消能减震技术.docVIP

三、消能减震技术 1.结构消能减震体系的机理 结构消能减震体系，是把结构物的某些非承重构件(如支承，剪力堵，连接件等)设计成消能杆件，或在结构的某部位（层间空间，结点，联接缝等）装设阻尼器（目前主要有：金属阻尼器、摩擦阻尼器、弹塑性耗能器、粘弹性阻尼器、记忆合金耗能器、粘性流体阻尼器和压电陶瓷阻尼器等）。在凤或小震作用下，这些消能构件或消能装置具有足够的初始刚度，处于弹性状态，结构物仍具有足够的侧向刚度以满足使用要求。当出现中、大地震时，消能构件或装置率先进入消能状态，其消耗的能量可占输入结构的地震能量的90％从而保护主体结构及构件在强烈地震中兔遭破坏。根据震动台试验可知，消能减震结构与传统抗震结构，其地震反应减少40％～60％。经济上，采用消能减震结构比采用传统抗震结构，可节约造价5％～10％。若用于旧有建筑物的耐震性能改造加固，节省造价10％～60％。消能减震有阻尼减震和吸能减震两种方式。 2.阻尼减震技术 目前常用的耗能阻尼器主要分迟滞型和粘滞型两大类：迟滞型阻尼器与速度无关，有摩擦型阻尼器、金属屈服型阻尼器以及各种类型的铅阻尼器等；粘滞型阻尼器的性能易受温度和加载速度的影响，有粘弹性材料阻尼器、油阻尼器等。 (1).铅—橡胶阻尼器 在各种各样的耗能阻尼器中,铅—橡胶阻尼器几乎是最理想的，特别能够满足耐久性的要求、它具有性能稳定、不受环境条件(温度、湿度等)影响、不需维护、可在工厂大批量生产、能保证质量等优点。铅－橡胶阻尼器既可以装在消能支撑上，也可以装在消能剪力墙的耗能缝中，组成各种消能构件，应用十分方便。铅－橡胶阻尼器的外形类似于铅芯橡胶隔晨垫，但内部构造和材料性能指标不同，因为铅—橡胶阻尼器的设计要求与橡胶隔震垫完全不同，橡胶隔震垫要求能够承受很大的竖向压力，提供很高的竖向刚度，而在水平方向则要有充分的柔度；铅—橡胶尼器则要求提供一定的水平刚度和尽可能大的阻尼，但对其竖向强度和刚度没有要求，因为它所受的竖向压力很小。 文献[14]通过4种铅芯直径的8个试件分别在6种控制位移下的低周复水平荷载试验，研究铅－橡胶阻尼器的初始刚度、屈服刚度以及等效阻尼比的影响因素和变化规律。试验结果表明，铅－橡胶阻尼器有较大的阻尼值和初始水平刚度，即使在几毫米的水平位移下也有较高的阻尼参数，是一种理想的耗能阻尼器；铅－橡胶阻尼器的各种参数除了与铅芯直径有关之外，也随剪切变形(即水平控制位移)而变化。为了保证橡胶的恢复力，铅芯直径与橡胶外径应满足一定的比例。而且得出铅－橡胶阻尼器有以下规律： ①.铅芯直径越大，阻尼器的初始刚度越大；并且初始刚度在控制位移为土5mm时最大，±10mm时次 之，在±20mm之后趋于稳定； ②.铅芯直径越大，阻尼器的屈服刚度越大；并且屈服刚度随控制位移而变化，在控制位移为±5mm 的最大，±10mm时次之，在±40mm之后趋于稳定； ③.铅芯直径越大，阻尼比越大；但铅芯直径d＝80mm与d＝100mm两种阻尼器的阻尼比相差不大， 在控制位移＜±20mm时，前者甚至大于后者。各种铅芯直径阻尼器的阻尼比在控制位移较小时都已经有 较大的数值；在控制位移＞±40mm后，均随控制位移的增大而减小。 (2).油阻尼器 油阻尼器是由一固定缸、带孔活塞及活塞杆组成，当外力作用于活塞杆端部销轴，活塞杆推动活塞移动，硅油通过活塞上的小孔(阻尼孔)从活塞的一侧流向另一侧，消耗了能量。当发生地震时，建筑物结构发生振动力作用于消能器的活塞杆轴向，使活塞左右交替移动，不断消耗地震所产生的能量，使建筑物振动绝对位移量减小，并控制在允许的范围内，保护了建筑物，达到抗震目的。根据其阻尼系数不同可分为不同规格和型号，北京站抗震加固消能支撑工程所用阻尼铝为美国Taylor公司生产，阻尼力为136T，如图8所示。此钢结构形式为型钢(槽钢和H型)框架加厚壁无缝钢管斜支撑的三角形稳定结构，阻尼器通过耳板及底座安装于斜支撑和框架之间，框架外四焊有螺纹钢锚筋，同原结构梁及柱的化学植筋连为一体，更增加了结构的稳定性，这样在发生地震时，梁和柱由于震动产生的位移正是通过与框架之间的后浇梁和柱传递给阻尼器，使阻尼器产生拉(或压)力，产生阻尼，使梁和柱的震动减缓、位移减小，使建筑物受到最小程度的破坏，从而产生抗震的目的。[18] 图7：油阻尼器构成的消能支撑结构简图 图8：北京站抗震加固消能支撑工程支撑安装北面立面图 (3).粘弹性阻尼器 (VED) 粘弹性阻尼器是由粘弹性材料与约束钢板交替叠合粘结而成的，是一种主要与速度相关的减振装置，它是通过粘弹性材料的滞回变形来减小结构的振动反应的。粘弹性阻尼器的力—位移滞回曲线为椭圆形，消能能力比与位移相关的消能减振装置强得多