結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制常用

1、結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制常用技術(shù)1、概述2、結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制研究與應(yīng)用3、被動(dòng)控制的發(fā)展方向1概述1.1傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)主要利用主體結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件屈服后的塑性變形和滯回耗能來耗散地震的能量，其抗震性能在很大程度上依賴于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性。故在以往的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，主要通過在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)置多道抗震設(shè)防線、選用耗能構(gòu)件和對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度、承載力、延性的合理匹配來提高結(jié)構(gòu)抗震性能。這些方法除了對(duì)地震烈度的適應(yīng)性不佳外,保護(hù)目標(biāo)也比較單一，而且使造價(jià)大大增加。1.2結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制設(shè)計(jì)近年來在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制技術(shù)通過在結(jié)構(gòu)內(nèi)的某些部位安裝經(jīng)過調(diào)整的阻尼器、隔震器等控制裝置耗散或隔離地震能量，以避

2、免或減少地震能量向上部結(jié)構(gòu)的傳輸，減少結(jié)構(gòu)的水平地震作用，使結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)減輕，從而消除或減輕結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)的地震損壞，增強(qiáng)建筑物及內(nèi)部設(shè)施和人員的地震安全性，提高建筑物的抗震能力。隨著科技的發(fā)展，這種技術(shù)越來越受到人們的重視。2結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制研究與應(yīng)用2.1基底隔震技術(shù)2.1.1基底隔震技術(shù)原理基底隔震技術(shù)是在結(jié)構(gòu)地面以上部分的底部設(shè)置隔離層，使之與固結(jié)于地基中的基礎(chǔ)頂面分隔開，使地震能量傳遞不到主體結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)振動(dòng)的作用。隔震裝置具有可變的水平剛度，在強(qiáng)風(fēng)或微小地震時(shí)，具有足夠的水平剛度，上部結(jié)構(gòu)水平位移極小，不影響使用要求。在中等強(qiáng)度地震下，其水平剛度較小，上部結(jié)構(gòu)水平滑動(dòng)，使剛性的

3、抗震結(jié)構(gòu)體系變?yōu)槿嵝愿粽鸾Y(jié)構(gòu)體系，其固有自振周期大大延長，遠(yuǎn)離下部結(jié)構(gòu)的自振周期和地面的場地特征周期，從而把地面振動(dòng)有效地隔開，明顯地降低上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。隔震系統(tǒng)無隔震系統(tǒng)基底隔震示意圖LRB支座結(jié)構(gòu)示意圖2.1.2常用基底隔震支座(1) 天然橡膠支座天然橡膠支座(RB)是一種由連接鋼板，橡膠層和加勁鋼板造成的隔震支座，該支座具有較高的豎向承載力和良好的水平變形能力。目前已在建筑、橋梁等結(jié)構(gòu)震設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這種支座構(gòu)造簡單，加工制造方便，成本低廉。工作性能可靠，具有良好的彈性耐力，其豎向承載力和變形能力與鋼筋混凝土相當(dāng)。同時(shí)有水平動(dòng)力助力特性和優(yōu)

4、良的變形復(fù)位能力，可以改善整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。不需要經(jīng)常性養(yǎng)護(hù)，可減少養(yǎng)護(hù)工作量。-LttH(2) 鉛芯橡膠支座鉛芯橡膠支座(LRB)是在普通天然橡膠支座的中心插入鉛芯，以改善橡膠支座阻尼性能的一種減震支座。鉛芯橡膠支座除能承受結(jié)構(gòu)的豎向力和水平力外，鉛芯產(chǎn)生的滯后阻尼的塑性變形還能吸收地震能量，并可通過橡膠提供水平恢復(fù)力。鉛芯橡膠支座作為一種有效的結(jié)構(gòu)減隔震裝置，已廣泛用于橋梁、建筑物及其他土木結(jié)構(gòu)中。上內(nèi)刪*伸曲就-(3) 高阻尼橡膠支座在天然橡膠中加入各種配合劑，可以提高橡膠的阻尼性能，利用這種具有阻尼效果的橡膠制成的支座稱為高阻尼橡膠支座(HDRB)o這種支座具有較高的強(qiáng)度和豎向剛度，

5、能夠承受較大的豎向荷載。HDRB支座除具備較強(qiáng)的水平變形能力外，對(duì)水平變形還有一定的抵抗作用,這種抵抗作用可有效地吸收地震能量。地震發(fā)生時(shí)，支座在外力作用下產(chǎn)生一定變形，吸收地震能量;地震發(fā)生后，支座通過橡膠的恢復(fù)力回到初始位置。設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)60年。設(shè)計(jì)最大阻尼比可達(dá)到25%。上色I(xiàn)I儲(chǔ)仗“鉀縱2.1.3基底隔震技術(shù)在工程中的應(yīng)用振支座蘆山縣人民醫(yī)院隔震支座2.2耗能減震技術(shù)2.2.1耗能減震技術(shù)原理結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)是在結(jié)構(gòu)物的某些部位（節(jié)點(diǎn)或連接處）設(shè)置阻尼器，或把某些非承重構(gòu)件（如支撐剪力墻）設(shè)計(jì)成耗能桿件，在風(fēng)荷載或輕微地震時(shí)，這些阻尼器或耗能桿件仍處于彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)物仍具有足夠的側(cè)

6、向剛度以滿足正常使用要求。在強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)，隨著結(jié)構(gòu)受力和變形的增大，這些阻尼器或耗能桿件率先進(jìn)入非彈性變形狀態(tài)，產(chǎn)生較大阻尼，大量消耗作用于結(jié)構(gòu)的地震能量，從而使主體結(jié)構(gòu)避免進(jìn)入明顯的非彈性狀態(tài)并迅速衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震中免遭破壞，被廣泛用于高層建筑、高聳構(gòu)筑物（塔、架等）的抗震或抗風(fēng)，單層工業(yè)廠房排架縱向抗震，管線系統(tǒng)減震保護(hù)等。222常用消能阻尼器(1) 金屬阻尼器金屬阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖金屬屈服是消耗地震輸入能量的有效方式之一。可以利用金屬材料進(jìn)入彈塑性范圍以后良好的滯回性能控制結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)。金屬阻尼器布置形式（2）粘滯阻尼器粘滯阻尼器一般由缸筒、活塞、阻尼通道、阻尼介質(zhì)

7、（粘滯流體）和導(dǎo)桿等部分組成。當(dāng)工程結(jié)構(gòu)因振動(dòng)而發(fā)生變形時(shí)，安裝在結(jié)構(gòu)中的粘滯阻尼器的活塞與缸筒之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于活塞前后的壓力差使粘滯流體從阻尼通道中通過，從而產(chǎn)生阻尼力耗散外界輸入結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量，達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的目的。粘滯阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖（3）屈曲約束支撐屈曲約束支撐（RB-BRB）又稱為防屈曲支撐、無粘結(jié)支撐，是在受壓容易發(fā)生屈曲及屈曲后滯回耗能能力變差的普通鋼支撐的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，屬于一種新型的金屬屈服型阻尼器。工作機(jī)理是利用低屈服點(diǎn)芯材軸向受壓、受拉均能屈服而耗散地震或風(fēng)振能量，是目前建筑用各類阻尼器中耗能效果較好的一類被動(dòng)位移相關(guān)型阻尼器，可廣泛應(yīng)用于各類新建建筑及已有

8、建筑的抗震加固改造工程。屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)示意圖2.2.3消能減震技術(shù)在工程中的應(yīng)用宿遷第一人民醫(yī)院中使用的粘滯阻尼器臺(tái)北市中山區(qū)行政中心加固用的金屬阻尼器2.3吸能減震技術(shù)2.3.1吸能減震技術(shù)原理吸能減震技術(shù)是通過附加的子結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的振動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)移，即使原結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量在原結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)之間重新分配，從而達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。附加的子結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量、剛度和阻尼，因而可以調(diào)整子結(jié)構(gòu)的自振頻率，使其盡量接近主結(jié)構(gòu)的基本頻率或激振頻率。這樣當(dāng)主結(jié)構(gòu)受激勵(lì)而振動(dòng)時(shí)，子結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與主結(jié)構(gòu)振動(dòng)方向相反的慣性力作用在主結(jié)構(gòu)上,使主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)衰減并受到控制。2.32常用吸能減震阻尼器(1) 調(diào)諧質(zhì)量

9、阻尼器調(diào)諧質(zhì)量阻尼器又叫動(dòng)力吸振器，是結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制措施的一種。通過在主結(jié)構(gòu)上增加一個(gè)輔助機(jī)構(gòu)，在主結(jié)構(gòu)受到外界動(dòng)態(tài)力作用時(shí)，提供一個(gè)頻率幾乎相等，與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向相反的力，來部分抵消外界激勵(lì)引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。(2) 調(diào)頻液體阻尼器調(diào)諧液體阻尼器利用固定水箱中的液體在晃動(dòng)過程中產(chǎn)生的動(dòng)側(cè)力來提供減振作用。其具有構(gòu)造簡單，安裝容易，自動(dòng)激活性能好，不需要啟動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，可兼作供水水箱使用。2.3.3吸能減震技術(shù)在工程中的應(yīng)用臺(tái)北101擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器日本ShinYokohamaPrince旅館調(diào)諧液體阻尼器3被動(dòng)控制的發(fā)展方向(1) 多維地震動(dòng)控制技術(shù)的研究，研究不僅能控制一維，而且能控制二維、三維及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的技術(shù)；(2) 新型高效、高衰減被動(dòng)