组合建筑结构自适应减振消能实验研究.docx

组合建筑结构自适应减振消能实验研究 摘要：根据国内外的有关文献资料，本文研究了组合建筑结构自适应减振消能的方式，针对双子建筑及高低组合建筑设计了适合室内进行的试验方案，同时对减振消能的方式及减振消能的的效果做了比较分析研究。 关键词：组合建筑；振动试验；减振消能 中图分类号：TU352.1 文献标识码：A文章编号： Combination building structure experimental study of adaptive damping energy dissipation Cui Zhibang1,Li Mingbao1,Han Xiaobin1,Yang Beibei1 (1.Northeast Forestry University, Harbin 150040) Abstract: According to relevant literature at home and abroad, this paper studies the way of the combination building structure adaptive damping energy dissipation, designed for indoor test program in view of Twin building and high and low combination building and make a comparative analytical study at the same for the way of energy dissipation and the effect of energy dissipation Key words: Combination building ,Vibration test, Energy dissipation 随着城市人口的不断增长，为了满足社会经济和城市建设发展的需要，高层建筑得到了广泛应用，在充分利用土地资源的同时，其在抗震、减振方面的问题也随之显现。本研究致力于提高对双子建筑及高低组合式建筑减振方式的研究，从而应用到实际生产生活中去，提高建筑结构的抗震、减振能力，尽可能地减少由地震造成的损失。 1.组合建筑结构在抗震设计中的意义 随着经济发展和城市化进程加速，各种高层高耸建筑、大跨空间建筑等结构的大规模建设，双塔及高低组合建筑非常常见。 近年来，较大的地震在多个国家发生，造成了严重的危害，而建筑物在地震中的安全性成了我们需要考虑的第一个问题。地震作用力或者风荷载作用在弹性结构（如高层建筑），将可能会对结构体系产生破坏。因此，研究建筑结构在外力作用下的抵抗震动的能力具有重要的意义。线性弹性结构的动力反应主要取决于它的质量和弹性性质，自适应抗震减能的设计基于结构体系本身的材料和尺寸。它产生的能量将会通过结构自身的动力反应消散。减振消能结构是利用在结构中专门设置的各种耗能减振装置(主要是各种阻尼装置)来消耗地面运动的输入能量，衰减地震作用所引起的结构振动，以避免主体结构破坏或产生严重损伤。这种消能减震结构能够缓和内部的力，而且正在逐步走向成熟，许多国家包括我国在实际工程中都采用了抗震减能体系，都一致的认为它有良好的抗震性能。 2.组合建筑结构在抗震设计中的基本原理 地震对结构的影响主要是水平地震作用，因此水平抗侧力结构形式和体系对结构的抗震性能起决定性作用。常用的水平抗侧力体系有：剪力墙、框架、框筒、支撑、筒体、巨型结构。由这些水平抗侧力结构形式的不同组合，可以形成各种具有多道抗震防线的抗震结构体系，从而使主体结构的安全度明显增加。 本文的思想来源于汽车运输过程中的隔震减振问题的研究。例如，火箭、导弹运输车在运输时，路面环境是一种宽带、随机的震动，在运输过程中，运输的产品受到振动和冲击的干扰易产生疲劳损伤。为了减小振动和冲击的干扰，需要在运输的产品和车身之间配置合适的隔震装置。研究该问题的理论模型如右图（2）a所示：a b 图（2）a汽车两自由度振动模型b本文两自由度振动模型 基于此原理，本文将此运用到房屋建筑的抗震、减振中去，建立该问题的振动模型如上图（2）b，在水平向的激励信号输入下，研究M1、M2对各种激励信号的反应。动力学方程的推导：假设，输入的为正弦激励，则有：对 M1：， M2：，稳态响应：，由于振幅为的正弦激励引起的位移响应的振幅为，二者同频，比较振幅的放大情况，即： 3.组合建筑结构抗震试验及抗震分析 本试验通过施加一定频率和大小的周期性荷载（例如：）模拟水平地震作用，进而研究受周期性荷载作用的试块M1、M2的动力响应，分析试块M1、M2的质量分配、弹性件的刚度比、阻尼比等对该模型的抗震、减振性能的影响。 由理论分析可知：1、当, 无论阻尼多大，都有振幅比小于一，此时阻尼不是越大越好，而是越小越好。2、高频隔振效果较好，对低频没有隔振效果差。3、，弹簧相当于刚体。 4.结论 通过上述研究，我们可以得到自适应减振消能结构的优点如下： (1)结构安全性比传统的抗震建筑结构要高，能够有效地减小动力如风力等产生的动力效应：传统抗震结构体系的消能主要是通过主体结构中构件的弹塑性滞回消能，这会引起结构构件的破坏和损伤，影响结构的性能。而抗震减振消能结构体系设置消能装置位置明确，能够在强地震中率先消耗结构的地震输入能量，减少结构的地震反应 ，从而保护主体结构和构件免遭破坏，确保了结构在震动中的安全性。 (2)抗震减振消能结构体系更为经济，能够节省工程造价：传统抗震结构主要是通过增加配筋或者增大结构构件截面来提高结构的抗震能力，导致了结构造价的增加。抗震减振消能装置虽然增设了些消能装置，但是主体结构和消能装置分工明确，从而使结构所承受的地震作用大大减少，故整体上可以减少结构构件的设置、断面和配筋，结构的总造价反而节省了，同时又提高了结构的抗震安全性。 (3)抗震减振消能结构体系的技术合理，突破了传统建筑结构设计的限制，适用的范围更为广泛：抗震减振消能结构通过设置消能装置，使结构能够在出现变形的时候迅速消耗地震输入的能量，保护主体结构在地震中的安全性。结构越高、越柔，跨度越大，抗震减振消能效果越好。所以突破了传统建筑结构的限制（如如要求体型规则、刚度均匀、对称，刚心质心重合等等），可以做成非规则结构，是建筑结构在外形上更为美观，可以做成大跨度结构、大开间结构、超高层抗风抗震结构等。由于抗震减能结构体系的这些优点，既适用于新设计的工程结构，也适用于已有工程结构的抗震加固或抗风性能的改善；既适用于量大面广的一般建筑结构、住宅建筑，也适用于地震时要求保证绝对安全的重要工程结构（如核电站结构），大跨度梁等。 参考文献： 建筑抗震设计规范中国建筑工业出版社 周福霖.隔震、消能、减震和结构控制技术的发展和应用J.地界地震工程,1898(4):16-20 李民.附加阻尼大小对消