耗能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論摘要

耗能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論摘要第1頁/共18頁耗能減震的概念及原理

結(jié)構(gòu)耗能減震技術(shù)是在結(jié)構(gòu)物的某些部位設(shè)置耗能（阻尼）裝置，通過耗能（阻尼）裝置產(chǎn)生摩擦，彎曲，彈塑性滯回變形來耗散或吸收地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，以減小主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或倒塌，達(dá)到減震控制的目的。

耗能減震結(jié)構(gòu)在小震和設(shè)計(jì)風(fēng)荷載作用下，耗能部件基本處于彈性狀態(tài)，主要給主體結(jié)構(gòu)提供足夠的剛度或阻尼，使耗能減震結(jié)構(gòu)滿足正常使用的要求；在中震，大震及強(qiáng)震作用下，耗能（阻尼）裝置率先進(jìn)入工作狀態(tài)，產(chǎn)生較大的阻尼，大量耗散輸入結(jié)構(gòu)中的能量，迅速衰減結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)，而主體結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)明顯的非彈性變形，從而確?？梢哉Ｊ褂谩５?頁/共18頁耗能減震的概念及原理耗能減震的原理可以從能量的角度來描述對(duì)于傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)：對(duì)于耗能減震結(jié)構(gòu)：

——地震中輸入傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)，耗能減震結(jié)構(gòu)體系的總能量；

——傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)，耗能減震結(jié)構(gòu)體系的彈性應(yīng)變能；

——傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)，耗能減震結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)能；

——傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)，耗能減震結(jié)構(gòu)體系黏滯阻尼耗能；

——傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)，耗能減震結(jié)構(gòu)體系的滯回耗量；

——耗能裝置或耗能元件吸收耗散的能量。

第3頁/共18頁耗能減震的概念及原理第4頁/共18頁耗能減震裝置的類型摩擦阻尼器：利用固體之間相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的摩擦來耗散能量粘彈性阻尼器：通過粘彈性材料反復(fù)的剪切變形來耗散能量黏滯流體消能阻尼器：利用液體的粘性提供阻尼來耗散振動(dòng)能量第5頁/共18頁摩擦耗能器的類型，性能

典型的摩擦耗能器是Pall摩擦耗能器，在框架交叉支撐的交叉處嵌入摩擦制動(dòng)襯塊，利用支撐交叉處的滑動(dòng)摩擦力做功來耗散輸入結(jié)構(gòu)能量，以提高鋼結(jié)構(gòu)抗震性能的方法。第6頁/共18頁P(yáng)all摩擦耗能器

Pall摩擦耗能器由交叉處的摩擦滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)和周圍四根鏈桿組成。摩擦滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)是由鋼板通過高強(qiáng)螺栓連接而成，耗能器的起滑力由節(jié)點(diǎn)板間的摩擦力控制，可在鋼板之間夾設(shè)摩擦材料或是對(duì)接觸面做處理以提高摩擦系數(shù)，并通過松緊節(jié)點(diǎn)螺栓來調(diào)節(jié)鋼板間正壓力以調(diào)節(jié)耗能器的摩擦力。第7頁/共18頁

摩擦耗能器由摩擦元件及連接件組成，根據(jù)它們不同的組合方式可分為單剪型和雙剪型兩種基本形式。

影響摩擦耗能器性能的因素分析1摩擦元件組成形式對(duì)摩擦耗能器性能的影響第8頁/共18頁影響摩擦耗能器性能的因素分析

從圖中單剪型摩擦元件和雙剪性摩擦元件構(gòu)成的耗能器的滯回曲線可以看出，由雙剪型摩擦元件構(gòu)成的摩擦耗能器性能較為穩(wěn)定，摩擦力無較大的波動(dòng)。因此，設(shè)計(jì)摩擦耗能器時(shí)，應(yīng)將摩擦元件設(shè)計(jì)成雙剪性。第9頁/共18頁影響摩擦耗能器性能的因素分析除了摩擦元件組成形式外，以下因素也會(huì)對(duì)摩擦耗能器性能產(chǎn)生影響摩擦片和接觸面處理情況，高強(qiáng)螺栓的影響，摩擦元件和孔槽的幾何尺寸，使用時(shí)間，滑動(dòng)速度與溫度，循環(huán)次數(shù)，外荷載類型，加工精度第10頁/共18頁黏滯流體消能阻尼器黏滯流體消能阻尼器是指通過液體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻尼，消耗結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量的一種被動(dòng)速度相關(guān)型消能阻尼器。黏滯流體消能阻尼器是一種減震裝置，一般由缸體，活塞，阻尼孔（或間隙，或兩者都有），黏滯流體阻尼材料和導(dǎo)桿等部分組成，活塞在缸筒內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞上有適量小孔成為阻尼孔，缸筒內(nèi)裝滿黏滯流體阻尼材料。當(dāng)活塞與缸筒之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于活塞前后的壓力差使流體阻尼材料從阻尼孔中通過，從而產(chǎn)生阻尼力，達(dá)到耗能的目的。第11頁/共18頁黏滯流體消能阻尼器的力學(xué)模型

Taylor公司的模型

第12頁/共18頁黏滯流體消能阻尼器的力學(xué)模型Maxwell模型式中——施加于活塞上的力

——活塞的位移

——松弛時(shí)間

——零頻率阻尼系數(shù)第13頁/共18頁黏滯流體消能阻尼器的力學(xué)模型

東南大學(xué)的模型東南大學(xué)根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果，給出了空隙式黏滯流體消能阻尼器的力學(xué)模型為式中C——黏滯系數(shù)

α——考慮了消能阻尼器構(gòu)造等的速度指數(shù)，取值范圍為0.2-1.0

第14頁/共18頁

上述公式的表達(dá)式各有不同，對(duì)于輸出力和活塞速度之間的關(guān)系也給出了不同的數(shù)值范圍，但是所有公式有一點(diǎn)是共同的，即都認(rèn)為黏滯流體消能阻尼器是一種速度相關(guān)型的消能阻尼器，其阻尼器的主要影響因素是活塞的運(yùn)動(dòng)速度。造成這些公式差異的原因主要是由于不同研究者所研制的阻尼器的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造以及采用的分析方法不同。第15頁/共18頁1黏滯流體消能阻尼器中，阻尼介質(zhì)的特性有哪些？1具有一定的黏度；2壓縮性小；3化學(xué)穩(wěn)定性好；4黏度隨溫度的敏感性差及抗寒性好；5不易燃，不揮發(fā)，無毒害和抗老化性好2摩擦消能阻尼器需要改