被动减震结构设计简述

它能同时提供刚度和阻尼。

粘弹性阻尼器的性能受温度、频率和应变幅值的影响。其耗能 能力随着温度的增加而降低；随着频率的增加而增加，但在高 频下，随着循环次数的增加，耗能能力逐渐退化至某一平衡值。
粘弹性阻尼器(3M) 美国世贸双塔楼1969 World Trade Center Tower 消能装置：3M 粘弹性阻尼器 共10000×2个 从10层到110层，每层100个， 每塔楼10000个，两栋塔楼 阻尼比由原来不到1%增加到3.0% 建设日期：1966-1973年 （1969年开始装设阻尼器）
a）地震输人
b）传统抗震结构
c）消能减震结构

传统结构抗震分析
Ev、Ek不耗能，只做能量的转换 Ec占比很小 主要靠Eh（结构体系滞回耗能），弹塑性变形耗能，构 件会损失甚至破坏。

耗能减震结构
耗能阻尼装置在结构主体进入弹塑性变形前发挥作用，进 入耗能工作状态，充分发挥耗能作用，耗散大量输入结 构体系的地震能量，则结构本身需消耗的能量很少，这 意味着结构反应将大大减小，从而有效地保护了主体结 构，使其不再受到损伤或破坏。
减震性能曲线的绘制步骤如下：
利用单质点体系进行初步设计

设计步骤
设计流程：
试件形状：
使用粘弹性阻尼器的钢结构24层办公楼

本实例是将大地震下能量吸收能力优良的软 钢阻尼器设置在低层，将强风时或大地震时 均可获得附加阻尼效应的粘弹性阻尼器设置 在高层，构成对地震和风振均有效的减震体 系。
其他形式：利用总体变形 或设置放大装置将层间变 形放大的装置。

从能量角度分析 单质点体系减震结构力学原理和性能 各阻尼器的特性
传统抗震结构 Ein=Ev+Ec+Ek+Eh 耗能减震结构 Ein=Ev+Ec+Ek+Eh+Ed
Ein——地震过程中输入结构体系的能量； Ev ——结构体系的动能； Ec——结构体系的粘滞阻尼耗能； Ek——结构体系的弹性应变能； Eh——结构体系的滞回耗能； Ed——耗能（阻尼）装置或耗能元件耗散或吸收的能量。


摩擦耗能器是根据摩擦做功而耗散能量的原理设计的。 金属阻尼器工作特点：结构处在正常使用状态时，消能
支撑充当结构构件，为结构提供初始刚度；结构在大震
或强风作下，消能支撑率先进入屈服耗能阶段，抗疲劳 性能好，滞回环饱满，增强了耗能能力，从而提高了结 构的抗震性能。

粘弹性阻尼器是由粘弹性材料和约束钢板所组成。 粘弹性阻尼器的典型滞回曲线呈椭圆形，具有很好的耗能性能，
结构规划时，在以框架结构为主的主结构上设置软钢滞回阻尼 器和粘弹性阻尼器的两种阻尼器，对地震和风振两种外部扰动 实施有效的减震
由于滞回阻尼器对大地震时的能量吸 收特别有效，因此 在楼层面积大的低层部分设置，目的是希望滞回阻尼器 在吸收所在层地震能量的同时可减少对高层的输入。由 于粘弹性阻尼器在小振幅情况下也具有附加阻尼的特性， 故在强风可能作用的高层部分的短边方向设置，粘弹性 阻尼器在改善强风时居住性能的同时也可在地震时产生 附加阻尼作用。
效应1（附加刚度）： 周期上升，位移减小加速度上升 效应2（增加阻尼）： 阻尼增加，位移、速度、加速度均减小


在减震结构的地震反应简易预测及设计中，必须考虑减震构件 的滞回特性及其与其他构件的平衡关系、地震动的输入特性、 减震构件与主结构的制约条件，对减震构件附加给主结构的刚 度与粘滞特性所产生的效应做出适当的评估。

减震结构是依靠与主结构连接的阻尼器的附加刚 度和粘滞特性，对建筑物在地震作用下产生的位 移、速度、加速度反应进行控制。
附加刚度——系统周期缩短 粘滞特性——吸收能量，导致增加阻尼

Sd、Spv、Spa的分别表 示位移反应谱、拟速 度反应谱、拟加速度 反应谱

自振周期Tf——有阻尼 器是等效周期Teq 初始阻尼比h0——等效 阻尼比heq

2009年，日本E-Ddfense研究中心用世界上最大的振动 台进行了5层楼足尺寸带减震斜撑的钢框架振动台试验， 并举行了盲分析大赛。试验用同一个钢框架结构，分别 加装不同的阻尼器进行测试，包含了金属阻尼器、油阻 尼器、粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器，最后再测试了不加 阻尼器的钢框架[7]。在试验进行前，主办单位举办了一个 结构反应预测的国际竞赛，参与此竞赛的学者专家针对 五层钢框架分别加装金属阻尼器和粘性阻尼器的地震反 应进行了预测。需要提交的预测结果包括每一层相对于 基础的位移绝对值的最大值、每一层的绝对加速的的最 大值、每一层的层间剪力和层间位移的最大值、第1层柱 以及第2层梁跨中的最大应变、第1层和第4层阻尼器轴向 力的最大值和最小值、
被动减震结构的基本概述 减震原理 耗能减震装置 盲分析简介 ETABS模型的建立和分析 Excel设计分析 有关的学术期刊和论文


根据减震构件的种类分类
1 3
油阻尼器
2
粘滞阻尼器
3
粘弹性阻尼器
4
摩擦阻尼器
直接型：直接将变形传给 减震构件。
间接型：将层间变形通过 梁或短柱传给减震构件。
给建筑物附加刚度和阻尼，其附加的程度可 用储存刚度和损失刚度来表示 Baidu Nhomakorabea若能评估阻尼器的储存刚度和损失刚度，就 可以评估系统的储存刚度和损失刚度，进而 求得等效自振周期和阻尼比。

粘滞阻尼器
粘滞阻尼器主要有筒式粘滞阻尼器、粘滞阻 尼墙系统等。 筒式粘滞阻尼器一般由缸体、活塞和粘滞流 体组成。活塞上开有小孔，并可以在充有硅 油或其他粘性流体的缸内作往复运动。当活 塞与筒体间产生相对运动时，流体从活塞的 小孔内通过，对两者的相对运动产生阻尼， 从而耗散能量。
本建筑物是地下1层、地上24层、塔楼3 层的综合建筑物，最大高度为132.6m， 主要用途为商店、县立学校、办公楼等。 标准层的平面形状为6~8.6m的柱网所构 成的24.6m×42m的矩形，另有1～7层 的低层部分。23层中设置天象仪、由 18m柱距的大空间构成。 基础为桩基础，使用钢管混凝土桩。上 部结构为钢结构（柱为钢管混凝土—— CFT），1～20层为附加阻尼器的框架结 构，21层以上为支撑结构。
图 用单质点体系模型表述减震机理
图a表示直接型的支撑型，图b表示间接型的中间 柱型，图c表示阻尼器和支撑串联，然后和主体框 架并联。
图 使用各种阻尼器的减震结构中的能量吸收部分、附加体系、 系统的稳态反应
储存刚度=最大变形时的力/最大位移 损失刚度=零变形时的力/最大位移
油阻尼器和粘滞阻尼器的能量吸收部分的储存刚度为零 粘弹性阻尼器和软钢阻尼器的能量吸收部分的两种刚度均 存在