土木工程结构耗能减振的研究和应用.pdfVIP

面向21世纪的中国振动工程研究 北京：航空工业出版社1999． 66～71 弋、jj 土木工程结构耗能减振的研究与应用。 欧进萍吴斌 (哈尔滨建筑大学建筑工程学院 哈尔滨，150008) 摘要近年来，国内外许多学者都致力于将结构耗能减振技术推向实际应用，许多耗能减振装 置已经安装在世界多幢土木结构中。本文综述了已有六类耗能减振系统的研究与应用进展，内 容包括装置的形式、耗能机理、分析与试验的主要结果、设计方法、实际应用概况和设计规范制 定的进展，并指出一些值得进一步研究的方向。 关键词：土木工程结构；结构抗震；耗能；减振 引 言 按照传统的抗震设计思想，土木工程结构主要通过其构件的弹塑性耗能来抵抗强烈地 震作用。70年代初Kelly等人提出在结构中设置非结构构件的装置来分担构件应该耗散的 能量，这将不仅可以满足结构大震不倒的要求，而且可以太大减轻结构的变形和损伤…。在 Kelly等人提出耗能减振概念以后，各国研究者纷纷提出了各种形式的耗能减振装置∞J。常 用的耗能装置根据耗能机理不同主要分为以下六类：粘滞耗能器、牯弹性耗能器、金属耗能 器、摩擦耗能器、调频质量阻尼器和调频液体阻尼器，本文将综述上述六类耗能减振系统的 研究与应用进展，内容包括装置的形式、分析与试验的主要结果、设计方法、实际应用概况和 设计规范制定的进展，并指出一些值得进一步研究的方向。 1粘滞耗能器 粘滞耗能器在军事和空问结构中用于减轻冲击或振动，在导弹发射架中用于减轻风振 反应，近来在结构抗震领域也开始应用这种耗能器。粘滞耗能器有两种类型，一种是粘滞油 缸，另外一种是粘滞墙体。粘滞油缸一般由缸体、活塞和粘滞液体组成，活塞在缸筒内可作 往复运动，活塞上有小孔，当活塞与油缸间产生相对运动时，液体从活塞上的小孔通过，从而 产生粘滞阻尼。粘滞油缸中的液体一般为硅油或其他粘性流体。 Constantinou等人进行，建筑和桥梁中安装粘滞油缸的试验和分析工作，研究表明粘滞 油缸表现出粘滞阻尼特性，能非常有效地降低地震反应，并且对温度的变化不敏感。日本 *本文得到国家和黑龙江杰出青年科学基金资助 ～66— 筑公司研制出一种牯滞墙体，一幢足尺四层钢框架对装有粘滞墙体和未装牯滞墙体两种情 况作了地震模拟对比试验。日本静冈市的一座建于1992年的15层建筑也采用了粘滞墙 体，粘潞墙将给结构提供20％一32％的阻尼比，壤小75％～80％的地震反应。 粘滞油缸要达到设计所需的粘滞系数，通常油缸内液体的压力很大，在长达50年或100 年的建筑使用期内保证其额定的压力是很困难的。粘滞墙体有施工工艺复杂、造价高等问 题。针对牯滞耗能器的这些问题，文献[3]利用摩擦耗能机制来实现粘滞恢复力的特征，提 出了拟粘滞摩擦耗能器，并进行了性能试验和高层结构振动台试验【4J。 2粘弹性耗能器 粘弹性耗能器在振动控制中的应用可以追溯到50年代飞机结构的疲劳振动控制，它在 结构工程中的应用始于1969年建成的美国110层的纽约世界贸易中心，该结构的两座塔楼 上装有1(3000个这样的耗能器用来减小风振反应。 在粘弹性耗能器中使用的粘弹性材料一般都是高分子聚台物，把粘弹性材料粘贴在几 块钢板之间就形成了粘弹性耗能器，因此其构造非常筒单。一旦钢板之间发生相对位移，其 间的粘弹性材料就会产生剪切变形，进而达到耗能的目的。 一个线性结构安装上粘弹性耗能器后仍保持其线性特征不变，这为分析有耗能器结构 的动力反应提供了方便。s00119等人利用模态应变能方法给出了牯弹性结构振型频率和阻 尼比的求解方法，由此可方便地进行结构反应分析。 美国加州大学Berkeley分校对两个足尺粘弹性耗能器进行了动力试验，同时还对六个 弹性耗能器的性能参数进行了较广泛的研究。纽约州立大学Btl眦。分校进行了2：5五层钢 框架试验。验证了模态应变能方{去的有效性；在中国北京工业太学进行了一座五层原型结构 的动力试验。Fourth等人对在混凝土结构中设置粘弹性耗能器的应用进行了试验研究，结 果表明粘弹性耗能器同样适用于混凝土结构。 日本Shimim公司生产了一种以沥青一橡胶合成物为粘弹性材料的耗能器，并应用于一 座24层的