阻尼器在消能减震结构中应用概况评述

低温建筑技术2012年第1期（总第163期）

阻尼器在消能减震结构中应用概况评述

蒋梦，阿肯江·托呼提

（新疆大学建筑工程学院，乌鲁木齐830047）

【摘要】随着科学技术的发展，消能减震技术在大型结构抗震、抗风等领域中的应用越来越广泛。本文对

阻尼器在土木工程中的研究与应用概况进行了综述，包括阻尼器的耗能原理、种类和构造，介绍了该领域的主要

研究成果和未来的发展方向。

【关键词】消能减震；阻尼器；应用

【中图分类号】TU352.11【文献标识码】A【文章编号】1001－6864（2012）01－0048－02

BRIEF DEVELOPMENT INTRODUCTION OF DAMPERS IN

SEISMIC ENERGY DISSIPATION OF STRUCTURES

JIANG Meng，Akenjiang·Tuohuti

（College Architecture Engineering，Xinjiang University，Urumqi830047，China）

Abstract：The application of the energy dissipation in civil engineering，particularly in seismic and wind protection has become increasingly popular along with the development of science and technology. This paper summarizes the development and application of damper in civil engineering．The energy dissi-pation patterns，the kinds and the configuration patterns are illustrated in this paper．Introducing the main researching findings and developing trends．

Key words：energy dissipation；damper；application

当今，消能减震已经成为结构地震控制的一个行之有效的重要手段，其改变了结构的动力特性，从而使结构在地震（或风）作用下的动力反应得到了有效地控制。

古往今来，智慧的人类利用减震的的概念和技术建造出了遍布世界各地的寺庙、宫殿，这些建筑经历了历史中无数次强烈地震的考验，依然完好的保留至今，这足以说明减震技术不仅行之有效，还值得我们去深入研究。它以“以柔克刚”改变“以硬制强”，以“消能减震”改变“增强结构”，不仅使结构能“大震不倒”，还能通过增大阻尼减小结构在大震时的位移与加速度反应提高抗震设计水平。

目前，在结构中的合理位置安装阻尼器已是现今使用最为广泛的消能减震技术之一。自阻尼器在北京饭店、中国革命历史博物馆等重要建筑的抗震加固改造工程中利用之后，我国消能减震技术的研究与应用便进入了快速发展时期。

1结构的消能减震装置

经过多年发展研究，消能减震器的种类也被逐渐丰富，现今通常分为位移相关型、速度相关型和其他类型。其中金属阻尼器和摩擦阻尼器属于位移相关型，要求位移达到预定的启动限才能发挥消能作用；而利用粘性、粘弹性材料制成的阻尼器属于速度相关型，其性能与速度有关。目前我国的消能减震阻尼器有以下几个类别。

1.1粘弹性阻尼器

粘弹性阻尼器由粘弹性材料和约束钢板组成。早在1969年，纽约的世界贸易中心大楼中就安装了近万个粘弹性阻尼器，用来减小由风荷载引起的结构振动。在受到交变应力作用产生变形时，部分能量被储存起来，另一部分能量则被转化为热能耗散［1］。

粘弹性阻尼器的耗能力强且很敏感，具有制作简单、安装方便、经久耐用等适合工程应用的优点。但粘弹性阻尼器耗能能力受环境温度影响明显［2］，当应变量较大时，由于粘弹性物质本身要产生热量导致其自身性能表现为非线性，这使得其耗能性能受到影响。

1.2粘滞阻尼器

粘滞阻尼器曾广泛应用于军事及航空领域，目前被应用在建筑振动控制中，活塞杆运动时，液体被迫从活塞上小孔内流过而产生阻尼，从而耗散能量，减小结构反应。

粘滞阻尼器能给结构提供很高的阻尼，在相当宽

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蒋梦等：阻尼器在消能减震结构中应用概况评述

的频带内具有结构保持线性反应、对温度的不敏感性、阻尼力与位移不同步等优点，对加速度和层剪力有很好的控制效果［3］。而由于加工制作较难，粘滞液体容易渗漏，粘滞阻尼器也存在一些缺点。但粘滞阻尼器以其优良的减震效果使其在土木工程领域越来越被看好。

1.3金属阻尼器

金属阻尼器由多块X型的钢板叠加而成，通过X 型钢板的侧向弯曲来耗散结构振动的能量［4］。1972年Kelly等人首次提出利用金属良好的滞回特性吸收大量能量能减小结构的地震反应。

金属阻尼器耗能性优越、构造简单、易于更换、性能稳定、不受环境温度的影响，功能维护费用低。其既可以配合隔震系统，又可以单独设置在剪力墙顶部、梁的中部位，以及其他相对变形较大的部位，来提供附加阻尼及刚度，因此具有广泛的应用前景。

1.4摩擦阻尼器

摩擦阻尼器是利用两块固体之间相对滑动的摩擦力产生阻尼来耗散能量。装置在正常使用荷载及小震作用时不发生滑动，而在强震作用下改变结构的自振频率，以达到减震目的［5］。

1.5电磁阻尼器

电磁阻尼器是一种最近开发的新型阻尼器，其利用了金属板在磁场中运动产生涡流同时转化为电阻热耗散掉的原理［6］。

从能量角度看当涡流板相对磁盒运动时因产生涡流耗散了能量，过程中机械能转化为电能继而转化为热能耗散；从力学角度看当涡流板相对磁盒运动时产生阻尼力，起到了减震作用。电磁阻尼器是相对较新的耗能器，其构造简单、造价经济、体积适中、安装便易、性能较好。

2消能减震技术的优缺点

2.1消能减震结构的优越性

（1）从减震效果来看，大震来临时，消能减震结构中减震装置率先进入消能状态，吸收大量地震能量，其比一般结构的地震反应可减小40% 60%，这是传统抗震远不能及的减震效果。

（2）从经济角度来看，采用消能减震结构可比传统抗震结构节省5% 10%的造价，而运用在既有建筑加固中则可以减少10% 60%的造价。

（3）从社会效益来看，与传统结构相比消能减震结构震后修复操作简单，只需对减震器进行检修与更换，这对震后生产生活的及时恢复有着重要的意义。

2.2与其它抗震技术比较，消能减震技术的优点

（1）与主动控制技术相比，安装阻尼器的消能减震结构不需要外界能源的供给，技术相对简单，造价比较低廉。

（2）与隔震技术相比，应用消能减震技术可以同时减小结构的水平与竖向地震作用。在应用范围方面，其不受结构类型以及高度的限制，应用广泛。

2.3消能减震技术在应用发展中有待探索的方面

（1）在理论研究方面，如何弹塑性状态下对三维阻尼器模型进行分析求解。

（2）在既不影响结构立面，又不影响内部使用以及美观要求的前提下，如何布置阻尼器。

（3）研制出性能更强，价格更优，更加能被广泛应用的新型阻尼器。

3结语

目前，消能减震阻尼器已被广泛应用于数以百计的工程实例中，在北京广播电视大学抗震加固工程中应用了设计使用寿命50年的粘滞阻尼器进行结构加固。在重庆，四支“斜拉桥拉索磁流变阻尼器”在江津外环长江大桥上安装成功。在中国第一座三塔斜拉桥—洞庭湖大桥加固工程中也安装了磁流变阻尼器并进行了试验。而在设计方面，我国在GB50011－2010《建筑抗震设计规范》中对于消能减震设计较以往的《抗震规范》则更加详尽。不难看出，随着基础建设的加强，大型公共建筑、桥梁的飞速发展，结构设计从过去仅仅满足强度和刚度推进到能动的调整结构的形态，进而为建筑设计开辟了一条崭新的途径。

参考文献

［1］Zhang RH et al.Seismic response of steel frame structures with added viscoelastic dampers［J］．Earthquake Engrg and Struct

Dyn，1989，（8）：389－396．

［2］Chang KC et al.Effet of ambient temperature on viscoelastically damped structure［J］．Struct engrg，1992，118（7）：1955－1973．［3］郑久建，孟凡兴，刘瑞勇.粘滞阻尼器减震结构分析及设计方法［M］．沈阳：东北大学出版社，2009．

［4］吴从晓，周云，王廷彦.金属耗能器的类型、性能及工程应用［J］．工程抗震与加固改造，2006，28（1）：87－94．

［5］Filiatraut A，Cherry S.Seismic design spectra for friction－damped structures［J］．Journal of Structural Engineering，1990，

116（5）：1334－1355．

［6］朱坤，邹向阳，王晓天.新型电磁阻尼器性能初步研究［J］．世界地震工程，2009，25（4）：194－198．

［收稿日期］2011－09－15

［作者简介］蒋梦（1987－），女，江苏溧阳人，硕士，研究方

向：防灾减灾工程及防护工程。

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