工程设计结构振动控制的概念及分类.docx

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1、耗能方案J能来抵御地震作用的，即由结构本身储存和耗费地震能量，以满足结构抗震设防标准，小震不坏, ,能无法满足安全性的要求；另一方面，在满足设计要求的状况下，结构构件的尺寸可能需做得很二 :工程范畴新兴一种新型的抗震方式一一结构振动控制，即对结构施加控制机构，由控制机构和结才带动控制和混合控制。:由控制安装随结构一同振动变形而被动产生的。被动控制可分为基础隔震技术、耗能减震技术和口 :由控制安装按某种控制规律，利用外加动力自动施加的。自动控制系统由传感器、运算器和施力彳 自动控制有自动拉索系统（ATS）、自动支撑系统（ABS）、自动可变刚度系统（AVSS）、自动版劭开始研讨自动控制。目前，自动

2、控制在土木工程中的运用已达30多项，如日本的Takenaka实驳 制力虽也由控制安装本身的运动而被动的产生，但在控制过程中控制安装可以利用外加动力自动访 S半自动TMD、半自动力触动器、半自动变刚度安装和半自动变阻尼安装等。I动控制，或者是同时运用不止一种的被动控制安装，从而充分发挥每一种控制方式和每一种控制: 同时采用AMD和TMD的混合控制系统、自动控制和基础隔震相结合的混合控制系统以及自动控制） :的清水公司技术研讨所。但由于建筑结构体形巨大导致所需的外加动力较大，加之控制安装的控制的算法比较复杂，而且彳容易完成，目前发展最快，运用最广，尤其是其中的基础隔震技术已相当成熟，并得到了一定4

3、 I动控制低廉，而且不需求较大的动力源，因此其具有广阔的运用和发展前景；混合控制综合了某,1耗能减震技术。:控制机构来隔离地震能量向上部结构传输，使结构振动减轻，防止地震毁坏。目前研讨开发的基彳 I混合隔震等。近年来，越来越多的国家开展了基础隔震技术的研讨，因此，隔震技术也得到了飞1 日本94栋，美国21栋，中国46栋，意大利19栋，新西兰16栋，已采用了基础隔震技术。最近;结构的振动能量分散，即结构的振动能量在原结构和子结构之间重新分配，从而达到减小主结构指 .器（TLD） ； （3）质量泵；（4）液压一质量控制系统（HMS） ； （5）空气阻尼器。其中，运用最: 个重300吨的TMD,质量

4、块在9米长的钢板上滑动，它很好地减小了大楼的风振反应，防止了玻璃 nade桥的桥塔均安装了 TMD,其减震效果均令人非常称心。日本的Yokohama海岸塔是一个高101 : 斤表明，安装了 TLD后塔的阻尼比由0.6%添加到4. 5%,在强风作用下塔的加速度减小到原来的 TLD以控制其风振反应。:撑、剪力墙等）设计成耗能构件或在结构物的某些部位（节点或连接处）装设阻尼器。在风载和4 J运用要求，在激烈地震作用时，耗能构件或阻尼器率先进入非弹性形态，从而保护主体结构在强f :要有：（1）金属阻尼器；（2）摩擦阻尼器；（3）粘滞阻尼器；（4）粘弹性阻尼器；（5）复合型阻J彳回功能，因此被用来制造各

5、种类型的耗能安装。常用的金属阻尼器有：软钢阻尼器、铅阻尼器和/ ：功能，进入塑性阶段后具有良好的滞回特性。1972年Kelly首先进行金属阻尼器的研讨和实验的 畛软钢阻尼器（TADAS）的减震特性。目前这两种阻尼器是国内外研讨较多的软钢阻尼器。由于软4 :点，因此惹起了国内外学者的广泛关注，并已在一些建筑物上开始运用。例如，在意大利Naples i钢筋混凝土结构上均安装了软钢阻尼器，其中美国和墨西哥的状况是为了对原有结构进行抗震加 +制造不合适，会惹起滞回环的畸变。塑性高、强度低、光滑才能强等特点，同时由于铅具有较高的延性和柔性，故在变形过程中可以口 和功能还可恢复至变形前的形态，因此铅阻尼用

6、具有以下优点：（1）运用寿命不受限制；（2）提1 :差和铅对环境形成净化等缺陷。功能的新型材料，它与传统材料的区别是具有高阻尼和大变形超弹性特性，可以反复屈服而不产生 滑DFe基合金等。90年代初，一些学者对外形记忆合金阻尼结构的地震反应进行了研讨。AiikenW 实验研讨；美国国家地震工程研讨中心对装有铜锌铝记忆合金安装的5层钢结构模型进行了实验彳 沙卜形记忆合金阻尼器的桥梁的减震进行了系统的研讨。，寸开发的摩擦阻尼器次要有：Pall摩擦阻尼器、Sunitome摩擦阻尼器、摩擦剪切较阻尼器、滑移2 :大的附加阻尼。荷载大小和频率对其功能的影响不大，且构造简单，取材容易，造价低廉，因此7 ，接

7、触，会产生冷粘结或冷凝结，所希冀的摩擦系数发生改变。在地震作用时，滑动面产生滑动而彳 邵且尼器及装有摩擦阻尼器的结构体系的实验研讨和分析较多，已建立了一套公用的设计方法并编专官共运用了 60个摩擦阻尼器；加拿大民航大楼共运用了 58个摩擦阻尼器；日本Omiya市31层的 1988年的Saguenay地震中受损，其抗侧才能和延性均不能满足规范要求，为此在支撑上安装了库活塞在缸筒内可作往复运动，活塞上有过量小孔，筒内盛满流体，当活塞与筒体产生绝对运动时, ；塞上孔的数量和筒内流体的体积，可根据阻尼器所需提供的阻尼值来确定，流体可为硅油或其它才 :力与结构的位移反应和柱中弯矩异相，因此该阻尼器在减小

8、结构层间位移和剪力的同时不会在彳 尼器的加工制造较难，粘滞流体易发生渗漏。;舶、设备和管网的减震中，最近几年才运用于土木工程，目前已有一些工程运用实例。如美国洛I :意大利的一座长1000米，重25000吨的桥梁的每一个桥台下安装了粘滞硅胶阻尼器，阻尼重视2 美国新San Bermardino医疗中心也运用了粘滞阻尼器，共安装了 233个阻尼器。;组成。图1为常用的粘弹性阻尼器，它由两块T形约束钢板夹一块钢板所组成，钢板之间夹有粘弓 、桁架上弦杆上或毗邻建筑之间，当结构层间发生位移时，粘弹性阻尼器会产生剪切滞回变形，制；功能的次要要素是温度、频率和应变幅值。其影响规律为其耗能才能随着温度的添加

9、而降低：J添加而添加，但在高频下，随着循环次数的添加，耗能才能逐渐退步至一均衡值；是次要的，但在大应变的激励下，随着循环次数的添加，耗能才能逐渐退步至一均衡值。:系，学者们提出了各式各样的计算模型，次要有：（1） Kelvin模型；（2） Maxwell模型；（3）标;结构。许多研讨者对粘弹性阻尼结构的动力特性和动力反应进行了研讨（见表1）,从这些实验不勺比例的模型框架恁架上模型框架甚架!框架昙足尺钢框架1阻尼添加，自振频率添加，周期减小。J分明的阻尼致使于结构表现为弹性，地震反应大大地减小，位移、加速度、层间位移和层间剪力彳 【结构损坏的结构滞回能仅占很小的一部分，因此在遭受异样的地震下粘弹

10、性阻尼结构产生较少的* ，混凝土结构，安上粘弹性阻尼器后它们都表现出以上特性。、明添加，粘弹性阻尼器正是经过改变结构的动力特性以达到减震目的。粘弹性阻尼结构的动力特 模态应变能法；(2)增量刚度和增量阻尼法；(3)改进的模态应变能法。尼器的每圈耗能与系统最大应变能的比值确定出等效阻尼比，近似估计结构的阻尼效应。J附加刚度和结构阻尼比为：为第j振型下粘弹性阻尼器循环一圈所耗的能量；为第j振型下系统的应变能。在实践运用中：量刚度矩阵和增量阻尼矩阵1 一无量纲的支撑地位矩阵。I贡献为:为:(5)i于一个巨大的刚度添加，阻尼比总值为附加阻尼比和原阻尼比之和。1994年在模态应变能法的基础上提出，对于粘

11、弹性剪切型建筑在第j振型下的阻尼比可由下式确负系数。对于粘弹性弯曲型建筑在第j振型下阻尼比(7)力、于设计应变时可很好地估计粘弹性阻尼结构的功能；增量刚度和增量阻尼法概念明晰，但计算彳J运用已有较长的历史，在土木工程中的运用早期次要用于结构的抗风减振工程中，近年来已开始彳1米，为一钢一混凝土建筑，立体呈三角形。为减小风振影响，在运动部位较大处和受力部位较大 -杆件内力，以此决定把粘弹性阻尼器安放在最有效的地位上，结果有1/6的斜撑设有粘弹性阻尼 :,每层约100个，共安装了约20000个阻尼器，每只重约13. 6千克。；践工程运用，目前北京50层首都规划大厦拟采用粘弹性阻尼器以减小结构的风振反

12、应和地震反应, 概况架上弦杆E斜撑杆节点上主间人字型支撑上柱间斜撑上,实验及大量的结构分析表明，在结构中安装粘弹性阻尼器可减小风振反应和地震反应40%80%, 一 亳的范围内。西雅图哥伦比亚中心大厦后来是由于在风振的影响下，顶部几层有分明的不温馨感，: 【果，需求把现有的柱尺寸扩大一倍，粗算价值约800万美元，显然采用添加刚度的办法是难以接?I器减小建筑的风振或地震效应在经济上是相当可观的。:汛振及地震反应；立在经济上节约了一定的资金，降低了建筑造价；景象；萱价低廉；无可用于结构的抗风减振工程中又可用于结构的抗震减震工程中，既可用于建筑结构中又可用于塔;和社会意义，可避免地震和强风作用所形成的

13、次生灾祸和经济损耗，确保人民生命财产安全。.阔的运用和发展前景。二组合而成的新型耗能减震安装。目前已研制开发的复合型阻尼器有：铅粘弹性阻尼器、铅橡胶阻无J深化，许多国家相继制定出台了相应的耗能减震结构设计、施工规范和规程。台了一系列试行条款，对金属耗能器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器的设计方法作了规定，提出在设一 )93年，美国加州结构工程师协会(SEANOC)又颁布了有关耗能减震技术的暂行规定，其中明白指I 亢震安全委员会(BSSC)也制定了类似内容，对该项技术的推行创造了条件。俄罗斯也制定和颁布I构在地震荷载作用下的计算方法，如反应谱法、时程分析法等，另一方面也罗列了相关结构的设11已添加了隔

14、震和耗能减震方面的相关内容，以加速和规范该项技术的实施。!供了一条簇新的途径，它克服了传统结构“硬碰硬”式的抗震设计方法，具有概念简单、减震机J 1运用已获得了很大进展，但仍处于研讨和试点阶段，在成为常规运用技术之前，尚须处理以下成? ,开裂等)，对已有耗能减震安装的可靠性、耐久性进行深化研讨；支装，为大范围推行该项技术奠定基础；用 给出具体的计算模型，尽快使其标准化、系列化，便于设计中推行运用；赛效果的定量分析；兄的研讨；点工程的建设，完善耗能减震体系的设计、施工方法与标准，编制相应的计算分析软件；攵已有建筑物改造的研讨和运用。!好，并具有安全适用、经济方便等优点，故必将成为一种簇新的结构体系。可以预言，耗能减震技:贡献。