隔震减震与结构控制

第十一章:隔震减震与结构控制

第十一章:隔震减震与结构控制

11.1概述11.2隔震的原理与方法11.3减震的原理与方法11.4结构主动控制初步

11.1概述

产生传递引起震源

地震波建筑物所在场地结构的地震反应

结构抗震设计思想的演化与发展

地震位移反应地震剪力小大小大地震内力

结构抗震设计思想的演化与发展

地震动作用下结构位移过大,实践上的困难延性结构体系刚性结构体系反应接近地面地震运动一般不发生结构强度破坏导致材料的浪费柔性结构体系减少结构物的刚性避免结构与地面运动发生类共振减轻地震力

结构抗震设计思想的演化与发展

“延性结构体系”基本要求实现延性结构体系设计是工程师所追求的抗震基本目标适当控制结构物的刚度与强度结构构件进入非弹性状态后仍具有较大的延性通过塑性变形消耗地震能量“坏而不倒”

结构抗震设计思想的演化与发展

当地基本烈度地震建筑物可能进入非弹性破坏状态装修与内部设备破坏延性结构体系的结构被动抵御地震作用作用导致巨大经济损失某些生命线工程损失更是难以估量延性结构体系的应用也有了一定的局限性隔震、减震、制振技术一、概述震源传播途径结构反应消震隔震被动减震主动减震基底隔震悬挂隔震耗能减震冲击减震吸振减振11.1概述从控制理论的观点，上述方法又分为两大类减震方法：（1）被动控制方法。这种方法无外部能源供给，也称无源控制技术。包括隔震技术和被动减震技术。（2）主动控制方法。这种方法有外部能源供给，也称有源控制技术。与传统的消极抗震方法相比，减震方法优点：（1）减小地震作用，降低结构造价，提高结构抗震可靠度。隔震方法能够控制传到结构上的地震力，克服确定荷载的困难。（2）减小结构在地震作用下的变形，保证非结构构件不破坏，减小震后维修费用，对现代建筑，非结构构件的造价占总造价的80％以上。（3）隔震、减震装置的更换或维修比更换、维修结构构件方便、经济（4）精密加工设备、核工业设备等结构物，只能用隔震、减震的方法满足严格的抗震要求

结构抗震设计思想的演化与发展

隔震：地震动结构隔离装置隔开减小结构振动主要方法基底隔震悬挂隔震通过某种装置，将地震动与结构隔开，减弱或改变地震动对结构作用的强度或方式，达到减小结构振动的目的

11.1结构抗震设计思想的演化与发展

香港汇丰银行（悬挂隔震）南加州大学医院（隔震结构）

11.1结构抗震设计思想的演化与发展

减震：地震结构减轻结构振动耗能装置或附加子结构耗能主要方法耗能减震冲击减震吸振减震通过减弱震源振动强度达到减小结构振动的方法

11.1结构抗震设计思想的演化与发展

主动控制（狭义的制震技术）自动控制系统施加控制力地震结构减小结构振动

11.1结构抗震设计思想的演化与发展

研究、探索并部分应用于工程实践的时期。隔震技术实用阶段减震制振技术

11.2隔震原理与方法

11.2.1隔震原理隔震基底隔震悬挂隔震结构物地面以上部分隔震层隔开限制地震动向结构物的传递固结于地基中的基础

11.2隔震原理与方法

11.2.1隔震原理

11.2隔震原理与方法

基底隔震结构设计应注意:(1).在满足必要的竖向承载力的前提下，隔震装置的水平刚度应尽可

能小，以使结构周期尽可能远离地震动的卓越周期范围(2).保证隔震结构在强风作用下不致有太大的位移。通常要求在隔震结构系统底部安装风稳定装置或用阻尼器与隔震装置联合构成基底隔震系统。11.2.1隔震原理

11.2隔震原理与方法

11.2.2隔震分析模型隔震建筑系统动力分析模型单质点模型多质点模型空间分析模型

11.2隔震原理与方法

11.2.2隔震分析模型--单质点模型动力平衡方程:—结构的总质量；

—隔震层的阻尼系数和水平刚度；—上部简化刚体相对于地面的加速度、速度与位移；—地面加速度过程。上部结构侧移刚度远大于隔震层的水平刚度上部结构近似为一个刚体单质点模型

11.2隔震原理与方法

11.2.2隔震分析模型—多质点模型隔震层简化等效粘滞阻尼比计算式为：

水平刚度为k阻尼系数为c结构层隔震支座数量第i个隔震支座的水平动刚度第i个隔震支座的等效粘滞阻尼比。水平动刚度计算式为:11.短2隔震原都理与方蹄法11御.2头.2隔震分闯析模型隔震娘装置隔震请层以均上结涂构的惯水平输地震遭作用有效铁降级采用水或平向减址震系数匹的概念化反映这右一特点层间剪力最大比值0.530.350.260.18水平向减震系数0.750.500.380.25层间剪掠力最大蜂比值与劝水平向违减震系认数的对睁应关系水平向酸减震系欠数不宜倾低于0.偶25，且枪隔震忽结构羽的总螺水平福地震贩作用向不得犹低于材非隔惯震结昼构在6度设汗防时睬的总砍水平价地震斯作用11.辣2隔震扶原理灶与方挽法11.尼2.3常用尚隔震腿装置--橡胶舍支座粉隔震11.敞2隔震援原理匠与方铜法1.橡胶支诸座隔震—实例南加执州大印学医展院（具隔震劈燕结构菊）橄榄景劫医院（拜抗震结血构）199皂4年1月17日，美兼国圣菲预尔南多遭发生洛曲杉矶地联震，震锄级M=斥6.价7，直劫下型览地震基础贺加速岁度0.券49调g顶层加谜速度0.疮21停g加速迎度折世减系准数为1.8底层勇加速驻度0.8邀2g，顶层加税速度2.昏31膀g,加速度眯放大系愤数为2.8橡胶支胡座隔震蛛系统的皆更优越11.刚2隔震原梯理与方扩法橡胶支庙座隔震—实例11.串2隔震趣原理培与方忌法橡胶挥支座良隔震橡胶支宫座钢板叠勾层橡胶沙支座铝芯橡熟胶支座石墨橡胜胶支座在天然叮橡胶中陶加入石禽墨大幅烘度提高草橡胶支类座的阻半尼实际拜中应料用还俗不多11怨.2隔震砌原理凭与方吼法橡胶赔支座河隔震钢板：限制朝橡胶旱片的云横向纵变形鹅使座泥竖向妙刚度挖较纯养橡胶忧支座离大大暂增加橡胶片拌：总厚度捕越小所胸能承受熔的竖向臭荷载越息大钢板叠晒层橡胶咸支座支座领内阻危尼较绝小，焰常需影配合释阻尼争器一线起使焰用11.同2隔震墨原理贞与方直法橡胶支叹座隔震叠层橡翻胶支座牢中间钻疮孔灌端入铝针芯提高支同座大变按形时的吸饮能能力集隔映震器定与阻疫尼器稠于一提身，花因而盈可以饰独立有使用11.嫌2隔震岁原理瞒与方钞法橡胶摇支座秤隔震杏：水平刚铲度是竖来向刚度介的1%左右具有显摧著的非牢线性变蜻形特征小变泊形，蚀刚度滔大，威抗风似有利大变腥形，亡橡胶送剪切浸刚度撇下降驰，结菠构频啦率降呆低，瓜结构矩反应民减少橡胶杏剪应驴变超果过50%以后，世刚度又速逐渐有悄所回升兼，起到汁安全阀砍的作用成，有利吼于防止笛建筑的凭过量位玩移11炊.2隔震后原理哪与方难法橡胶支亏座隔震：设计树的关交键--合理遣确定刘隔震皱支座码承受通的应赛力我国丝式建筑公抗震香设计拉规范陷规定：隔震层浩各橡胶暖隔震支爱座，考斗虑永久送荷载和凯可变荷坏载组合刚的竖向疑平均压车应力设颈计值不压应超下贞表的规刃定。建筑类别甲类建筑乙类建筑丙类建筑平均压应力（Mpa）101215橡胶隔肉震支座卷平均压罗应力限杨值注：1.对需验潮算倾覆密的结构苗，平均树压应力铃设计值聚应包括萍水平地抚震作用息效应；2.对需科进行都竖向桐地震浇作用迁计算避的结辟构，危平均础压应丘力设优计值蚕应包竞括竖吩向地震燃作用晴效应悼；在罕挪遇地孩震作彩用下怖，不偿宜出僵现拉疲应力11.致2隔震认原理眯与方握法橡胶支赏座隔震详：隔震支知座对应开于罕遇最地震水巩平剪力钓的水平炮位移，棵应符合座下列要嚷求：罕遇地纪震作用熄下，第i个隔震锤支座考尘虑扭转需的水平哑位移第i个隔震州支座的滔水平位晃移限值夜；对橡胶买隔震支楼座，不广应超过览该支座捐有效直努径的0.妈55倍和支熊座各橡辱胶层总递厚度3.踩0倍二悦者的御较小碎值罕遇置地震叛下隔壁震层流质心原处或哭不考逃虑扭随转的具水平蚕位移第i个隔震讨支座的舌扭转影示响系数蚀，应取踪蝶考虑扭罢转和不滋考虑扭服转时印支座计资算位移胃的比值职；当隔等震层以址上结构咸的质心便与隔震笔层刚度穴中心在鲜两个主厌轴方向棕均无偏奴心时，缝边支座肢的扭转匙影响系赛数不应遵小于1.1卫511.垫2隔震原折理与方拥法2.常用批隔震败装置--其它隔妙震装置：滚珠凉隔震炉装置已用于峡墨西哥厘城内一悉座五层该钢筋混过凝土框未架结构膨的学校僵建筑中惕，安放润在房屋段底层柱选脚和地恢下室柱裕顶之间化。为保砌证不在难风载下甲产生过萍大的水党平位移俯，在地践下室采兆用了交冻叉钢拉蔽杆风稳戏定装置11.挖2隔震主原理贪与方快法其它点隔震悠装置攻：摇露摆式蝴隔震宵支座是一周种摇宝摆隔搂震支钱座。挨在杯庄形基竟础内柳设一套个上康下两悲端有氏竖孔敢的双惩圆筒巧摇摆菠体。该竖孔截内穿率预应姓力钢历丝束瘦并锚膏固在形基础界和上左部盖与板上洪，起捐到压辆紧摇劝摆体样和提剩供复园位力甲的作附用。赴在摇变摆体金和基峡础壁阁之间策填以蝇沥青日或散滥粒物债，可片为振编动时酿提供只阻尼柄。经读试验败证实税：当昆地面南加速哗度幅匪值达33连0c舰m/台s2时，被荡隔震房害屋的加答速度反身应被降皮低到无们隔震反液应的1/3左右映。我全国山者西省勤的悬鸦空寺仁，历涛史上逼经历融多次醒大地光震而痕仍完痛整无己损。输分析帆认为路是其膏特有梦的支越撑木塔柱起低到了兼摇摆感支座深隔震哥的作威用山西悬例空寺11.没2隔震糠原理晨与方送法其它隔跪震装置雨：不倒迫翁式隔访震伊朗人击设计的找不倒翁爸式隔震碍房屋。毙该房屋喊顶面半森径显著箩大于底候面半径谊，能起吗提供复勇位力的吓作用。11客.3减震原祝理与方呼法11.船3.1耗能贿减震慰原理地震结构减轻结毛构振动耗能类构件耗能地震时灰，结构研在任意晋时刻的锦能量方演程为：地震过翁程中输体入给结租构的能乏量附加耗戏能构件易的耗能结构吊主体可自身昏的耗示能能量旧观点年：鼠一定结构地富震反应劲的降低动力学重观点：吸耗能装撤置的作习用，相当矛于结驱构的蕉阻尼具，必使著结构渠地震秩反应11.喉3减震原劳理与方晒法11拴.3墓.1耗能减蛾震原理风和并小震耗能办装置较大词的刚怖度结构减轻狮结构货振动耗能应具有结构着的使滚用性蓬能保证强烈地垦震作用耗能装纵置结构减轻结归构振动耗能非弹性喷状态应率脾先进入大量消茶耗地震我能量有试验尺表明，咐耗能装供置可做孔到消耗狭地震总纪输入能地量的90将%以上释。11季.3减震原闸理与方救法11.纹3.1耗能减屡震原理值：耗能事元件坑附加停给结植构的俊有效疏阻尼纯比可娇按下询式估服算：耗能稿减震诊结构傍的地风震反趴应分嚷析非线齿性时呈程反酒应分搜析方弄法(本书第矿三章所截述)可以利视用通常圾需要篮耗能封元件柱的试日验数线据，良以确揉立结并构动锦力方牢程中外的阻挥尼矩税阵耗能虑减震而结构隙的附篮加有遣效阻顶尼比所有哲耗能孩部件竖在结姥构预冲期位蔑移下磁往复液一周垮所消遣耗的婆能量设置耗玻能部件号的结构杆在预期元位移下真的总应爬变能11.蛋3减震映原理叔与方驴法11.凝3.2耗能大减震涉装置阻尼秃器耗能业交叉渔支撑耗能盐墙11公.3减震原早理与方裤法阻尼器与速纤度相甜关的羊粘弹杠型阻掠尼器以摩擦杰或金属宜屈服为掠特征的泪位移相猾关型阻盗尼器阻尼振器支撑处框架嘴与剪液力墙蛮的连表接处梁柱努连接炼处上部结陡构与基和础连接穷处有相河对变揭形或锋相对位移的纵地方安装于11择.3屋.2耗能减理震装置--阻尼轰器11.锋3减震军原理姿与方场法粘弹吸型阻吊尼器最大长绘度91挑5m专m，最梁小长彻度59胀5m斩m，冲膜程320罪mm11.患3.2耗能减灶震装置11.佛3减震原马理与方希法摩擦蔬阻尼夹器33012后.52512借.510懒011越.3宏.2耗能喊减震叼装置--阻尼桌器11您.3减震冠原理胆与方祥法各种形找状的软搞钢阻尼哲器（弹记塑性阻系尼器）11稍.3掌.2耗能减曾震装置--阻尼器11梁.3减震纷原理鸡与方妈法11.渴3.2耗能角减震静装置--耗能支傲撑耗能交急叉支撑摩擦耗垒能支撑耗能栏偏心习支撑耗能耦委撑屈服约挺束支撑11.承3减震原古理与方蚕法塑性耗德能支撑耗能交女叉支撑支撑交鸣叉处通过此钢框汉或钢肉环的债塑性伍变形套消耗扎地震勇能量11.泛3减震原侦理与方羞法摩擦耗匆能支撑在支始撑杆惜或节投点板芬上开鼠长圆朽孔11剪.3减震原召理与方嫌法耗能偏舟心支撑偏心届支撑语框架11尚.3减震龟原理挖与方刷法耗能划隅撑耦撑膛框架11健.3减震蠢原理灶与方忍法屈曲约夏束支撑屈曲怒约束转支撑占的基未本部归件屈曲约正束支撑的轴遗力－专位移杆关系11涂.3减震缩慧原理呢与方剃法屈曲约霸束支撑屈曲约双束支撑声的一些奇典型截烘面形状11沾.3减震滔原理肯与方蝇法周边遇耗能病墙摩擦耗推能墙11.车3.2耗能减啄震装置--耗能惨墙11洋.3减震原薯理与方雹法11雕.3侦.3吸振善减震盾原理地震结构减轻结摇构振动附加伙子能量华转移11融.3减震原喊理与方反法运动平申衡方程双：--刚度--阻尼系撇数--主体桌结构荒质量--附加子浮结构质灯量、阻尼载系数寇、刚它度11付.3冶.3吸振减寇震原理桃：11.搏3减震虹原理耀与方贝法考虑畜简谐灿地面苍运动碌输入考虑织无阻列尼体爸系的逮反应纷特征主结组构振还幅为斗零系统侧振动管能量容集中厦于子枝结构盐而主奖体结神构得蜂到了霞保护数学游推导地震摔动含菜有多色种频袄率分纽奉量结构乘系统耽也必纽奉然是脖有阻仍尼系叫统子结构辨的频率沾等于地近面运动电输入频发率实际愁情况子结构赏频率接佛近或等绑于主结旨构频率脑时主结抖构的辞地震本反应晒总是可以逮得到摘一定筑程度箭的降姻低11.斜3.3吸振劲减震复原理11园.3减震原躺理与方戴法按照随抄机振动横原理的顺分析结鹊果R是主结低构的振怒动控制传频率参尘数当R<擦1时，拒表示话具有缺减震六效果大量理篮论分析捎结果表衔明：主结构伏的阻尼纵比越小伶，吸振药装置汇的减肌震作欲用越拍大质量镇比增兵加，凝减震迁作用板增大11涉.3港.3吸振坟减震歉原理盲：11.违3减震原膝理与方玩法11割.3眉.4吸减震日装置调频跌质量避阻尼倾器（TM宅D）通过对弹簧荡连接成于主途体结浩构，召可安唇装在尝高耸搞结构敲或高使层建扬筑的各顶部调频质段量阻尼躺器是包液括质量馅系和弹北簧、阻骡尼系的值小型振邻动系统11随.3减震原代理与方榴法调谐敲液体扒阻尼客器（TL宣D）将装水爬的容器估置于结院构物上辛，结构丹振动时哲，水的毕振荡也乒能形成编一个调冰频质量缓阻尼器设计TLD时，应悠尽量使太水的振扩荡周期嫌接近结卡构的固读有周期化。水的悟振荡频司率公式练为：水面惭波的粮波长水深重力仇