耗能减震技术在结构减震中的应用研究(文献综述).docxVIP

文献综述耗能减震技术在结构减震中的应用研究1.前言传统的抗震设计是利用结构本身的抗震性能抵御地震作用，以达到抗震的目的,这是“硬碰硬”式的抗震, 是一种消极被动的抗震方法。耗能减震技术[1]原理是通过附加的子结构或者耗能装置，以消耗地震传递给结构的能量为目的，以减小主体结构地震反应或减轻其破坏, 达到抗震的目的。1972 年新西兰的Kelly等人[2]首先提出金属屈服耗能器，并进行了软钢耗能器的研究和试验。为了改善地震作用下结构的工作性能，近年来国内外已开发出了各种耗能阻尼器。目前, 已开发出多种耗能减震装置, 它们可归纳为以下三类: (1) 金属阻尼器; (2)摩擦耗能减震装置; (3)粘弹性阻尼器。因其减震效果好、构造简单、造价低廉、适用范围广、维护方便等特点，受到各国研究者和工程师的重视。加拿大、意大利、日本、墨西哥、新西兰和美国等国家已将耗能减震装置应用到建筑中以减轻建筑物的地震反应, 以及在某些情况下减轻建筑物中设备振动损害的危险性。本文总结了国内外耗能减震技术研究和工程应用的必威体育精装版进展。2.耗能能减震的概念及原理消能减震技术属于结构减震控制中的被动控制，它是指在结构某些部位设置阻尼装置，通过阻尼装置产生摩擦，弯曲（或剪切，扭转）弹塑性滞回变形消能来消散或吸收地震能量，以减小主体结构地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震抗震的目的。装有阻尼（消能）装置的结构称为耗能减震结构。耗能减震的原理[8]可以从能量的角度来描述，如图1所示，结构在地震中任意时刻的能量方程为：（a）地震输入；（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传统抗震结构：(1)耗能减震结构：　(2)式中：Ein、Ein′——地震过程中输人结构体系的能量；Ev、Ev′——结构体系的动能；Ec、Ec′——结构体系的粘滞阻尼消能；Ek、Ek′——结构体系的弹性应变能；Eh、Eh′——结构体系的滞回消能；Ed——消能(阻尼)装置或消能元件消散或吸收的能量。在上述能量方程中，由于是Ev(或Ev′)和Ek(或Ek′)仅仅是能量转换，不能消能，Ec和Ec′只占总能量的很小部分(约5％左右)，可以忽略不计。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。在消能减震结构体系中，消能(阻尼)装置或元件在主体结构进入非弹性状态前率先进入消能工作状态，充分发挥消能作用，消散大量地震能量，则主体结构需消耗的能量很少，从而有效地保护了主体结构。3.耗能装置的减振及其在实际工程中的应用采用各种阻尼器来控制结构的振动反应是一种典型的被动控制系统，它是通过增加结构的阻尼、耗散结构的振动能量来达到减小结构响应的目的。从能量观点看，地震输入结构的能量是一定的，通过耗能装置消耗掉一部分能量，则结构本身需消耗的能量减小，以至于结构的反应减小。从动力学观点看，耗能装置的作用相当于增大结构的阻尼，从而减小结构的反应。耗能减震装置的种类繁多，其常用的主要有:金属耗能阻尼器、摩擦耗能阻尼器、粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器。3.1金属耗能阻尼器金属耗能阻尼器是利用金属不同形式的弹性滞回变形来消耗能量。一般用低屈服点软钢制作，在大震作用时，阻尼器在主体结构发生塑性变形前首先进入屈服，其屈服荷载较低且相对稳定，同时具有足够的塑性变形能力，以吸收大量的地震能量。要达到以上特性[3]，一种途径是调整钢材中碳和其他微量元素的含量，控制轧制温度，以达到极低屈服点的要求。表1为某钢铁公司生产的极低屈服点钢材化学成分。此种钢材屈服强度在200MPa 左右，抗拉强度200 ～ 300MPa。表1 钢材的化学成分种类CSiMnP极低屈服点钢材≤0.02≤0.02≤0.2≤0.030普通低碳钢≤0.10≤0.35≤1.40≤0.030由于金属在进入塑性状态后具有良好的滞回特性［7］，并在弹塑性滞回变形过程中吸收大量能量，因而被用来制造不同类型和构造的耗能减震器。如新型软钢阻尼器的减震性能研究［7］证明：条型钢阻尼器在平面内受力时表现出良好的塑性性能，首先屈服的位置分布在条形肋两端，且均在圆弧与肋边线连接处，呈多点屈服状态; 滞回曲线饱满，塑性变形较大，同时具有较高的初始刚度。目前已开发和利用的主要有:扭转梁耗能器、弯曲梁耗能器、U行钢板耗能器、钢棒耗能器、圆环耗能器、双圆环耗能器、加劲圆环耗能器、X型和三角形耗能器等。台湾金华休闲购物中心。本工程采用三角形加劲耗能装置，共270组。在地震 (PGA二0.39)作用下，最大层间位移也未超过规范规定的0.014rad。潮汕星河大厦。大厦为地下一层，地上原设计为22层。后来在施工过程中业主要求增加3层。为了使加层后的结构满足抗震设防要求，安装了28组耗能阻尼器。装上