结构减震第四讲
工程结构减震控制
一、工程结构减震控制的概念对高层建筑和高耸结构来说，水平荷载是主要荷载之一，并且往往起着控制作用,而对大跨度空间结构来说，竖向荷载却是主要控制荷载。
水平荷载一般包括风荷载和地震荷载，这两种荷载都是动力荷载。
随着高层建筑和高耸结构高度和高宽比的增大以及轻质高强材料的作用，其刚度和阻尼不断降低，在强风或强烈地震荷载作用下，结构物的动力反应强烈，很难满足结构舒适性和安全性的要求。
按照传统的抗风抗震设计方法，即通过提高结构本身的强度和刚度来抵御风荷载或地震作用，是一种“硬碰硬("你强他也强,你弱他也弱":^))”式的抗震方法，它很不经济，也不一定安全，而且失去了轻质高强材料自身的优势，还不能满足日益现代化的机器设备不能因为剧烈振动而中断工作或者破坏的要求。
为了克服传统抗风抗震设计方法的缺陷，1972年美籍华裔学者姚治平首次提出了工程结构减震控制这一新方法。
工程结构减震控制是由结构与控制体系共同抵御外界荷载，能动地调谐结构的动态反应，是―种积极主动的结构抗震对策。
通常，结构减震控制按照是否需要外部能量驱动控制机构分为主动控制（AMD）和被动控制（PMD），半主动控制及混合控制。
主动控制效果明显，但控制机构复杂，需要外加能源，控制系统的可靠性低；而被动控制技术是较早得到发展和应用的工程减震技术，构造简单，不需要外界能源输入能量，由控制机构隔离地震作用和消耗能量，达到减小结构地震反应的目的，如隔震、耗能减震和吸振减震等。
混合控制是将主动控制与被动控制同时施加在同一结构上的结构振动控制形式。
从其组合方式来看，可分为：主从组合方式和并列组合方式。
典型的混合控制装置有：AMD与TMD 相结合、AMD与TLD相结合、主动控制与基础隔震相结合、主动控制与耗能减震相结合、液压－质量振动控制系统（HMS）与AMD相结合等。
二、隔震技术“隔震”，即隔离地震。
在建筑物上部结构与基础之间以及上部建筑层间设置隔震层，隔离地震能量向上部结构传递。
汽车减震器结构原理详解
汽车减震器结构原理详解一、汽车减震器的结构1.减震器筒体：是减震器的外壳，通常由钢质材料加工而成，用于容纳减震器的其他部件。
2.减震器活塞：位于减震器筒体内，负责减震器的压缩和回弹运动。
3.减震器缸套：位于减震器筒体内，用于限制减震器活塞的位移范围，避免活塞脱离筒体。
4.减震器活塞杆：连接减震器活塞和车轮，负责减震器的悬挂和运动。
5.减震器弹簧：安装在减震器内，用于通过压缩和回弹将由车辆行驶过程中产生的冲击力转化为弹簧的弹力，起到减震作用。
6.减振液体：填充在减震器筒体和减震器缸套之间，主要是阻尼油，通过阻尼油的流动来消耗冲击和振动，起到减震作用。
二、汽车减震器的工作原理汽车行驶过程中，悬挂系统所受到的冲击和振动主要来自两个方面：一是车轮与地面的接触，二是车身的纵向、横向和垂向运动。
汽车减震器的作用就是通过消耗和控制这些冲击和振动，使车辆行驶更加平稳。
1.压缩阶段：当车轮经过颠簸路面或遇到坑洼时，车轮会向上运动，减震器的减震弹簧会被压缩，同时活塞上的减震器活塞杆会被顶向减震器筒体内。
2.回弹阶段：当车轮脱离颠簸路面，车轮会向下运动，减震器的减震弹簧开始回弹，同时减震器活塞杆会被拉伸，将车轮拉回原来的位置。
3.阻尼阶段：在压缩和回弹过程中，减振液体通过减震器的阻尼孔口流动，阻尼油的粘滞力会消耗冲击和振动的能量，从而起到减震作用。
阻尼器的阻尼力大小由阻尼孔尺寸和阻尼油的粘度决定。
同时，汽车减震器还能通过减震器弹簧的调节来适应不同的道路状况和车辆负载情况，从而达到提高乘坐舒适性和车辆稳定性的目的。
总结起来，汽车减震器通过减震器筒体、减震器活塞、减震器缸套、减震器活塞杆、减震器弹簧和减振液体等部件的组合，通过压缩、回弹和阻尼的工作原理来消耗和控制车辆行驶过程中产生的冲击和振动，提高汽车的行驶舒适性和稳定性。
工程结构抗震与防灾_东南大学_4 第四章建筑结构基础隔震和消能减震设计_1 第1讲建筑结构基础隔震与消能减
4.2
建筑结构消能减震设计
南加州大学医院医院(隔震)
Olive View医院(不隔震)
4隔.2震与非建筑隔结构震消结能减构震设地计 震反应对 比
隔震建筑室内家具完好
非隔震建筑室内家具翻倒
国家精品课程《工程结构抗震与防灾》课件
4.2
建筑结构消能减震设计
一、结构消能减震概述
■ 传统抗震设计方法以概率理论为基础，提出三水准的设防要 求，并通过两个阶段设计来实现 。
东南大学土木工程学院
国家精品课程《工程结构抗震与防灾》课件
4.2
建筑结构消能减震设计
(六)结构消能减震技术的优越性
1. 安全性 消能器在强震中能率先消耗地震能量，迅速衰减结构
的地震反应并保护主体结构和构件免遭破坏。
2. 经济性 消能减震结构是通过“柔性消能”的途径减少结构的
地震反应，因而可以减少剪力墙的设置，减少结构断面和 配筋，并提高结构的抗震性能。
风或可 能施加的其它外力）列向量；
x(t) x (t) x(t) ——分别为结构在外部作用（或荷载）下的加速度、
速度和位移反应列向量；
xg
——是地面的地震加速度反应;
I
——为单位列向量。
结构控制就是通过调整结构的自振频率ω或自振周期T（通
过改变K，M）或增大阻尼C，或施加控制力F(t)，以大大减少
结构在地震（或风）作用下的反应。
东南大学土木工程学院
国家精品课程《工程结构抗震与防灾》课件
4.2
建筑结构消能减震设计
(二)结构消能减震设计的概念
指在房屋结构中设置消能装置，通过其局部变形提供附加 阻尼，以消耗输入上部结构的地震能量，达到预期设防要求。
地震时结构的能量转换过程：
混凝土结构的减震控制原理
混凝土结构的减震控制原理混凝土结构的减震控制原理一、背景介绍混凝土是建筑结构中最常用的材料之一，其优点在于具有良好的耐久性、可塑性和强度。
然而，当地震等自然灾害发生时，混凝土结构往往会遭受损坏，甚至崩塌。
因此，为了提高混凝土结构的抗震性能，减震控制技术应运而生。
二、减震控制的基本原理减震控制技术的基本原理是通过一定的措施，减少结构在地震作用下的震动。
具体而言，减震控制技术主要包括以下三个方面：1. 增加结构的抗震强度增加结构的抗震强度是减震控制技术的基础。
这可以通过采用更好的材料、结构形式和加强节点等方式实现。
增加结构的抗震强度可以使结构在地震作用下产生较小的变形，从而减少结构的震动。
2. 减小结构的质量减小结构的质量可以减少结构在地震作用下的惯性力，从而减少结构的震动。
这可以通过采用轻质材料、减少结构厚度等方式实现。
3. 减小结构的刚度减小结构的刚度可以使结构在地震作用下产生较大的变形，从而吸收地震能量。
这可以通过采用柔性构件、减小结构截面尺寸等方式实现。
三、混凝土结构减震控制的具体方法混凝土结构的减震控制方法主要包括以下几种：1. 减震支撑减震支撑是一种将结构与地基隔离的减震措施。
具体而言，减震支撑将结构与地基之间设置一层隔离层，通过隔离层的弹性变形来吸收地震能量，从而减少结构的震动。
减震支撑可以采用橡胶支座、钢球支座等方式实现。
2. 钢筋混凝土剪力墙钢筋混凝土剪力墙是一种在混凝土结构中设置的墙体结构，其作用是吸收地震能量。
在地震作用下，钢筋混凝土剪力墙会发生弯曲变形，从而吸收地震能量，减小结构的震动。
钢筋混凝土剪力墙可以采用预制墙板、钢筋混凝土钢板墙等方式实现。
3. 钢筋混凝土框架钢筋混凝土框架是一种常见的混凝土结构形式，其特点是刚性大、强度高。
在地震作用下，钢筋混凝土框架会发生较大的变形，从而吸收地震能量，减小结构的震动。
钢筋混凝土框架可以采用钢筋混凝土框架墙、钢筋混凝土框架柱等方式实现。
减震阻尼结构及减震方法与流程
减震阻尼结构及减震方法与流程减震阻尼结构及减震方法与流程：随着住宅、桥梁、大楼等工程项目的不断扩大与提升，抗震技术的研究也日趋成熟。
为了提高结构的抗震能力，减震阻尼结构技术应运而生。
一、减震结构的原理减震结构是指通过将弹性元件和阻尼器等装置加入原结构中，使结构在地震等自然灾害中的振动受到控制。
减震结构主要分为两类：隔震结构和增减震结构。
其中，隔震结构是指通过安装隔震装置（如橡胶隔震垫等）来防止地震波向建筑传递；而增减震结构是指在原结构上加装阻尼器、弹性元件等装置，使得结构振幅得到控制。
二、减震阻尼结构的组成与特点上述两种结构中，增减震结构在实际应用中多被采纳。
其主要组成部分包括：弹性元件、阻尼器和控制系统等。
弹性元件通常一般由钢、混凝土、木材等制成，其中橡胶支座是目前常用的一种材料；而阻尼器则可以分为液体阻尼器、金属阻尼器和摩擦阻尼器等类型。
减震阻尼结构的特点主要有：1、高度的抗震性能与安全可靠性。
2、减少震害范围与程度，保护人民财产安全。
3、延长建筑物的使用寿命，增强了结构的稳定性。
4、节省了建筑材料，改善了建筑质量。
5、减少地震对人心理造成的影响，缩短灾后重建时间。
三、减震方法与流程1、结构设计与计算结构设计中必须有优秀的基础设计和选定现代化的材料；如钢材，高强混凝土等。
地震动力学分析与计算是减震结构的基础。
2、制作和安装弹性支承弹性支承可以采用Beef's或Vulcanized，亦可采用橡胶制成焊接成形的形式。
3、设计、制造和安装减振器在现代结构中，减振器在地震负荷中承担了一个非常重要的作用。
依照需求选用相应的减振器类型。
4、安装隔震装置橡胶隔震垫是材料制作成各种规格和形状的模数，具有良好的隔振和减震效果。
5、构建减震调控系统减震调控系统可以根据转动或振动采取主动或者被动方法，采用现代控制技术，依照设计要求进行设计和制造。
6、维护和管理在使用中，应每半年对减震结构系统进行复查，检测状态，并对设备进行必要的维修、更新等。
04 第4讲 隔震技术(上)
《工程结构减振控制》之 第4讲 隔震技术（上）
21
隔震建筑的实际强震观测记录
Hospital Building (Sakai et al., 2004)
隔震建筑的实际强震观测记录
Office Building (Nishikawa et al., 2004)
The Building is an 18-story office building located in the city of Sendai. This building was the first seismically-isolated building in Japan with a height greater than 60m (Figure 4.4.8). The building floor plan is rectangular with dimensions of 47.3m by 41.7m. The height-to-width aspect ratios are 1.60 and 1.81 in the EW and NS directions, respectively. The building has an isolation system with a combination of sliding bearings and rubber bearings (Figure 4.4.9). Figure 4.4.10 shows the frame elevation and Figure 4.4.11 shows the layout of the isolation devices.
500 400 300 200 100 0
-600 -800 -300 -200 -100 0
第四章_结构隔震、消能和减震控制
被动消极的 抗震对策
利用刚性
❖ 隔震减震控制
❖ 在建筑物上部结构与基础之间设置滑移层，阻
止地震能量向上传递。立足于“隔”。
主动积极的
❖ 消能减震控制 ❖ 安装消能机构消耗地震能量，保护建筑主体。
抗震对策 利用延性
立足于“耗”。
4.2 结构的隔震
❖ 滑石隔震——英国医生Calantarients（1909年）
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4.2 结构的隔震
❖ 摆式滑动隔震（美国）（设计原理）
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4.2 结构的隔震
❖ 橡胶垫隔震器——南斯拉夫（1969年）
橡胶隔震器
玻璃体 基础
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4.2 结构的隔震
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建筑结构抗震设计
任课教师：
2013-4-12/19
本课程的主要内容
❖1.绪论 ❖2.场地、地基和基础 ❖3.地震作用和结构抗震验算 ❖4.结构隔震、消能和减震控制 ❖5.混凝土房屋结构抗震设计 ❖6.钢结构房屋的抗震设计 ❖7.多层砌体及底层框架抗震 ❖8.构筑物抗震设计 ❖9.桥梁结构抗震设计 ❖10.地下工程抗震设计
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本章的主要内容
❖ 4.1.结构的隔震、消能和减震总论 ❖ 4.2.结构隔震 ❖ 4.3.基础隔震的应用 ❖ 4.4.结构消能减震 ❖ 4.5.结构主动减震控制
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4.1 结构隔震、消能和减震控制总论
❖ 地震灾害：
❖
……
❖ 1906年旧金山地震：死亡7万余人；
提 出 的 隔 震 结 构 (Base-isolated building )方案。这种隔震结构在建筑
减震器结构分析讲解
减震器结构分析一、设计背景随着科技的进步，机器人逐渐的进入了我们的生活，机器人节省了很多人力，成为了非常方便的家庭助手。
机器人是一种可以输入编程控制其运动和多功能的，机器人可以用来搬运材料、一些零件、使用工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门执行系统。
它是人工智能控制技术的综合试验机器，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究机器人它们相互之间的关系。
还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。
不过机器人毕竟是机器，运动过程中会出现一些颠簸的状态，长时间会影响其工作效率。
所以在机器人运动会的对话要考虑到在其运动过程中在利用机器人的时候要考虑它的减震效果，在考虑减震效果的同时，还要保证不能影响机器人的正常运动，不能给机器人增加载荷，通过对现在科技的考虑，并且还有机器人运动过程中所会产生的一些不定性因素，系统错误，外观损坏等，考虑这些因素，本次设计了一种减震机构，可以减少机器运动时的损坏，很好的保护机器人的运动状态，降低维修成本。
本文设计了一种避震机构，可以有效的减少机器人工作时的颠簸状况，节省下维修机器人的人力与物力。
二、设计思路机器人是一个可以通过输入程序自主运动的机器，机器人的运动具有很大的灵活性，并且机器人的运动有时可以像人一样自由，对于一些情况下非常方便使用，不过机器人结构比较复杂，如果损坏维修也比较困难，机器人的损坏包括内在因素和外部与因素，内在因素无非就是一些系统出错，外部因素是摔倒，颠簸等。
对于外部因素，可以考虑让机器人运动更加稳定和减少颠簸，所以就想出了设计一种假期人减震器。
在本次的避震器结构设计中，同时设计避震器时要考虑到不能干涉机器人的正常工作，所以对于机器人的驱动装置的选择尤为重要。
现代机器人普遍使用和人类一样的过不来的方式，两手两脚。
但是人类的灵活性是机器人模仿不来的，机器人的关节多，控制系统就越复杂，运动反应就会相对来说迟缓一点，并且损坏率也大一点。
结构减震原理
结构减震原理
结构减震是指通过一系列的设计手段和技术措施，对建筑或结构进行抗震设计，以减少地震所带来的破坏和损失。
在实际工程中，结构减震原理可以采用多种方法，包括传统的减震层、减震悬挂系统、摩擦减震器等。
一、传统的减震层
传统的减震层是指在建筑或结构的底部增加一层减震构件，用以吸收地震的能量。
这种减震层可以采用钢材、橡胶或其他弹性材料，具有较好的抗震性能。
在地震发生时，减震层可以吸收和释放能量，从而减轻地震引起的破坏。
二、减震悬挂系统
减震悬挂系统是一种通过悬挂装置来减震的方法。
在建筑或结构的柱子顶部设置悬挂装置，通过弹性材料的变形来减少地震对结构的影响。
这种方法可以降低地震波传播到结构的力量，并将能量转化为弹性材料的变形，从而减轻地震造成的损坏。
三、摩擦减震器
摩擦减震器是一种利用摩擦力来吸收地震能量的装置。
它通常由钢材和摩擦材料组成，在结构的关键部位设置摩擦面。
当地震发生时，地震波的作用力会导致结构发生位移，从而产生摩擦力，摩擦力可以吸收和释放地震的能量，起到减震的作用。
除了以上几种常见的减震方法，还有许多其他的减震技术。
例如，基础隔震、液体减震器、高强度钢材等。
这些减震技术各具特点，在不同的工程中可以根据具体情况选择合适的减震方案。
总结起来，结构减震原理主要通过吸收和释放地震能量、减少地震力量对建筑或结构的影响来减轻地震破坏。
采用适当的减震技术和设计手段，可以显著提高建筑的抗震能力，保障人们的生命财产安全。
在未来的抗震设计中，我们需要不断的探索和创新，提出更加科学和高效的减震方法，为建筑和结构的抗震能力提供更好的保障。
结构隔震与减震简介
结构隔震与减震简介汶川地震和日本福岛大地震让民众实实在在的体验到了大自然可怕的破坏力，也让我们对地震破坏产生了一种更深刻的敬畏。
很明显，从今以后隔震减震的设计将以更大的比重加入到建筑结构的整体设计之中。
作为一个未来的土木工程技术人员，在学习完结构动力学之后，结合网络知识的补充，对结构的隔震减震做一个简单的介绍。
抗震结构主要分为：抗震结构、隔震结构和消能减震结构。
抗震结构利用结构各构件的承载力和变形能力抵御地震作用，吸收地震能量，立足于“抗”。
隔震结构在建筑物上部结构与基础之间设置滑移层，阻止地震能量向上传递，立足于“隔”。
耗能隔震利用结构上的耗能装置来耗散或吸收地震输入结构的能量以减小主体结构的地震反应，立足于“消”。
本文主要介绍后两种原理。
一、隔振隔震技术原理：隔震系统的柔性层使结构的振动周期加大并远离地震动的卓越周期；增大了结构体系的阻尼。
隔震包括基础隔震和层间隔震。
房屋基础隔震的概念：在建筑物基础与上部结构之间设置隔震装置（或系统）形成隔震层，把房屋结构与基础隔离开来，利用隔震装置来隔离或耗散地震能量以避免或减少地震能量向上部结构传输，以减少建筑物的地震反应，实现地震时建筑物只发生轻微运动和变形，从而使建筑物在地震作用下不损坏或倒塌的抗震方法。
基础隔震的原理：通过设置隔震装置系统形成隔震层,延长结构的周期，适当增加结构的阻尼,使结构的加速度反应大大减少,同时使结构的位移集中于隔震层,上部结构像刚体一样,自身相对位移很小，结构基本上处于弹性工作状态，从而建筑物不产生破坏或倒塌。
隔震结构的组成及特性：隔震系统一般由隔震器、阻尼器等所构成，它具有竖向刚度大、水平刚度小，能提供较大阻尼的特点。
为达到明显减震效果，通常基础隔震系统需具备以下四种特性：1承载特性：具有足够的竖向强度和刚度以支撑上部结构的重量；2隔震特性：具有足够的水平初始刚度，在风载和小震作用下，体系能保持在弹性范围内，满足正常使用的要求，而中强地震时，其水平刚度较小，结构为柔性隔震结构体系；3复位特性：地震后，上部结构能回复到初始状态，满足正常的使用要求。
混凝土结构减震技术规程
混凝土结构减震技术规程1. 引言地震是一种具有极强破坏性的自然灾害，对于城市的建筑物来说，地震是一种常见而严峻的考验。
因此，在建筑物设计与施工中，结构的抗震能力是必须要考虑的因素之一。
本技术规程旨在介绍混凝土结构减震技术的相关内容，以帮助建筑工程师和施工人员提高建筑物的抗震能力。
2. 混凝土结构减震技术的原理混凝土结构减震技术是通过改变结构的动力特性，减小地震对建筑物的影响，从而提高建筑物的抗震能力。
具体而言，混凝土结构减震技术主要包括以下几个方面：2.1 框架结构减震框架结构减震是一种通过设置隔震层或减震器等装置，改变结构的动力特性，从而减小地震对建筑物的影响的技术。
常用的隔震层有橡胶隔震层和钢板隔震层等，而常用的减震器则包括摆式减震器、脉冲摆式减震器和液压减震器等。
2.2 钢筋混凝土结构减震钢筋混凝土结构减震是一种通过改变结构的刚度和阻尼比，从而减小地震对建筑物的影响的技术。
具体而言，常用的钢筋混凝土结构减震方法包括添加钢筋混凝土隔震墩、添加钢筋混凝土减震墩和添加钢筋混凝土框架等。
2.3 混凝土结构加固混凝土结构加固是一种通过增加结构的抗震能力，从而提高建筑物的抗震能力的技术。
具体而言，常用的混凝土结构加固方法包括添加钢筋混凝土加固板、添加钢筋混凝土箍筋和添加钢筋混凝土梁等。
3. 混凝土结构减震技术的具体应用3.1 框架结构减震在框架结构中，隔震层的设置是一种常见的减震方法。
具体而言，隔震层的设置应满足以下条件：（1）隔震层应设置在结构的上部或下部，以减小地震对结构的影响；（2）隔震层的刚度和阻尼比应适合结构的特性，以确保结构的稳定性和安全性；（3）隔震层的材料应具有良好的耐久性和抗震性能，以确保结构的长期稳定。
3.2 钢筋混凝土结构减震在钢筋混凝土结构中，添加钢筋混凝土隔震墩是一种常见的减震方法。
具体而言，添加钢筋混凝土隔震墩应满足以下条件：（1）隔震墩的位置应选择在结构的上部或下部，以减小地震对结构的影响；（2）隔震墩的刚度和阻尼比应适合结构的特性，以确保结构的稳定性和安全性；（3）隔震墩的材料应具有良好的耐久性和抗震性能，以确保结构的长期稳定。
结构减震控制技术概述-精选资料
结构减震控制技术概述-精选资料结构减震控制技术概述结构减震控制就是通过在结构上安装耗能能减震装置减轻或抑制结构由于外载荷作用引起的反应，该技术最初应用于机械、宇航、船舶等工业领域。
1972年，美籍华裔学者姚治平（Yao J.T.P）首次将结构控制技术应用于土木工程。
随后，结构减震控制技术在建筑工程中得到迅速发展，目前已成为一个十分活跃的研究领域，且近30年的理论和实践研究表明：结构减震控制可以有效减轻结构在地震作用下所引起的反应和损伤，并且在对风力灾害的抵抗上也有十分显著的效果。
传统结构抗震方法是通过增强结构本身的抗震性能（强度、刚度、延性）来抵御地震作用的，即由结构本身储存和消耗地震能量，这是被动消极的抗震对策。
由于地震的随机性，人们尚不能准确的估计未来地震灾害作用的强度和特性，按照传统抗震方法设计的结构不具备自我调节功能。
因此，结构很可能在地震作用下不满足安全性能要求，而产生严重破坏或倒塌，造成重大的经济损失和人员伤亡。
合理有效的减震途径是对结构施加抗震装置（系统），由抗震装置与建筑共同承担地震作用，即共同储存和消耗地震能量，以调节和减轻结构的地震作用反应。
这是积极主动的抗震对策，也是目前抗震对策中的重大突破和发展方向［1］。
结构减震控制根据是否需要外部能量输入可分为被动控制、主动控制、半主动控制、智能控制和混合控制。
其中，被动控制指在结构的某些部件附加耗能装置或子结构系统，或对结构自身的某些构件作构造上的处理以改变结构体系的动力特性。
被动控制不需要外部能量输入提供控制力，控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息。
而且因其具有构造简单、造价低、易于维护及无需外部能源支持等诸多优点，所以引起工程界的广泛关注，成为应用开发的热点，因而许多被动技术日趋成熟，并在实际工程中应用。
耗能减震是最常用的被动控制系统之一。
耗能装置（元件）和支撑构件共同构成耗能部件，装有耗能部件的结构称为耗能减震结构［2］［3］。
结构减震第四讲共30页文档
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 114、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
结构减震第四讲
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
结构减、隔震原理和主要产品的认识与理解可修改.pptx
3. 基础隔震技术
39
3.2叠层橡胶隔震支座分类
3. 基础隔震技术
（3）高阻尼橡胶隔震支座工作原理： 在橡胶中加入黑炭，通过炭
黑与橡胶分子链的游离基产生化 学吸附与结合，形成炭黑—橡胶 凝胶结构来增加橡胶的阻尼，因 而具有吸收和耗散振动能量的功 能。
.精品课件.
40
3. 基础隔震技术
2.工程隔震和减震
2.6消能减震的优点
消能减震结构体系与传统抗震结构体系相比：
（1）安全性
振动台实验表明，地震反应比传统结构降低40%~60%。
（2）经济性
可减少剪力墙的设置，减少结构断面和配筋，可节约造价
5%~10%。
（3）技术合理性
结构越高，越柔，消能减振效果越显著。
.精品课件.
32
2.工程隔震和减震
只相当于传统结构加速度反应的1/3～1/10。这种减震效果
是一般传统抗震结构所望尘莫及的。从而能非常有效地保护
结构物或内部设备在强地震冲击下免遭任何毁坏。
②确保安全
在地面剧烈震动时，上部结构仍能处于正常的弹性工作
状态。这既适用于一般民用建筑结构，确保居民在强地震中
的绝对安全，也适用于某些重要结构物和重要设备。
隔震技术。
由于地震的不确定性，具有三维地震分量的三维基础隔
震是非常有必要的，常见三位复合隔震装置有：液压装置和
橡胶支座组合的三维隔震系统；叠层橡胶—碟簧三维隔震支
座；摩擦—弹簧三维复合隔震支座。
.精品课件.
27
2.工程减震、隔震
2.4建筑隔震体系的优点
①明显有效地减轻结构的地震反应
由地震模拟试验结果可知：隔震体系的结构加速度反应
04 第4讲 隔震技术(上)
柔性基础滑移隔震
希腊 雅典卫城 埃及 阿蒙神庙
《工程结构减振控制》之 第4讲 隔震技术（上） 10
隔震技术的历史及现状
日本 镰仓大佛
墨西哥 玛雅金字塔
《工程结构减振控制》之 第4讲 隔震技术（上）
11
隔震技术的历史及现状
现代隔震思想的出现
（以文献和专利申请为依据） 1881年日本学者河合浩藏在《建筑杂志》上发表了 《地震时不遭受大震动的结构》。 1909年居住美国的英国医生J.A.Calantarients申 请专利。在建筑物和基础之间设置石（云母）层。
32
铅芯橡胶支座
天然橡胶支座（RB, GZP）
竖向支持能力，水平恢复能力
高阻尼橡胶支座（HRB）
具有竖向支持能力，水平恢复能力及阻尼，但阻 尼力略不足，和其它阻尼器配合使用。
铅芯橡胶支座（LRB,GZY）
具有竖向支持能力，水平恢复能力及阻尼，可单 独使用。
Shear stress (N/mm 2 )
《工程结构减振控制》之 第4讲 隔震技术（上）
17
隔震技术的历史及现状
我国隔震研究代表
1962 年前后，李立教授阐述过隔震的观点和倡导 隔震研究，并在七十年代中到八十年代初采用砂 砾隔震的方法建造了我国最早的隔震建筑。 1993 年，周福霖教授等在汕头建成了一幢用高阻 尼橡胶支座作隔震装置的八层框架综合楼。
-200 Displacement (mm)
800 600
-1 0 -300 1 -400 Shear strain (- )
300 -500 -300
2
-200
3
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m0 ( g b ) mi ( g b H i b si ) Cx b Kx b 0 x x x x x
x m (
i 1 i
n
g
b H i b si ) M 0 x x
式中M为隔震结构摆动对底层产生的弯矩。 方程（5-2-13）中有（n+2)个未知量，方程（5-2-14）、（52-15）中又增加一个未知量，共计有(n+3)个未知量。但现在只有 （n+2）个方程，如果能建立与的关系式，则就能解出所有未知量， 即能求得结构任一层的地震反应 i , x i , x i 。 x
（5-1-2）
为求的结构体系的加速度反应xs，可采用转变函数的方法。设结构体系 的动力反应转换函数为H(ω)；地震地面的场地特征频率为ω ；地面地震加 速度 g eit ，则隔震结构地震加速度反应 s H()e it x x x 把 及x 代入式（5-1-2），经过整理归纳，可得到隔震结构体系的动力 反应转换函数为： x 1 ( 2 / ) H ( ) x [1 ( / ) ] ( 2 / ) （5-1-3） 转换函数的物理意义即为地震时隔震结构的地震加速度反应与地面地震 加速度之比值。它表明隔震结构对地面地震加速度的衰减效果。
由达郎贝尔原理，可列出隔震结构体系运动方程:
mi Cxi Kxi 0 x m i Cx i Kx i ( g b )m b Hm x x x
(5-2-14) (5-2-15)
(5-5-1)
引入转换函数h(ω),令 vg e it x 则 it
vs h()e x
vs x 1 (2 v / vn ) 2 h() gs x [1 ( / n ) 2 ]2 (2 v / vn ) 2 vs x 1 (2 v / vn ) 2 R va gs x [1 ( / n ) 2 ]2 (2 v / vn ) 2
5.4.3 竖向震动反应分析
（1）地震竖向震动效应分析
作为隔震装置的夹层橡胶垫，其竖向刚度较大（最高可达5000kN/mm） 竖向固有周期为Tvs=0.05～0.08s,场地的特征周期为Tg=0.5～0.8s。 即ω/ωvn。把它代入式（5-5-2）或图(5-5-2)可得
R va vs x 1.0 g x
采用橡胶垫的隔震结构，振动的降噪减振作用是非常明显有效的。
第6章 隔震结构抗震设计
6· １隔震结构的设计要求
６.1.1隔震结构方案的选择
（1）不隔震时，结构基本周期小于1.0s的多层砌体房屋、钢 筋混凝土框架房屋等; （2）体型基本规则，且抗震设计可用底部剪法的房屋; （3）建筑场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，并应选用稳定性较好的基 础类型。 （4）风荷载和其他非地震作用的水平荷载不宜超过结构总重 力的10%； （5）隔震层应提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼；穿 过隔震层的设备配管、配线，应采用柔性连接或其他有效措施以 适应隔震层的罕遇地震水平位移。 隔震建筑方案的采用，应根据建筑抗震设防类别、设防烈度、 场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求，与采用抗震设计的方 案进行技术、经济可行性综合比较分析后确定。
2 2 2 a n n 2 a
5.1.3 隔震结构位移反应分析
MD s CDs KDs M g x
n K C , M 2 Mn
2 Ds 2n Ds n Ds g x (5-1-7) 为求得隔震结构体系的位移，亦可采用转换函数的方法。设隔震结构体系的动力 x 反应转换函数为G(ω)；地面地震加速度为 g eit；则隔震结构的地震位移反应 i ω t。把及代入式（5-1-7），经过整理归纳，可得到隔震结构体系的 为Ds=G(ω)e 位移反应转换函数： D 1 1 G( ) x [1 ( / ) ] ( 2 / ) （5-1-8）
s g 2 n 2 2 2 n n
（5-1-9） 式（5-1-9）是计算地震时隔震装置水平位移的最大绝对值｜Ds｜值的基本公式。 ｜Ds｜ 值的大小与地面加速度反应、场地的特征频率、固有频率比ω/ωn （场地特 征频率与隔震结构体系固有频率的比值）、以及隔震装置的阻尼比ζ 等参数密切有 关。一般可通过调整隔震的阻尼比值来减少隔震结构的位移值。 现定义Rd为隔震结构位移反应放大比。 D 1 1
第5章 基础隔震结构动力反应分析
5.1 单质点基础隔震体系结构动力分析
5.1.1 隔震结构动力分析模型
5.1.2
隔震结构加速度反应分析
M s Cx s Kxs Cx g Kx g x
n K M
C 2 Mn
g 2n x s n 2 x s 2n x g n 2 x g x
s(隔震结构 ) / s( 传统抗震结构 ) 0.04 ~ 0.11 1 / 25 ~ 1 / 9 x x 因为 ，所以，隔震结构的地震反应 s( 传统 抗震 结构) / g 2 x x 结构的地震反应 之比为：
s (隔震结构 ) x
与传统抗震
5.4 基础隔震体系对地面竖向震动的反应分析
s(隔震结构 ) / s( 传统抗震结构 ) (0.06 ~ 0.33) / 2 0.03 ~ 0.165 1 反应仅为传统抗震 结构的地震反应的1/33-1/6,相当于降低地震烈度约 2.5-5度。
5.3.3 基础隔震结构刚度与阻尼比的合理控制
2 2 2
Ds
g x
1 [1 ( / n ) ] ( 2 / n ) 2
Rd
s
Dg
2 n
[1 ( / n )2 ]2 (2 / n )2
Dg
g x
n 2
Rd是表征隔震装置（例如夹层橡胶隔震垫）位移放大效应的指标。当场地特性（ω） 与隔震装置的刚度特性（K或ωn）已定时，可通过增大隔震装置的阻尼比ζ 来减少 隔震装置的水平变位。
ms Cx s Kx s ( g b )m x x x
T Cq T Kq (x g x b )T m [] mq
T
公式可化为：
Iq C* q q ( g x
5.2
多质点基础隔震体系结构动力分析
多质点平动体系结构动力分析模型
5.2.1
5.2.2 多质点平动体系基础隔震结构地震反应方程
(5-2-3) 设结构频率特征值矩阵[ω]=diag{ω12 ,ω22ω32,…, ωn2}，其相对应的 振型特征向量矩阵为[Φ ]，并引入广义坐标{q}，则结构位移反 应为： {xs}=[Φ ]{q} (5-2-4) 将式（5-2-4）代入式（5-2-3），并于方程两边乘以[Φ ]T，则
第四讲 内容提要
第5章 基础隔震结构动力反应分析 第6章 基础隔震结构抗震设计
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3
第5章 结构隔震结构动力反应分析 单质点基础隔震体系结构动力分析 多质点基础隔震体系结构动力分析 基础隔震体系隔震效果分析及控制 基础隔震体系刚度和阻尼的近似计算方法 基础隔震体系对地面竖向震动的反应分析 第6章 基础隔震结构抗震设计 隔震结构设计要求 隔震结构的抗震计算 隔震结构的构造措施
T
T b ) x m
式中： C* C
5.2.3
多质点平摆动体系结构动力分析模型
5.2.４
多质点平摆动体系结构地震反应分析
从图5.2.2可知，上部结构第I层的地震反应为： xi=xg+xb+xθi+xsi 可表达为： xi=xg+xb+Hiθb+xsi 上部结构的运动方程组为：
5.4.1基础隔震体系对地面竖向震动的反应分析模型
5.4.2 竖向震动反应计算公式
m vs C v ( x vs x vg ) K v ( x vs x g ) 0 x
vs 2vn v x vs 2 vn x vs 2vn v x vg 2 vn x vg x
５.３基础隔震体系隔震效果分析及控制
(1)隔震结构加速度反应衰减比
x Ra s xg
1 ( / )
n
1 ( 2 / n ) 2
2 2
( 2 / n ) 2
（5-1-4）
(2)隔震结构阻尼比
1 2( / n )
2
1 R a 1 ( / n ) 2 2 Ra 1
g
s
2 s n 2 2 2 g n n
x Ra s g x
1 ( 2 / n ) 2 [1 ( / n ) 2 ]2 ( 2 / n ) 2
（5-1-4）
Ra是设计计算和控制隔震结构的隔震效果的重要基本公式。将式（5-1-3）或 （5-1-4）整理后可得到隔震结构阻尼比的计算公式： 1 R [1 ( / ) ] 1 （5-1-5） 2( / ) R 1
1）隔震结构的加速度反应衰减比Ra随着ω/ωn值的增大而降低，即 隔震结构的水平刚度K越小，ωn越低，隔震效果越显著。 2）隔震结构的加速度反应衰减比Ra随着隔震结构阻尼比ζ的增大而 增大，即隔震结构阻尼比ζ太大，对隔震效果反而不利。 3）隔震结构的位移反应放大比Rd随着阻尼比ζ的增大而降低，即提 高隔震结构的阻尼比ζ（即提高夹层橡胶隔震垫的阻尼比），能 有效的减少隔震体系上部结构与基础间的相对位移，即有效地减 少隔震装置（如夹层橡胶隔震垫）的水平剪切变位值。 4）综上所述，合理选取隔震结构的刚度和阻尼，即合理选取隔震装 置（如夹层橡胶隔震垫）的水平剪切刚度K和阻尼比ζ ，是对隔 震结构进行合理减震控制的关键。 5）夹层橡胶垫的水平剪切刚度K和阻尼比ζ的选取的合理范围如下： ω/ωn=2 ～4.5 x R a s 0.08 ~ 0.22 ζ=0.10～0.30 xg s( 传统抗震结构 ) x 6）如果要控制隔震结构的加速度反应衰减比Ra为：