)構(gòu)。如此惡性借環(huán)， 其結(jié)果，除了安全性、經(jīng)濟性問題外，對于 采用高強、輕質(zhì)材料 （ 強度高、斷面小、剛 度小 ） 的高層建筑、超高層建筑、夫跨度結(jié) 構(gòu)及橋梁等的技術(shù)發(fā)展，造成嚴消能減震結(jié)構(gòu)則是通過設(shè)置消能構(gòu)件或裝置，使結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)變形時大量迅速消耗 地震能量， 保護主體結(jié)構(gòu)在強地震中的安全。 結(jié)構(gòu)越高、跨度越大， 消能減震效果越顯著。 因而，消能減震技術(shù)必將成為采用高強輕質(zhì) 材料的高柔結(jié)構(gòu) （ 超高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu) 及橋梁等 ） 的合理新途徑。由于消能減震結(jié)構(gòu)體系有上述優(yōu)越性， 已被廣泛、成功地應用于“柔性”

9、工程結(jié)構(gòu) 物的減震 （ 或抗風 ） 。一般來說，層數(shù)越多、高度越高、跨度越大、變形越大，消能減震效果越明顯。所以多被應用于下述結(jié)構(gòu)： 高層建筑，超高層建筑；高柔結(jié)構(gòu)，高聳塔架；大跨度橋梁；柔性管道、管線（生命線工程）：舊有高 柔建筑或結(jié)構(gòu)物的抗震 （ 或抗風 ） 性能的改 善提高。結(jié)構(gòu)消能減震體系由主體結(jié)構(gòu)和消能構(gòu)件 （ 或裝置 ） 組成，可按消能構(gòu)件的不同“構(gòu)件型式” 和消能裝置的不同 “消能型式-I廠I消能龍揮11 rfUiteW力堆消能減竇堵構(gòu)（或裳S-!2、消能構(gòu)件的不同構(gòu)造形式結(jié)構(gòu)消能減震體系中的消能構(gòu)件（或裝置），按照其構(gòu)造形式可以做成:消能支撐：消能支撐可“代替一般的結(jié)構(gòu)支撐，在

10、抗震（或抗風）中發(fā)揮支撐的水平剛度和消能減震作用。消能支撐可以做成方框 支撐、圓框支撐、交叉桿支撐、斜桿支撐、K形支撐、雙K形支撐等。 消能剪力墻：消能剪力墻可代替一般結(jié)構(gòu)的剪力墻，在抗震（或抗風）中發(fā)揮剪力墻的水平剛度和消能減震作用。 消能剪力墻可做周邊縫剪力墻、整體剪力墻、分離式剪力墻 等。Ct）橫#芬力培fc）最軽購力(ASH 材*4町處體力arrLTf5居磚tfT Cj(1 J |htr（0孫離式剪丈墻 消能節(jié)點：在結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點或粱節(jié)點 處裝設(shè)消能裝置。當結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向位移，在 節(jié)點處產(chǎn)牛角度變化、轉(zhuǎn)動式錯動時.消能 裝置即發(fā)揮消能減震作用。8)黜能節(jié)貞(b) $涓能布點 消能聯(lián)結(jié)：在

11、結(jié)構(gòu)的縫隙處或結(jié)構(gòu)構(gòu)件之 間的聯(lián)結(jié)處設(shè)置消能裝置。 當結(jié)構(gòu)在縫隙或 聯(lián)結(jié)處產(chǎn)生相對變形時， 消能裝置即發(fā)揮消 能減震作用。 消能支撐或懸吊構(gòu)件：對于某些線結(jié)構(gòu) (如管道、線路等)，設(shè)置各種支撐或懸吊消 能裝置。當線結(jié)構(gòu)發(fā)生震動時，支承或懸吊件即發(fā)揮消能減震作用。,|二一皿” 1!Mm.3、消能裝置的不同消能形式消能構(gòu)件中裝設(shè)有消能裝置； 消能裝置 的功能是， 當構(gòu)件 （ 或節(jié)點 ） 發(fā)生相對位移或 轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生較大的阻尼從而發(fā)揮消能減 震作用。為了達到最佳消能效果，要求消能 裝置提供最大的阻尼， 即當構(gòu)件 （ 或節(jié)點 ） 在 力（ 或彎矩 ） 作用下發(fā)生位移 （ 或轉(zhuǎn)動 ） 時，所 做的功最大。 為了使消能裝置具有較大 的消能能力可以采用多種消能形式，有下述幾種：摩擦消能： 如摩擦消能支撐， 摩擦節(jié)點（圖2-6-16） ；（圖鋼件 （ 梁、板、棒 ） 非彈性消能裝置2-6-17） ；（圖材料塑性變形消能：如擠壓鉛阻尼器2-6-18） ；材料粘彈性消能裝置 （ 圖 2