消能减震技术抗震措施PPT.ppt

耗能减震结构耗能减震技术是在结构物某些部位(如支撑、剪力墙、连接缝或连接件)设置耗能(阻尼)装置(或元件),通过该装置产生摩擦,弯曲(或剪切、扭转)弹塑性(或粘弹性)滞回变形来耗散或吸收地震输入结构的能量,以减小主体结构的地震反应,从而避免结构产生破坏或倒塌,达到减震控制的目的。基本原理: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耗能工作状态,充分发挥耗能作用,消耗掉输入结构体系的大量地震能量,使结构本身需消耗的能量很少,这意味着结构反应将大大减小,从而有效地保护了主体结构,使其不再受到损伤或破坏。由于消能减震结构具有减震机理明确、减震效果显著、安全可靠、经济合理、适用范围广等特点,目前已被成功用于工程结构的减震控制中。耗能元件耗能元件大体上可以分为三类:(1)速度相关型耗能元件,如线性粘滞或粘弹性阻尼器;(2)位移相关型耗能元件,如金属屈服型或摩擦型阻尼器;(3)调谐吸震型耗能元件,如调谐质量阻尼器(TunedMassDamper,TMD)或调谐液体阻尼器(TunedLiquidDamper,TLD)。耗能元件-金属阻尼器金属屈服阻尼器是用软钢或其他软金属材料做成的各种形式的阻尼耗能器。它对结构进行振动控制的机理是将结构振动的部分能量通过金属的屈服滞回耗能耗散掉,从而达到减小结构反应的目的。金属屈服后具有良好的滞回性能,20世纪70年代初,Kelly等美国学者开始研究利用金属的这种性能来控制结构的动力反应,并提出了扭转梁、弯曲梁、U形条耗能器等金属阻尼器。随后,其他学者又相继提出许多形式各异的金属屈服阻尼器,比较典型的有x形板和三角形板阻尼器。耗能元件-摩擦阻尼器摩擦阻尼器由受有预紧力的金属或其他固体元件构成,这些元件之间能够相互滑动并且产生摩擦力,其减震机理是通过摩擦耗能耗散结构的振动能量。摩擦阻尼器的发展始于20世纪70年代后期,目前国内外学者已陆续研制开发了多种摩擦阻尼器,如Pall摩擦阻尼器、筒式滑块摩擦阻尼器、钢丝绳摩擦阻尼器、摩擦滑动螺栓节点及摩擦剪切饺阻尼器等。摩擦阻尼器一般安装在结构支撑上,形成摩擦耗能支撑。耗能元件-摩擦阻尼器下图为由Pall和Marsh提出的十字形双向摩擦阻尼器,它是一靠滑动而改变形状的机构。机构带有摩擦制动板,机构的滑移受板间摩擦力控制,而摩擦力取决于板间的挤压力,可以通过松紧节点板的高强螺栓来调节。该装置按正常使用荷载及小震作用下不发生滑动设计,而在强烈地震作用下,在主要结构构件尚未发生屈服时,装置即产生滑移以摩擦功耗散地震能量,并改变了结构的自振频率,从而使结构在强震中改变动力特性,达到减震目的。耗能元件-铅挤压阻尼器铅挤压阻尼器由外筒、可动轴和铅组成,如下图所示,这种阻尼器由新西兰的Robinson等首先提出,由于铅是一种结晶金属,当发生塑性变形时,其晶格被拉长并错动、此时一部分能量将转化为热能,另一部分能量为促进再结晶而消耗,使金属返回非变状态。结晶易在常温下进行,所耗时间极短且无疲劳现象,具备稳定的耗能能力。当结构变位使外壁筒与可动轴发生相对位移时,铅发生塑性流动,起到耗能阻尼的作用。耗能元件-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,典型的粘弹性阻尼器下图所示。它由两个T形约束钢板夹一块矩形钢板组成,T形约束钢板与中间钢板之间夹有一层粘弹性阻尼材料(通常用有机硅或其他高分子材料)。在反复轴向力作用下,约束T形钢板与中间钢板产生相对运动,使粘弹性材料产生往复剪切滞回变形,以吸收和耗散能量。耗能元件-粘滞阻尼器粘滞阻尼器一般由缸体、活塞和粘性液体所组成,如图下图所示。缸体简内装有粘性液体,液体常为硅油或其他粘性流体,活塞上开有小孔。当活塞在缸体简内做往复运动时,液体从活塞上的小孔通过,对活塞和缸体的相对运动产生阻尼,从而消耗振动能量。粘性阻尼器为速度相关型耗能器。调谐减震控制体系调谐减震控制体系,由结构和附加在主结构上的子结构组成。附加的子结构具有质量、刚度和阻尼,因而可以调整子结构的自振频率,使其尽量接近主结构的基本频率或激振频率。这样,当主结构受激励而振动时,子结构就会产生一个与结构振动方向相反的惯性力作用在主结构上,使主结构的振动反应衰减并受到控制。由于这种减震控制不是通过提供外部能量,只是通过调整结构的频率特性来实现的,故称为“被动调谐减震控制”。由于它是利用调整结构的动力特性来消减结构的振动反应,故也称为“动力消震”。目前常用的被动调谐减震控制装置有调谐质量阻尼器和调谐液体阻尼器。调谐质量阻尼器(TMD)调谐质量阻尼器(TMD)为一附属于结构的振动系统,由质量块、弹簧和阻尼器组成,如下图所示。它对结构进行减震控制的机理是:将结构振动的部分能量吸收到自己身上,转化成自身的动能和阻尼耗能,从而达到减小结构反应的目的。采用TMD减