耗能减震技术的研究、应用与发展

耗能方案

作者:szzyq 来源:本人类别:结构设计、论文日期:2002.03.07 今日/总浏览: 1/415

抵御地震作用的，即由结构本身储存和消耗地震能量，以满足结构抗震设防标准，小震法满足安全性的要求；另一方面，在满足设计要求的情况下，结构构件的尺寸可能需做领域新兴一种新型的抗震方式——结构振动控制，即对结构施加控制机构，由控制机构

控制和混合控制。

制装置随结构一起振动变形而被动产生的。被动控制可分为基础隔震技术、耗能减震技制装置按某种控制规律，利用外加能源主动施加的。主动控制系统由传感器、运算器和动控制有主动拉索系统（ATS）、主动支撑系统（ABS）、主动可变刚度系统（AVSS）、主始研究主动控制。目前，主动控制在土木工程中的应用已达30多项，如日本的Takenak 虽也由控制装置自身的运动而被动的产生，但在控制过程中控制装置可以利用外加能源主动TMD、半主动力触动器、半主动变刚度装置和半主动变阻尼装置等。

制，或者是同时应用不止一种的被动控制装置，从而充分发挥每一种控制形式和每一种采用AMD和TMD的混合控制系统、主动控制和基础隔震相结合的混合控制系统以及主动

水公司技术研究所。

于建筑结构体形巨大导致所需的外加能源较大，加之控制装置的控制的算法比较复杂，易实现，目前发展最快，应用最广，尤其是其中的基础隔震技术已相当成熟，并得到了制低廉，而且不需要较大的动力源，因此其具有广阔的应用和发展前景；混合控制综合

减震技术。

机构来隔离地震能量向上部结构传输，使结构振动减轻，防止地震破坏。目前研究开发隔震等。近年来，越来越多的国家开展了基础隔震技术的研究，因此，隔震技术也得到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。

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LD）；（3）质量泵；（4）液压—质量控制系统（HMS）；（5）空气阻尼器。其中，应300吨的TMD，质量块在9米长的钢板上滑动，它很好地减小了大楼的风振反应，防止了桥的桥塔均安装了TMD，其减震效果均令人十分满意。日本的Yokohama海岸塔是一个高，安装了TLD后塔的阻尼比由0.6%增加到4.5%，在强风作用下塔的加速度减小到原来以控制其风振反应。

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

要求，在强烈地震作用时，耗能构件或阻尼器率先进入非弹性状态，从而保护主体结构：(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

能，因而被用来制造各种类型的耗能装置。常用的金属阻尼器有：软钢阻尼器、铅阻尼，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究和实钢阻尼器（TADAS）的减震特性。目前这两种阻尼器是国内外研究较多的软钢阻尼器。由因此引起了国内外学者的广泛关注，并已在一些建筑物上开始应用。例如，在意大利N 混凝土结构上均安装了软钢阻尼器，其中美国和墨西哥的情况是为了对原有结构进行抗不合适，会引起滞回环的畸变。

高、强度低、润滑能力强等特点，同时由于铅具有较高的延性和柔性，故在变形过程中能还可恢复至变形前的状态，因此铅阻尼器具有以下优点：（1）使用寿命不受限制；（2铅对环境造成污染等缺点。

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，能够重复屈服而不基合金等。90年代初，一些学者对形状记忆合金阻尼结构的地震反应进行了研究。Ai 研究；美国国家地震工程研究中心对装有铜锌铝记忆合金装置的5层钢结构模型进行了记忆合金阻尼器的桥梁的减震进行了系统的研究。

发的摩擦阻尼器主要有：Pall摩擦阻尼器、Sunitome摩擦阻尼器、摩擦剪切铰阻尼器、附加阻尼。荷载大小和频率对其性能的影响不大，且构造简单，取材容易，造价低廉，，会产生冷粘结或冷凝固，所期望的摩擦系数发生改变。在地震作用时，滑动面产生滑器及装有摩擦阻尼器的结构体系的试验研究和分析较多，已建立了一套专用的设计方法

使用了60个摩擦阻尼器；加拿大民航大楼共使用了58个摩擦阻尼器；日本Omiya市31年的Saguenay地震中受损，其抗侧能力和延性均不能满足规范要求，为此在支撑上安装

在缸筒内可作往复运动，活塞上有适量小孔，筒内盛满流体，当活塞与筒体产生相对运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，流体可为硅油或结构的位移反应和柱中弯矩异相，因此该阻尼器在减小结构层间位移和剪力的同时，不的加工制作较难，粘滞流体易发生渗漏。

设备和管网的减震中，最近几年才应用于土木工程，目前已有一些工程应用实例。如美利的一座长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，阻尼器新San Bermardino医疗中心也使用了粘滞阻尼器，共安装了233个阻尼器。

。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，钢板之间夹架下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的主要因素是温度、频率和应变幅值。其影响规律为

能能力随着温度的增加而降低：

而增加，但在高频下，随着循环次数的增加，耗能能力逐渐退化至一平衡值；

要的，但在大应变的激励下，随着循环次数的增加，耗能能力逐渐退化至一平衡值。

学者们提出了各式各样的计算模型，主要有：(1) Kelvin模型；(2) Maxwell模型；(3。许多研究者对粘弹性阻尼结构的动力特性和动力反应进行了研究（见表1），从这些

例的模型框架

型框架

尺钢框架

增加，自振频率增加，周期减小。

的阻尼以致于结构表现为弹性，地震反应大大地减小，位移、加速度、层间位移和层间损坏的结构滞回能仅占很小的一部分，因此在遭受同样的地震下粘弹性阻尼结构产生较土结构，安上粘弹性阻尼器后它们都表现出以上特性。

加，粘弹性阻尼器正是通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。

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。

刚度和结构阻尼比为：

(2)

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。在实际应