结构振动控制及利用论文.docVIP

建筑物的振动控制及阻尼器的应用 摘要：本文对建筑结构在振动控制研究和应用领域中的新进展做了综合评述。振动控制是建筑结构抵抗地震作用，减小地震响应的一种有效方法。其中，利用附加隔震支座或阻尼器对结构进行被动控制的方法，由于其有效性、经济性，而被越来越多的结构设计所采用。本文介绍了多种阻尼器的力学性能和其优缺点，为不同环境下选用合适的阻尼器减震装置提供方便。 关键词：传统抗震 现代抗震 振动控制 耗能减震 阻尼器 1 .传统抗震方法 地震发生时，地面振动引起结构的地震反应。如果建筑结构某部分的地震反应过大，将使主体承重结构严重破坏，甚至倒塌。或虽然主体结构没有破坏，但是非结构构件以及室内昂贵的仪器设备的破坏将带来更为严重的损失或次生灾害。传统的减小结构地震反应的方法主要有： (1)大大加强结构物的侧向刚度，即做成“刚性结构体系。 (2)大大削弱结构物的侧向刚度，即做成“柔性结构体系。 (3)增加上部结构的刚度，同时减小底下几层结构的刚度，即做成“柔性底层结构体系”。 (4)适当控制建筑物的刚度，即做成“延性结构体系’’。这种体系也是目前我国和世界各国普遍采用的传统抗震方法。实践证明这种方法在很多情况下是有效的，但它也同样存在一些问题。 传统抗震设计方法是以保证人的生命安全为原则的设计方法，是以概率论为基础，提出三水准的设防要求，即“小震不坏，中震可修，大震不倒’’。 传统抗震方法是依靠构件的弹塑性变形并吸收地震能量来实现的。这种传统设计方法在很多时候是有效的，但是也存在着以下问题： （1）传统抗震设计方法是以设定的地震烈度作为设计依据的。如果发生突发性的超过设定地震烈度的地震，房屋可能会发生严重破坏或倒塌，人员财产的安全性问题难以保证. （2）结构要减小强震或大风下的振动反应，必然要进行能量转换或耗散。传统抗震结构体系实际上是依靠结构及承重构件的损耗来消耗大部分的输入能量，因此这种方法对某些不容许在地震中出现破坏的建筑结构(如核电站)是不适用的。另外传统抗震设计只考虑了结构物本身的抗震，并未考虑房屋内部设备的防震，当建筑物内有重要设备、精密仪器等情况时(如通讯中心，医院等)，也是不适用的。 （3）传统抗震方法以“抗”为主，主要通过加大构件截面，多加配筋来提高建筑物的抵抗地震能力，其结果是构件截面越大，建筑物刚度越大，地震作用也越大，所需构件截面及配筋就越大，恶性循环，大大提高建筑物的造价。 随着建筑技术的发展，人们对于建筑的要求也越来越高。房屋高度越来越高，结构跨度越来越大，而构件端面却越来越小，己经无法按照传统的加大构件截面或加强结构刚度的抗震方法来满足结构抗震和抗风的要求。 2现代抗震理论 1972年J.T.P.Yao提出土木工程振动控制的概念[1], 经过国内外研究者的不懈努力，取得了大量的成果。工程结构振动控制是指在结构的特定部位安装某些特殊装置(如隔震垫等)、某种机构(如耗能支撑、耗能剪力墙等)、某种子结构(如调频质量块等)或施加外力，以改变或调整结构的动力特性和动力作用。构振动控制按照控制措施是否需要外部能源，可以分为主动控制、半主动控制、被动控制及混合控制。 结构振动的主动控制是指利用外部能源，在结构受到外部激励而发生振动过程当中，通过自动控制系统，瞬时施加控制力或瞬时改变结构的动力特性如刚度、阻尼或质量等，以迅速衰减和控制结构的振动反应的一种减振技术[2]。 被动控制是无外加能源的控制，其控制力是控制装置随结构一起振动变形，因装置自身的运动而被动产生[3]。被动控制可分为基础隔震技术和耗能减震技术以及吸能减震技术。基础隔震技术是指建筑物或构筑物基底设置控制机构来隔离地震能量向上部结构传输，防止地震破坏[4]。目前主要的吸能减震装置有调谐质量阻尼系统(TMD)以及调谐液体阻尼系统(TLD)等。 混合控制是在结构上同时应用被动控制和主动控制，或同时应用两种以上被动控制装置，从而充分发挥每一种控制形式和控制装置的长处，克服它们的弱点，以获得更好的控制效果[5]。目前提出的混合控制方法主要有，同时采用AMD(主动质量阻尼系统)和TMD(调谐质量阻尼器)、主动控制和基础隔震相结合的混合控制系统以及主动控制和耗能装置相联合的混合控制系统。 3. 阻尼器简介及其在工程中的应用 3.1..耗能减震介绍 结构耗能减震体系是将结构的某些非承重构件(如支撑、剪力墙等)设计成耗能杆件或在结构物的某些部位(节点或联结处)装设阻尼器，在风荷载轻微地震时，这些杆件或阻尼器处于刚弹性状态，结构物具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求；强地震发生时，随着结构受力和变形的增大，这些杆件和阻尼器，率先进入非弹性变形状态，产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震能量，从而使主体结构避免进入明显的非弹性状态并迅速衰减结构的地震反应，保护主体