隔振原理

目录

题目要求：简要叙述隔振原理，力的传递和隔振，基底振动的隔离；关于隔振算例的编程并附上编程解释；以算例做样本，简单介绍GUI控件的应用。

第一节简述隔振的原理

1.1 隔振的含义

1.2 建筑结构抗震设计的方法

1.3 隔振原理及系统组成

1.3.1隔振原理

1.3.2 隔振系统的组成

第二节工程中的隔振(震)

2.1 力的传递和隔振

2.2 基底隔振

2.3 算例

第三节算例的编程

3.1 GUI控件介绍

3.2 matlab操作步骤

3.3 编程程序的简要讲述

第四节结束语

第一节简述隔振的原理

1.1 隔振的含义

人们常说的“隔振”可以统称为减震。

简单的说，抗震以“抗”为主，以“刚”为主，要提高整体刚变，要刚度均匀，避免若层。减震以“放”为主，以柔为主，改变结构刚度，设置耗能、吸能装置。其中结构减震的理论和方法比较先进，减震设计无规范可循，需要开发。

1.2 建筑结构抗震设计的方法

目前世界各国普遍采用的抗震设计方法都是既考虑强度，又考虑变形能力和能量耗散能力。在进行结构抗震设计时，适当控制结构的强度和刚度，使结构在大地震作用下进入非弹性状态时具有较好的延性，以便耗散输入结构的地震能量。这种抗震设计方法在很多情况下都是有效的。与其靠结构本身的强度、变形能力和能量耗散能力来抗御水平地震作用，不如人为地在结构中布置一些耗能装置，但这类耗能装置只能在结构能产生大变形时才有效。为适应这种需要，基地隔振方法应运而生。

建筑物基地隔振是结构物地面以上部分的底部设置隔震层，使之与固结于地基中的基础顶面分离开。目前采用的底部隔振主要用于隔离水平向的地面运动。隔振层的水平刚度显著低于上部结构的侧向刚度才能收到隔振效果。

基地隔振方法与传统的抗震设计方法相比，有很大的优越性，它用基地隔振系统来减少地震作用，并耗散地震能量，而不特别要求结构本身有较大的变形能力和能量耗散能力。

1.3 隔振原理及系统组成

1.3.1隔振原理

随着大量强震记录的获得，计算分析等手段不断进展，对建筑物的地震反应也有了不同层次的影响，主要因素有：(1)结构物的基本周期；(2)阻尼比。周期延长后，建筑物的位移必然增大，必须采用适当的阻尼元件，增大整个结构的阻尼，以控制主部结构与基础之间的相对位移，简单地说，由于隔振建筑物具有相对较长的固有周期，因此采用使发生在底层的较大的相对位移集中化的方法，来减少上部结构的加速度反应，保证建筑物安全，并且隔振建筑能够将部分地震能量或反馈回地面，或由集中发生在柔性底层的大变形来吸收，减少地震能量向上部结构的传递，使上部结构基本上保持在弹性工作范围内，避免建筑结构的破坏。

隔振的作用是减少振源和被隔振物体之间的动态耦合，从而减少不良振动传递给被保护物体或从物体传出。

1.3.2 隔振系统的组成

隔振是振动控制的主要方法之一，该方法通过一个包含了特殊装置的辅助系统将振源和被保护物体隔离起来。这种特殊装置称为隔振器或隔振装置。

隔振系统典型的模型包括如图所示的三个子系统：被隔振物体（质量为m ）；柔性连接（隔振器）；非接触的基础（质量为m f ）。

常用的隔振器有：叠层橡胶垫支座、螺旋弹簧支座、摩擦滑移支座等。其中叠层橡胶垫隔振系统技术比较成熟，性能可靠和稳定，是目前世界上应用最为广泛的一种隔振系统。很多工程按比例缩小的建筑模型在地震模拟台上实验都获得成功，并在工程实际施工中获得了很好的经济价值和社会价值。

根据弹性元件中能量耗散的特点及其设计，单轴向系统的动力学模型可以改变。对固定物体进行隔振的典型动态模型及其变形共有四种，如图1所示。

在图（a ）中，隔振器表示为一个弹性元件（刚度为k ）与粘性阻尼器的并联，当俩个终端的相对位移为x 时，粘性阻尼器产生的阻尼力Fv 与相对速度成正比，即Fv=c(v1-v2),粘性阻尼器是对阻尼理想化以及便于对问题进行分析而提出的，并非一个实际存在的元件。 图(b)中隔振器的弹性元件将弹性（刚度为k ）和迟滞性能量耗散特性（材料阻尼）组合在了一起。研究表明，这种迟滞阻尼可以通过一个变阻尼系数的线性（粘性）阻尼器来表示

c h =c(ω)= ψ/2π。迟滞阻尼为弹性-阻尼材料的基本特征，这类材料有橡胶、金属丝网

等。

图(c)、(d)是俩种松弛型隔振系统。

F x 1 x 2

F x 1

x 2

F (t) x 1 x 2

F (t) x 1

x 2

图1 常见单轴向隔振系统的典型模型

(a)具有刚度k 和粘性阻尼c 的隔振器； (b) 具有刚度k 和迟滞阻尼c(ω) 的隔振器；(c)，(d) 松弛型隔振器。

第二节 工程中的隔振(震)

工程中的隔振分俩种情况：

（1）阻止振动的输出。如，大型动力机器振动向地基中的传播；地铁车辆振动传播。（如图2所示）

（2）阻止振动的输入。如，结构抗震问题中的隔震设计，在振动的结构或地基上安装的精密仪器设备的隔振问题。（如图3所示）

2.1 力的传递和隔振

第一种隔振实际上是力的隔振，即使动力机器产生的不平衡力或地铁车辆产生的冲击力降低，不传入或少传入到地基中，其力学模型如图4中左图所示。

图4中，P 0sin ωt 为机器的不平衡力；ω为机器的转速（角速度）；m 为机器质量（设为

m k

c

x 1

x 2

m

k

c

F (t) x 1

x

m

P(i)=P 0sin ωt

c

k

f T

图4 不同频率时力的传递率

图2 主动隔振系统

图3 被动隔振系统