结构振动控制技术

地震作用（国外发生的16次地震）
2003年12月 伊朗6.6级强震，5万人死亡。 2004年2月 摩洛哥6.5级地震， 564人死亡。 2005年3月 苏门答腊8.7级地震， 1300人死亡。 2005年3月 日本南部7级地震， 1人死亡，672人受伤。 2005年2月 伊朗南部6.4级地震， 602人死亡。 2006年5月 印尼爪哇6.2级地震， 5782人死亡。 2007年7月 日本新潟6.8级地震，地震造成11人死亡。 2006年7月 印尼7.7级强震， 668人死亡。 2007年9月 印尼7.9级海底地震，10人死亡数百人受伤。 2007年8月 秘鲁8级强震， 510人死亡。 2009年9月 印尼7.9级地震， 5000人死亡。 2010年1月 海地7.3级地震，十余万人死亡。 2010年2月 智利8.8级地震， 799人死亡。 2011年2月 新西兰6.3级地震，200人遇难。 2011年3月 日本9.0级强震 2011年3月日本东北部海岸发生9.0级地震。 2011年3月缅甸7.2级地震。
地震中破坏的桥梁
风的作用
风作用下结构可能发生颤振、驰振、涡振以及静风失稳
18英97年 国 泰 湾 桥 风 毁
风灾破坏事例
1948年美国塔可玛桥（Tacoma Narrow）风毁
风的破坏作用
Tacoma桥风毁视频
风的破坏作用
从 1918年起 ，至少有11座桥梁毁于强风
风灾破坏事例-静风失稳
绪论
b、耗能减振 1970年开始，Kelly提出在结构中设置非结构构件的耗能
元件—金属软钢屈服耗能器，包括：扭转梁，弯曲梁、U型 钢器件等，这一思想是对结构抗震延性设计的一个重要发展 。阻尼器被动减振应用。80年代开始TMD,TLD,TLCD的应用。 （2）主动控制
20世纪50年代，日本Kobori提出结构变刚度减震概念。 1972年，Yao应用现代控制理论，提出了土木工程结构振 动控制的概念，开创了结构主动控制的新里程。 结构主动控制特点：能取得很好的效果，需要很大外部 能量的输入。
绪论
（3）结构半主动控制 近几十年来，半主动控制发展迅速。半主动变刚度
，半主动变阻尼：电流变、磁流变。 半主动控制特点：输入能量很小，控制效果接近主
damage by weak first story (only columns)
地震的破坏作用
低层剪断滑移 Lessons from Earthquakes: damage by weak first story (only columns)
地震的破坏作用
中间层刚度突变,剪断 Lessons from Earthquakes: damage by weak story in middle height
Excitation
PED Structure
Response
M
M
M
m
M
Passive Damper
Base Isolation
Tuned Mass Damper
绪论
研究结构振动控制技术目的 控制结构的振动响应 保证结构安全； 提高结构的舒适性 ； 避免因结构振动引起的公众恐慌。
振动控制技术简介及发展历史 （1）被动控制 a、隔震 1881年，日本河合浩藏提出了结构基础隔震的概念。 1924年，日本鬼头健三郎，提出了基础轴承隔震方案。 1978年，美国Kelly等，提出叠层橡胶支座隔震方案及 技术。
尼金 器属
屈 服 阻
摩器 粘尼 粘尼 调尼 调
擦 弹器 性器 谐器 谐 阻性液质液 尼阻体量体 器尼阻阻阻
主
锚 索
动 斜 撑
和
主
尼 器
动 质 量
阻
混
尼 器
合 质 量
阻
可控流体
器磁 器电 控主 控主 流 流 制动 制动 变变变 变 阻阻阻 刚 尼尼尼 度
被动控制形式Passive Control Systems
冷却塔风毁
输电塔风毁
台风毁坏的房屋和桥梁
风的作用
风 灾 使 坏广 告 牌 毁
风的作用 斜拉桥拉索风雨振（日本）
风的作用 斜拉桥拉索风雨振（洞庭湖大桥）
风的作用 Tokyo bay Bridge
振动控制技术的发展现状
结构振动控制
被动控制
主动控制
混合控制
半主动控制
基础 隔震
耗能减震
Leabharlann Baidu质量阻尼器
地震的破坏作用
震源
产 生
地震波
传 递
建筑物所在场地
引 起
结构的地震反应
地震的破坏作用
钢结构 (扭转) Torsion by eccentric stiffness in plan
地震的破坏作用
多高层钢筋混凝土结构 Taiwan Earthquake 1999.9.21 1:47 2,300
底层大空间 Lessons from Earthquakes:
结构振动控制技术
主讲：王修勇教授 湖南科技大学土木工程学院
二0一二年三月
第一章 绪论
结构的动力反应
结构在动荷载作用下引起的响应
Axst
1
12 222
常
地震
见
风
激
车辆
励
...
地震作用（中国发生的14次地震）
1556年中国陕西华县8级地震，死亡人数高达83万人。 1668年山东郯（tan）城8.5级，波及8省161县，史称“旷古奇灾” 。 1920年宁夏海原县8.5级，死亡24万人。 1927年甘肃古浪8级地震，死亡4万余人。 1932年甘肃昌马堡7.6级地震，死亡7万人。 1933年四川茂县7.5级地震。 1950年西藏察隅县8.6级地震。 1966年邢台6.8级、7.2级地震，共死亡8064人。 1970年云南省通海县7.7级地震。死亡15621人。 1975年辽宁省海城县7.3级地震。地震被成功预测预报预防。 1976年唐山7.8级地震，死亡24.2万人。 1988年云南省澜沧7.6级(澜沧)、7.2级(耿马)的两次大地震。 2008年汶川8.0级地震，6.9万人遇难。 2010年青海省玉树7.1级地震
地震的破坏作用
平面不规则 单层Lessons from Earthquakes: Low rise buildings also are were severely damaged
地震的破坏作用
房屋内部设备仪器倒塌破坏Lessons from Earthquakes:
Facilities inside the buildings were severely damaged