顆粒阻尼技術(shù)應(yīng)用在建筑工程上的初步試驗

EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.顆粒阻尼應(yīng)用在建筑上試驗初探摘要：分析了顆粒阻尼技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)可能性，并指出了顆粒阻尼在建筑物上應(yīng)用的具體位置和安裝方式；通過單層和多層鋼框架模型的振動臺試驗，探討了砂子、鋼珠等材料作為建筑結(jié)構(gòu)顆粒阻尼材料的減振性能和減振效果。實驗表明：粗砂作為建筑結(jié)構(gòu)的顆粒阻尼材料，可以提供較大的等效阻尼比，能夠明顯減輕結(jié)構(gòu)的大震反應(yīng)。關(guān)鍵詞：顆粒阻尼；建筑物；減振控制；振動臺試驗1引言將一定粒徑的顆粒材料（如鐵砂、鉛粒等）裝入相應(yīng)的結(jié)構(gòu)空腔內(nèi)，當系統(tǒng)產(chǎn)生振動時，顆粒體在結(jié)構(gòu)空腔內(nèi)往復(fù)運動，與腔壁碰撞，同時顆粒之間也相互碰撞和摩擦，從而消耗振動能量，這種耗能作用稱為顆粒阻尼(ParticleDamping，簡稱PD)。PD技術(shù)具有應(yīng)用環(huán)境范圍廣，對原結(jié)構(gòu)改動小，產(chǎn)生的附加質(zhì)量小，作用頻帶寬，布置靈活，減振效果顯著等優(yōu)點，且具有與溫度獨立性，也無材性退化與疲勞效應(yīng)等問題，使得其適用性大大增強，是二十世紀九十年代以來，航空航天、機械等領(lǐng)域減振控制的研究熱點之一，而在建筑物上應(yīng)用則很少有研究。本文探討了顆粒阻尼在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用問題，包括顆粒阻尼材料的選取及其在結(jié)構(gòu)中的可能安放位置，并通過振動臺試驗對砂及鋼珠的減振效果進行了實驗分析。2PD在建筑物內(nèi)的安裝位置在建筑物中應(yīng)用PD技術(shù)，占用一定的建筑空間，但不能占用使用空間和使用面積。通過對比，以下位置可作為PD技術(shù)的應(yīng)用空間。(1)建筑隔墻位置。隔墻是較為理想的顆粒阻尼技術(shù)應(yīng)用位置，對于輕質(zhì)砌塊隔墻，可以在其砌筑過程中安裝PD（如圖1a所示）；(2)地暖的水管之間位置。地暖是目前冬季需要采暖的城市正在推廣使用的地面采暖方式，熱水管及其面層的空間高度在100mm左右，水管之間有300-400mm的空間填充輕骨料混凝土。顆粒阻尼器可以布置在水管之間（如圖1b所示）；(3)梁側(cè)。在梁側(cè)安裝PD，既不占用使用空間，隱蔽性又較好（如圖1c所示）；(4)屋頂保溫隔熱層。保溫隔熱層是所有位置中最理想的顆粒阻尼安裝位置，顆粒阻尼布置在保溫材料或找坡層中（（如圖1d所示）。abcd圖1PD安裝位置3PD材料的選取3.1材料初選目前，阻尼顆粒主要選用比重較大的金屬顆粒，如鋼顆粒、碳化鎢顆粒等。這類顆粒體積小、比重大，可以很好地發(fā)揮相互間的沖擊和摩擦等耗能作用，但其造價昂貴，不適合在建筑物中應(yīng)用。考慮到土木工程的特點及砂粒和卵礫的粉體力學(xué)性質(zhì)與低廉的價格，選用砂?；蚵训[作為顆粒阻尼材料將會具有良好工程應(yīng)用前景。由于砂本身粗細不均，需要按照顆粒直徑篩選，并盡量選擇顆粒等級相似的砂。為準確分析，選取篩取不同粒徑的砂(粗砂:1～2mm；細砂：0.5mm以下)和直徑在5mm以上的卵石，烘干后進行實驗。3.2實驗篩選慎將自頻咐為艱3.7H似z罰、阻尼比挖為酬0.75雅%桶的單層鋼框架誠縮尺模型槐（如圖鍬2昆所示）塌安裝于淹電磁奶振動臺上，在昏粘接于其頂部驅(qū)的不銹鋼圓盤朗中盛放一定質(zhì)石量（與結(jié)構(gòu)總揚質(zhì)量比傭為赤10伙%?。┑膿谱枘犷w粒辛，為對比減振斗效果址，將同質(zhì)量的拒鐵塊附于結(jié)構(gòu)精表面進行配重漂對比削。霸通過振動臺輸涼入則不同頻率，不斥同加速度峰值每的朗正弦波，測試吃模型的拜加速度逼反應(yīng)撿。測試久結(jié)果管表明，義模型拒加速度超反應(yīng)怪達到杜0.4蚊g遺后，盤內(nèi)的挎粗罵砂開始運動，奶而細砂則需要客更高的加速度獄，卵礫聞起動加速度較居粗砂因略低較。旺不同阻尼材料熱的龜模型姐加速度殖反應(yīng)滴不同，但均比撈盤俯內(nèi)乓未加奔砂時明顯鞭減討輕半，姻說明勵三種材料都有鋪一定的阻尼效夠果，其中接結(jié)構(gòu)的箱加速度符反應(yīng)以粗砂跳最小，沿卵石雅最大。哪瞬時阻尼比羅對比領(lǐng)（見圖泡4盞）伶表明納粗砂和卵石阻玻尼比較大，細困砂較小。綜合插以上實驗結(jié)果吹，粗砂減震效斤果最為理想。環(huán)圖最2綠畏單層框瓶架鈔呼女周概圖俊3勺加十層鋼框架澡3.4雷昆環(huán)境振動和地炭震動作用下定砂顆粒阻尼賓減振效果試驗處為進一步考查痕砂顆粒阻尼晃（以下簡客稱呆SPD嫌）燦的減振效果，軋制作了暴一睬個清前三階頻率分初別而為糧1.79贊Hz鳥、辣5.44錄Hz木、舅和碗9.08Hz誓的拘1腎1燭層鋼框架踏縮尺漫模型尤（如蘭圖駱3消所示）爺，選定粗砂作殊為暖顆粒歐阻尼材料姐，并輔以鋼珠砌作為對比材料臨。發(fā)根據(jù)橡振動臺輸入革振動波君及其加速度峰權(quán)值僻的不同甚、機顆粒阻尼爸材料及其質(zhì)量徒和位置的不同務(wù)，挪共進行了崇近制4乳0用種工況的試驗于。挑其中，傷振動臺輸入分玉別為丸ElCen固tro勤波、寧河波和廊某高架橋交通侄誘發(fā)振動的實由測記錄（簡稱灣環(huán)境振動波）安，承表亭1跡列出了滅ElCen誘tro閱波輸入下的振雁動臺試驗工況注。醋試驗結(jié)果茂表明闖（如忌圖撓4蹦所示）姥：蓮添加顆粒阻尼春器后時的攪加速度廳反應(yīng)充均小于不加阻到尼器的對比工似況綱，這說明砂阻哀尼處器任起到了風(fēng)良好無的減震效果乳；睬從表1振動臺試驗工況（ElCentro波輸入）工況號加速度峰值(g)阻尼材料質(zhì)量比位置（層）10.2粗砂2%1020.2粗砂2%7-1030.2粗砂3.5%7、1040.2粗砂3.5%4-1050.4粗砂2%1060.4粗砂2%7-1070.4粗砂3.5%7、1080.4粗砂3.5%4-1090.2鋼珠2%10100.2鋼珠2%7-10110.4鋼珠2%10120.4鋼珠2%7-10退減椅震率來咳看屯，頂部減震效吳果明顯，減震誦率造可寄達蹈到召5齊0菠％，底部減震法率勿也廁不低僑于笛10%潤；幸3.5%擔(dān)質(zhì)量比突工況的端減震效果要惑比紅2昏%烘質(zhì)量比序的麗工況山好一些眉，澡也就銜是說閱質(zhì)量比增大后竟，減震效果有材一定提高；鋼料珠傲的躍減震效果略好戒于同等情況下殿的粗砂，但謊前者在棉經(jīng)濟和躍耐腐蝕方面處等于劣勢貧；蓋分散和集中布策表1振動臺試驗工況（ElCentro波輸入）工況號加速度峰值(g)阻尼材料質(zhì)量比位置（層）10.2粗砂2%1020.2粗砂2%7-1030.2粗砂3.5%7、1040.2粗砂3.5%4-1050.4粗砂2%1060.4粗砂2%7-1070.4粗砂3.5%7、1080.4粗砂3.5%4-1090.2鋼珠2%10100.2鋼珠2%7-10110.4鋼珠2%10120.4鋼珠2%7-10才a偏三種材料引起典瞬時阻尼比對淺比痕拿利班b雷加細砂前后加竊速度對比歉圖懇4肢減振效果對比步圖粒5童減震和未減震言模型怒各層加速度時圓程阿曲線4結(jié)論繼通過振動臺試擔(dān)驗，對顆粒阻符尼技術(shù)在建筑款物振動控制中茶的應(yīng)用進行了淡探索腎，棒研究結(jié)果祖表明鉛，們粗砂取材方便挺，價格低廉，昨可以作為阻尼自材料毒在建筑上應(yīng)用蕉；系建筑物的隔墻信、地面、屋頂埋等位置都可以股放置顆粒阻尼元器咸；覆粗騎砂熱顆粒阻尼腥器謝需到振動振動斃加速度達闖到品0.4駛g室后才有較好的圖減振效果，因品此幣對建筑物的長大勒震反應(yīng)具有良額好的抑制多作用獅，找對小震及四環(huán)境振動的減籍振效果不明顯碼。參考文獻與徐志偉，陶寶置祺喚，斷營黃協(xié)通清演.NOP饞D刊顆粒減振機理津的理論及實驗虜研雖究偽[J]漫.紹航空學(xué)報黎.隸2001腔，待22(3)權(quán)，鄉(xiāng)347-35閣0首,,做乞ngong.秀Energ秤ydiss療ipatio恒npred餡iction界ofpa前rticle茫dampe嚼rs[J]挺.垂Journ信alof椒Sound陶andVi介bratio筐n持，冊2009助，炒(319)旗9魯1帶–蜘118.旱毛寬民驗,段師漢民柳,耗黃其柏禍,捧陳天寧貫,虜黃協(xié)儉清板.NOP敏D馬的橢球狀散體遙元建描模捧[J]冊.庭工程力學(xué)蛛.符2000贊,丙17(6)葛,短65-72斑Friend肚R.D.避,擦KinraV蝴.K.20世00粒.容Partic憂leImp第actDa培mping.僚撈[J]寒.Soun閱dVib.背2000因,場1(6):9扯3~118盤Poppl購ewell積N.惰,分Semerc于igilS枝.E.Per躺forman奴ceof竄thebe榮anbag風(fēng)dampe酒rfor唇asinu綿soidal曾exter鳥nalfo驢rce[J]甘.Journ朱alof告Sound壺andVi冰bratio鼻n氣,京1989騎,盆133(2)耗:193-2抹33.遮陳天寧直,垂陳花玲雞,撇黃協(xié)統(tǒng)清雕.烤豆包消振器的濁阻尼