【精品】专业论文文献-浅谈结构耗能减震的发展及应用

1、浅谈结构耗能减震的发展及应用浅谈结构耗能减震的发展及应用摘耍：结合现代抗震设计的思路，阐述了新型建筑结构的隔震 减震技术的发展，应用，以及目前常用的的隔震减震装置，提供建筑 结构的抗震设计新思路。关键词：建筑结构，隔震，耗能减震；应用中图分类号：te08文献标识码：a文章编号：引言地震是因地壳快速释放能量过程中造成地面振动，产生巨大破坏 的一种自然灾害。自上世纪70年代以来，我国相继发生了唐山地震 （1976年）台湾集集地震（1999年）汶川地震（2008年）雅安芦山 地震（2013年）等一系列大地震，造成了巨大的财产人员伤亡，促 使人们认识到结构抗震性能的重要性。1传统的结构抗震思路在当前抗

2、震理论下形成的传统的结构抗震思路，其主要内容是：1. 1合理选择结构屈服水准的地震作用。一般先以一具有统计意 义的地面峰值加速度作为该地区地震强弱标志值（即中震的），再以 不同的r （地震力降低系数）得到不同的设计用地面运动加速度（即 小震的）来进行结构的强度设计。1. 2制定有效的抗震措施使结构确实具备设计时采用的r所对 应的延性能力。其中主要包括内力调整措施（强柱弱梁、强剪弱弯） 和抗震构造措施。1. 3合理选择了结构的屈服水准和延性要求后，通过抗震措施来 保证结构确实具有所需的延性能力，从而保证结构在中震、大震下实 现抗震设防目标。系统的抗震措施包括以下几个方面内容：“强柱弱 梁”、“强

3、剪弱弯”、抗震构造措施。2. 耗能减震理论基础单质点结构体系动力分析模型见图1单质点弹性体系运动方程：令,，得：上式为二阶常系数线性非齐次微分方程，它的解包含两个部分： 一个是对应于齐次微分方程的通解；另一个是微分方程的特解。前者 代表自由振动，后者代表强迫运动。齐次微分方程的通解：，式中可 以看出有阻尼自振频率随阻尼系数增大而减小，即阻尼愈大，自振频 率愈慢。非齐次线性微分方程的特解:分析运动方程及其解答可以看 到：地面运动加速度直接影响体系地震反应的大小；而不同频率（或 周期）的单自由度体系，在相同的地面运动下会有不同的地震反应； 阻尼比对体系的地震反应有直接的影响，阻尼比愈大则弹性反应愈

4、 小。3. 耗能减震概念地震发生时，地震波通过建筑物基础将振动传递给建筑物，若要 建筑物停止振动，就要把建筑所具有的振动能量耗散掉。耗能减震主 要是通过在结构体系内部设置耗能构件或阻尼元件，以增大阻尼，得 到一个周期长于原有自振周期和场地卓越周期的结构，通过耗能（阻 尼）装置产生摩擦、弯曲（或剪切、扭转）弹塑性滞回变形來耗散或 吸收地震输入结构的能量，以减少主体结构的地震反应。3. 1隔震与耗能减震技术的分类3. 1. 1隔震技术分类图2叠层橡胶铅芯隔震支座在我国，隔震结构中应用最为广泛的是天然橡胶支座和铅芯橡胶 支座，对于高阻尼支座和滑板（动）支座应用极少，主要是因为国内 半产的这儿种支座性

5、能稍差。另外，滚动支座在我国隔震结构中尚无 应用，这方面理论与技术的研发有待进一步完善。运用最成熟、最广 泛的是叠层橡胶垫隔震技术，即采用叠层橡胶隔震垫为隔震器的隔震 技术。所谓叠层橡胶垫隔震垫，是指由钢板和橡胶叠合而成，具有很大的竖向刚度（相当于同截面钢筋栓柱）和较小的水平刚度（约为同 截面钢筋栓柱的1/1000）,分为普通型（gzp*）支座和有铅芯型（gzy*） 支座，目前我国釆用的是建筑隔震橡胶支座jg118-2000建设部 产品标准，我国已能提供质量高、价格适当的系列产品。3. 12减震技术分类根据耗能机制的不同可分为摩擦耗能器。钢弹塑性耗能器、铅挤 压阻尼器、粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器

6、等；根据耗能器耗能的依赖性 可分为速度相关型（如粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器）和位移相关型（如摩擦耗能器、钢弹塑性耗能器和铅挤压阻尼器）等。3. 2摩擦耗能器摩擦耗能器是根据摩擦做功耗散能量的原理设计的。目前有多种 不同构造的摩擦耗能器，如pall型摩擦耗能器、限位摩擦耗能器、 摩擦滑动螺栓节点等。摩擦耗能器种类很多，但都具有很好的滞回特 性,滞回环呈矩形，耗能能力强,工作性能稳定等特点。摩擦耗能器 一般安装在支撑上形成摩擦耗能支撑图3pall型摩擦耗能器及典型滞回曲线2）钢弹塑性耗能器软钢具有较好的屈服后性能，利用其进入弹塑性范围后的良好滞 回特性。目前已研究开发了多种耗能装置，如加劲阻尼（ad

7、as）装置、 锥形钢耗能器、圆环（或方框）钢耗能器、双环钢耗能器、加劲圆环 耗能器。低屈服点钢耗能器等。这类耗能器具有滞回性能稳定，耗能 能力大，长期可靠并不受环境与温度影响。图4低屈服点钢阻尼器的构造及典型滞冋曲线3）铅挤压阻尼器铅发生塑性变形时晶格被拉长或错动，一部分能量将转换成热 量，另一部分能量为促使再结晶而消耗，使铅的组织和性能回复至变 形前的状态。铅的动态回复与再结晶过程在常温下进行，耗时短且无疲劳现象，因此具有稳定的耗能能力。其滞回曲线基木呈矩形，如图5 (c)o图5铅挤压阻尼器及典型滞回曲线(4)粘弹性阻尼器粘弹性阻尼器是由粘弹性材料和约束钢板所组成。典型的粘弹性 阻尼器如图6

8、(a)所示，它是由两个t形约束钢板夹一块矩形钢板所 组成，t形约束钢板与中间钢板z间夹有一层粘弹性材料，在反复轴 向力作用下，约束t形钢板与中间钢板产生相对运动，使粘弹性材料 产生往复剪切滞回变形，以吸收和耗散能量。图6粘弹性阻尼器及典型滞回曲线(5)粘滞阻尼器笫一类是液体在封闭的容器中产生一定的流速来进行耗能的阻 尼器。在这类阻尼器中，活塞上开有小孔，并可以在充有粘性流体的 缸内作往复运动。当活塞与筒体间产生相对运动时，流体从活塞的小 孔内通过，对两者的相对运动产生阻尼，从而耗散能量。笫二类是粘 滞液体在敞开的容器中产& -定的位移來进行耗能的阻尼器。建筑中 常用的多是第一类阻尼器。

9、粘滞阻尼器的显著特点是对结构只提供附 加阻尼，而不提供附加刚度，因而不会改变结构的自振周期。其优点 是安装了粘滞性耗能器的支撑不会在柱端弯矩最大时给柱附加轴力。4. 我国隔震与耗能减震技术的应用4. 1隔震技术的应用1993年，由广州大学周福霖主持，在汕头市建成我国第一座夹 层橡胶垫隔震房屋。1994年，由华屮理工大学唐家祥、刘再华主持, 在安阳市建成我国第座采用铅芯叠层橡胶隔垫的隔震房屋。2008 年汶川地震后，重建的汶川二小采用了隔震技术，根据仪器监测，芦 山地震发生时，学校房屋的结构震动，比地面震动减轻了二分 采用隔震技术的芦山县人民医院在芦山地震发生后基本完好无损。4. 2耗能减震技术

10、的应用2004年潮汕星河大厦是一座综合性高层建筑，工程在采用了 28 个复合型铅粘弹性阻尼器后，结构的阻尼比由5%增大至11%,最大层 间位移角由1/740减小至1/893；欧进萍、吴斌等对t字芯板摩擦阻 尼器和t字芯板拟粘滞摩擦耗能器的工作原理进行了研究，并将其分 别应用于云南洱源振戎中学食堂楼和教学楼的抗震设计，结构的抗震 性能得到明显改善。人民h报社综合业务楼共采用了屈曲约束支撑 890根，减小结构在水平荷载下的位移，在大震下屈崩约束支撑发挥 其耗能能力，提高了结构的抗震性能。5. 结束语隔震与耗能减震技术同传统抗震体系相比，具有巨大的优越性， 在超过设防烈度地震中不破坏、不倒塌，既保护建筑结构本身，乂保 护建筑物内部的仪器设备及人员的安全，经济适用，将成为建筑抗震 的主体。今后的研究可以集中在标准化、细部构造、新产品的开发和 完善