结构减震控制设计实例分析
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为了人类更好的生存,探讨行之有效的工程减震措施是很有必要得，也 是摆在工程结构人员面前的非常紧迫的课题!
耗能减震技术原理
耗能减震的原理可以从能量的角度来描述：（如图1）
a）地震输人
b）传统抗震结构
c）消能减震结构
图1.结构能量转换途径对比
耗能减震技术原理
结构在地震中任意时刻的能量方程为：
传统抗震结构： Ein=Ev+Ec+Ek+Eh 耗能减震结构： Ein=Ev+Ec+Ek+Eh+Ed
减震装置的类型与性能
认识阻尼器（消能器）
消能器的功能： 结构构件（或节点）发生相对位移时，产生
较大阻尼，从而发挥消能减震作用。
阻尼力
，做功
，减震效果good！
可以用消能器阻尼力-位移滞回曲线的面积来度量消 能器的效能能力、效能效果。
减震装置的类型与性能
消能器
消能器的分类
速度相关型
粘弹性阻尼器、粘滞流体阻尼 器、粘滞阻流墙、粘弹性阻尼 墙
在传统的抗震结构中，主要依靠Eh消耗输入结构的 地震能量，但因结构构件在利用其自身弹塑性变形 消耗地震能量的同时，构件本身将遭到损伤甚至破 坏，某一结构构件耗能越多，则其破坏越严重。
耗能减震技术原理
结构在地震中任意时刻的能量方程为：
传统抗震结构： Ein=Ev+Ec+Ek+Eh 耗能减震结构： Ein=Ev+Ec+Ek+Eh+Ed
位移相关型
摩擦阻尼器、钢筋屈服型阻尼 器
其他类型
调频质量阻尼器（TMD）、 液压质量震动系统（HMS)、 调频液体阻尼器（TLD）
分类依据——消能器对结构产生的阻尼力与什么有关。
减震装置的类型与性能
耗能减震装置类型
1.摩擦耗能装置 2.钢弹塑性耗能器 3.铅耗能器 4.粘弹性阻尼器
分类依据——消能器如何消耗能量来分类。
耗能减震技术
结构在地震作用中的能量消耗
一
二
阻尼器的介绍
三 结构减震控制实例
结构减震控制的必要性
地震是一种自然灾害,小震几乎每天都要发生数次。在全世界范围内， 每年大约发生18次造成严重破坏的大地震 。据统计，1976年的唐山大 地震中, 大约24万人的生命毁于一旦。
传统的结构抗震通过强化结构本身的性能来抵御地震的作用,增大构件 断面,提高配筋量是最常见的办法. 虽然这种方法强化了的结构体系, 但是一者必然提高工程造价,二者由于地震的不可预见性及结构反应的 复杂性,其抗震能力也未必有效.
铅挤压阻尼器及典型滞回曲线
Байду номын сангаас
减震装置的类型与性能
4.粘弹性阻尼器
粘弹性阻尼器是由粘弹性材料和约束钢板所组成。典型的粘弹性阻尼器如下 图所示，它是由两个T形约束钢板夹一块矩形钢板所组成，T形约束钢板与中 间钢板之间夹有一层粘弹性材料，在反复轴向力作用下，约束T形钢板与中间 钢板产生相对运动，使粘弹性材料产生往复剪切滞回变形，以吸收和耗散能 量。
减震装置的类型与性能
1.摩擦耗能装置 摩擦耗能器是根据摩擦做功而耗散能量的原理设 计的。目前已有多种不同构造的摩擦耗能器，如Pall型摩擦耗能器、 摩擦筒制震器、限位摩擦耗能器、摩擦滑动螺栓节点及摩擦剪切铰耗 能器等。
Pall型摩擦耗能器及典型滞回曲线
减震装置的类型与性能
2. 钢弹塑性耗能器 软钢具有较好的屈服后性能，利用其进入弹塑性范围后的良好滞
57.8m,地上13层(两侧的塔楼为16层),地下一层,建筑面积 1418815m2,采用中央空调系统。
结构减震控制设计实例分析
江苏省宿迁市交通大厦
工程简介 该建筑采用钢筋混凝土筒体-框架结构,抗震设防烈度为9度,结构安
由上图可以看出，其滞回环呈椭圆形，具有很好的耗能性能，它能 同时提供刚度和阻尼。
减震装置的类型与性能
4.粘弹性阻尼器
结构减震控制设计实例分析
粘弹性阻尼器： 1969年 美国纽约世界贸易中心
的两个塔楼安了1万多个粘弹 性耗能器。
1982年 美国西雅图的Columbia Seafirst大厦安了260个粘弹性阻尼器。
回特性，目前已研究开发了多种耗能装置，如加劲阻尼（ADAS）装 置、锥形钢耗能器、圆环（或方框）钢耗能器、双环钢耗能器、加劲 圆环耗能器、低屈服点钢耗能器等。
减震装置的类型与性能
3.铅耗能器
铅是一种结晶金属，具有密度大、熔点低、塑性好、强度低等特点。发生 塑性变形时晶格被拉长或错动，一部分能量将转换成热量，另一部分能量 为促使再结晶而消耗，使铅的组织和性能回复至变形前的状态。铅的动态 回复与再结晶过程在常温下进行，耗时短且无疲劳现象，因此具有稳定的 耗能能力。
式中
。
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
耗能减震技术原理
结构在地震中任意时刻的能量方程为：
传统抗震结构： Ein=Ev+Ec+Ek+Eh 耗能减震结构： Ein=Ev+Ec+Ek+Eh+Ed
在耗能减震结构体系中，耗能（阻尼）装置或元件在主体结 构进入非弹性状态前率先进入耗能工作状态，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。
耗能减震技术原理
一般来说，结构的损伤程度与结构的最大变形Δmax和滞回耗能Eh（或 累积塑性变形）成正比，可以表达为：
结构减震控制设计实例分析
江苏省宿迁市交通大厦
国内第一个粘弹性阻尼器减震工程
1、只要有微小的振动,它就立即耗能减振; 2、既能用于抗震又能用于抗风; 3、力-位移滞回曲线近似为椭圆形,耗能能力较强; 4、性能优于位移相关型耗能减振装置。
结构减震控制设计实例分析
江苏省宿迁市交通大厦
工程简介 宿迁市交通大厦是江苏省宿迁市新区内的重点建筑,主楼高
其中：
--- 结构的最大变形
--- 滞回耗能
D ----
结构的损伤程度
在耗能减震结构中，由于最大变形和构件的滞回耗能较之传统抗震结 构的最大变形和滞回耗能大大减少，因此结构的损伤大大减少。
耗能减震结构具有减震机理明确，减震效果显著，安全可靠，经济合 理，技术先进，适用范围广等特点。目前，已被成功用于工程结构的 减震控制中。
耗能减震技术原理
耗能减震的原理可以从能量的角度来描述：（如图1）
a）地震输人
b）传统抗震结构
c）消能减震结构
图1.结构能量转换途径对比
耗能减震技术原理
结构在地震中任意时刻的能量方程为：
传统抗震结构： Ein=Ev+Ec+Ek+Eh 耗能减震结构： Ein=Ev+Ec+Ek+Eh+Ed
减震装置的类型与性能
认识阻尼器（消能器）
消能器的功能： 结构构件（或节点）发生相对位移时，产生
较大阻尼，从而发挥消能减震作用。
阻尼力
，做功
，减震效果good！
可以用消能器阻尼力-位移滞回曲线的面积来度量消 能器的效能能力、效能效果。
减震装置的类型与性能
消能器
消能器的分类
速度相关型
粘弹性阻尼器、粘滞流体阻尼 器、粘滞阻流墙、粘弹性阻尼 墙
在传统的抗震结构中，主要依靠Eh消耗输入结构的 地震能量，但因结构构件在利用其自身弹塑性变形 消耗地震能量的同时，构件本身将遭到损伤甚至破 坏，某一结构构件耗能越多，则其破坏越严重。
耗能减震技术原理
结构在地震中任意时刻的能量方程为：
传统抗震结构： Ein=Ev+Ec+Ek+Eh 耗能减震结构： Ein=Ev+Ec+Ek+Eh+Ed
位移相关型
摩擦阻尼器、钢筋屈服型阻尼 器
其他类型
调频质量阻尼器（TMD）、 液压质量震动系统（HMS)、 调频液体阻尼器（TLD）
分类依据——消能器对结构产生的阻尼力与什么有关。
减震装置的类型与性能
耗能减震装置类型
1.摩擦耗能装置 2.钢弹塑性耗能器 3.铅耗能器 4.粘弹性阻尼器
分类依据——消能器如何消耗能量来分类。
耗能减震技术
结构在地震作用中的能量消耗
一
二
阻尼器的介绍
三 结构减震控制实例
结构减震控制的必要性
地震是一种自然灾害,小震几乎每天都要发生数次。在全世界范围内， 每年大约发生18次造成严重破坏的大地震 。据统计，1976年的唐山大 地震中, 大约24万人的生命毁于一旦。
传统的结构抗震通过强化结构本身的性能来抵御地震的作用,增大构件 断面,提高配筋量是最常见的办法. 虽然这种方法强化了的结构体系, 但是一者必然提高工程造价,二者由于地震的不可预见性及结构反应的 复杂性,其抗震能力也未必有效.
铅挤压阻尼器及典型滞回曲线
Байду номын сангаас
减震装置的类型与性能
4.粘弹性阻尼器
粘弹性阻尼器是由粘弹性材料和约束钢板所组成。典型的粘弹性阻尼器如下 图所示，它是由两个T形约束钢板夹一块矩形钢板所组成，T形约束钢板与中 间钢板之间夹有一层粘弹性材料，在反复轴向力作用下，约束T形钢板与中间 钢板产生相对运动，使粘弹性材料产生往复剪切滞回变形，以吸收和耗散能 量。
减震装置的类型与性能
1.摩擦耗能装置 摩擦耗能器是根据摩擦做功而耗散能量的原理设 计的。目前已有多种不同构造的摩擦耗能器，如Pall型摩擦耗能器、 摩擦筒制震器、限位摩擦耗能器、摩擦滑动螺栓节点及摩擦剪切铰耗 能器等。
Pall型摩擦耗能器及典型滞回曲线
减震装置的类型与性能
2. 钢弹塑性耗能器 软钢具有较好的屈服后性能，利用其进入弹塑性范围后的良好滞
57.8m,地上13层(两侧的塔楼为16层),地下一层,建筑面积 1418815m2,采用中央空调系统。
结构减震控制设计实例分析
江苏省宿迁市交通大厦
工程简介 该建筑采用钢筋混凝土筒体-框架结构,抗震设防烈度为9度,结构安
由上图可以看出，其滞回环呈椭圆形，具有很好的耗能性能，它能 同时提供刚度和阻尼。
减震装置的类型与性能
4.粘弹性阻尼器
结构减震控制设计实例分析
粘弹性阻尼器： 1969年 美国纽约世界贸易中心
的两个塔楼安了1万多个粘弹 性耗能器。
1982年 美国西雅图的Columbia Seafirst大厦安了260个粘弹性阻尼器。
回特性，目前已研究开发了多种耗能装置，如加劲阻尼（ADAS）装 置、锥形钢耗能器、圆环（或方框）钢耗能器、双环钢耗能器、加劲 圆环耗能器、低屈服点钢耗能器等。
减震装置的类型与性能
3.铅耗能器
铅是一种结晶金属，具有密度大、熔点低、塑性好、强度低等特点。发生 塑性变形时晶格被拉长或错动，一部分能量将转换成热量，另一部分能量 为促使再结晶而消耗，使铅的组织和性能回复至变形前的状态。铅的动态 回复与再结晶过程在常温下进行，耗时短且无疲劳现象，因此具有稳定的 耗能能力。
式中
。
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
耗能减震技术原理
结构在地震中任意时刻的能量方程为：
传统抗震结构： Ein=Ev+Ec+Ek+Eh 耗能减震结构： Ein=Ev+Ec+Ek+Eh+Ed
在耗能减震结构体系中，耗能（阻尼）装置或元件在主体结 构进入非弹性状态前率先进入耗能工作状态，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。
耗能减震技术原理
一般来说，结构的损伤程度与结构的最大变形Δmax和滞回耗能Eh（或 累积塑性变形）成正比，可以表达为：
结构减震控制设计实例分析
江苏省宿迁市交通大厦
国内第一个粘弹性阻尼器减震工程
1、只要有微小的振动,它就立即耗能减振; 2、既能用于抗震又能用于抗风; 3、力-位移滞回曲线近似为椭圆形,耗能能力较强; 4、性能优于位移相关型耗能减振装置。
结构减震控制设计实例分析
江苏省宿迁市交通大厦
工程简介 宿迁市交通大厦是江苏省宿迁市新区内的重点建筑,主楼高
其中：
--- 结构的最大变形
--- 滞回耗能
D ----
结构的损伤程度
在耗能减震结构中，由于最大变形和构件的滞回耗能较之传统抗震结 构的最大变形和滞回耗能大大减少，因此结构的损伤大大减少。
耗能减震结构具有减震机理明确，减震效果显著，安全可靠，经济合 理，技术先进，适用范围广等特点。目前，已被成功用于工程结构的 减震控制中。