建筑消能減震阻尼器

10/15一、消能減震構(gòu)造的進(jìn)展與應(yīng)用：20世紀(jì)70年月些技術(shù)專(zhuān)用到建筑、橋梁、鐵路等工程中。90年月美國(guó)科學(xué)基金會(huì)工程師參考。耗能裝置用消能減震技術(shù)。在日本，目前已有超過(guò)100多棟的建筑物承受消能減震技術(shù)。減小構(gòu)造所受的地震和風(fēng)振反響消能減所受振動(dòng)。“阻尼”是指任何振動(dòng)系統(tǒng)在振動(dòng)中，由于外界作用或系統(tǒng)本量化表征。JGJ3-2023中：2.1.110層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24米的其他高層民用建筑。《民用建筑設(shè)計(jì)通則》GB50352-2023中：3.1.2建筑高度大于1OOm的民用建筑為超高層建筑。二、阻尼器耗能減震原理：耗能減震的原理可以從能量的角度來(lái)描述。傳統(tǒng)構(gòu)造：Ei=Er+Ed+Es耗能構(gòu)造：Ei=Er+Ed+Es+EaEi為地震時(shí)輸入構(gòu)造的總能量；Er為構(gòu)造在地震過(guò)程中存儲(chǔ)的動(dòng)能和彈性應(yīng)變能；Ed為構(gòu)造本身阻尼消耗的能量；Es為構(gòu)造產(chǎn)生彈塑性變形吸取的能量；Ea為耗能裝置消耗的能量；〔其中Er為能量轉(zhuǎn)換，并不是能量的消耗?！硞鹘y(tǒng)構(gòu)造中：將遭到損傷甚至破壞。在消能減震構(gòu)造中：作狀態(tài)，耗散大量輸入構(gòu)造體系的地震、風(fēng)振能量，則構(gòu)造本身需消耗的能量很少，主體構(gòu)造反響將大大減小，從而有效地保護(hù)了主體構(gòu)造，使其不再受到損傷或破壞。三、阻尼器的種類(lèi)：阻尼器種類(lèi)繁多，我國(guó)將其分為位移相關(guān)型和速度相關(guān)型。位移相關(guān)型阻尼器的耗能與其自身變形和相對(duì)滑動(dòng)位移有關(guān)，常用的有金屬阻尼器和摩擦阻尼器。速度相關(guān)型阻尼器的阻尼特性與加載頻率有關(guān)，常用的有粘滯阻尼器和粘彈性阻尼器。〔一〕一種位移相關(guān)型主要用于減小地震響應(yīng)利用金屬不同形式的彈塑性滯回變形來(lái)消耗能量棒阻尼器、鉛阻尼器、外形記憶合金、軟鋼阻尼器等?！矞靥匦灾覆牧显谑芡饨绺蓴_產(chǎn)生變形時(shí)具有企圖恢復(fù)原有狀態(tài)的抗力的特性?！臣觿抛枘帷睞DAS〕裝置〔軟鋼阻尼器〕：加勁阻尼〔ADAS〕裝置是由數(shù)塊相互平行的X形或三角形鋼板通地震作用下框架層間相對(duì)變形引起裝置頂部相對(duì)于底部的水平運(yùn)動(dòng)鋼板產(chǎn)生彎曲彈塑性滯回變形耗散地震能量長(zhǎng)期牢靠并不受環(huán)境與溫度影響的特點(diǎn)。如以下圖 〔二〕摩擦耗能阻尼器：摩擦耗能器是一種位移阻尼器主要用于減小地震響應(yīng)件相對(duì)位移時(shí)產(chǎn)生目前已有多種不同構(gòu)造的摩擦耗能器，如Pall型摩擦耗能器、摩擦筒制震器等。Pall型摩擦耗能裝置加拿大學(xué)者A.S.Pall制造。該裝置為一正方形連桿機(jī)構(gòu)，與x形摩擦力取決于板間的擠壓力，擠壓力可以通過(guò)松緊板上的高強(qiáng)螺栓來(lái)調(diào)整?！材Σ凉?jié)點(diǎn)板〕該裝置按正常使用荷載及小震作用下不發(fā)生滑動(dòng)在猛烈地震作用下尚未發(fā)生屈服現(xiàn)象前彈塑性形變分界點(diǎn)〕置即產(chǎn)生滑移以摩擦功耗散地震能量，到達(dá)消能減震目的?！踩痴硰椥宰枘崞?VED)粘彈性阻尼器是一種速度相關(guān)型減小風(fēng)振也可減小地震作用。材料：性狀介于有粘性液體和彈性體之間體，具有貯存能量和耗散能量的特性。構(gòu)造和性能構(gòu)造：粘貼或者噴涂粘彈性材料，這樣既能減震又能降噪，同時(shí)還具有裝飾效果。原理阻尼層內(nèi)部產(chǎn)生拉壓變形而耗能，從而起到減震降噪的作用。約束阻尼層：是上一種形式的延長(zhǎng)。由約束鋼板和粘彈性材料組成，約束鋼板由兩塊T型和一塊矩形的鋼板及粘彈性材料夾層如圖：原理：粘彈性材料隨約束鋼板往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)粘彈性阻尼材料的剪切變形來(lái)耗散能量。性能：承受粘彈性阻尼器可以有效地減小構(gòu)造的位移反響和加速度反應(yīng)相比50％~80％，加速度反響可減小30％~60％。的影響。隨著環(huán)境溫度的增加，粘彈性材料的耗力量氣會(huì)降低。性能并沒(méi)有明顯減弱。隨著外振力頻率的增加，粘彈性材料的耗力量氣會(huì)降低。安裝方式(1)(1)小八字撐的安裝方式造成粘彈性阻尼器的剪切變形較小影響粘彈性阻尼器充分耗能但這種支撐對(duì)建筑功能的影響小所占空間小，布置位置靈敏。單向斜撐需安裝在房間隔斷、隔墻處，不影響建筑的使用，這種支撐形式中粘彈性材料的剪切變形較大，消能減震力氣較強(qiáng)。大八字撐同樣能夠使粘彈性阻尼器產(chǎn)生較大的剪切變形消能減震力氣較強(qiáng)，對(duì)建筑使用功能的影響也不像單向斜撐那樣大。人字型撐占用較大的建筑空間剪切變形由建筑構(gòu)造的層間位移轉(zhuǎn)化而來(lái)，〔上、下層側(cè)向位移之差〕缺點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)潔，但消力量氣強(qiáng)。穿插對(duì)角撐適用于廠房構(gòu)造可以在廠房的柱間設(shè)置安裝粘彈性阻尼器的消能支撐，這種支撐的消能減震力氣也比較優(yōu)良。實(shí)際工程中的應(yīng)用：196910000個(gè)粘彈性阻尼器，從第10層到第100層均勻分布于構(gòu)造中，用于抵抗風(fēng)載；1982年，美國(guó)西雅圖哥倫比亞中心大樓安裝了260個(gè)粘彈性阻尼器。用于抵抗風(fēng)載；1993年，位于美國(guó)加州圣荷塞的13層SalltaClara市政大樓承受粘彈性阻尼器進(jìn)展抗震改造，是粘彈性阻尼器的首次抗震應(yīng)用。1998地震和風(fēng)振反響，效果顯著?！惭a(bǔ)充：西雅圖哥倫比亞中心大廈起初是由于在風(fēng)振的影響下，頂部幾層有明顯的不舒適感安上粘彈性阻尼器后不再有不舒適感，假設(shè)承受加大側(cè)向剛度的方法需要把現(xiàn)有的柱尺寸擴(kuò)大一倍，價(jià)值約800萬(wàn)美元，而承受粘彈性阻尼器所用僅7O萬(wàn)美元承受粘彈性阻尼器減小建筑的風(fēng)振或地震影響在經(jīng)濟(jì)上是相當(dāng)可觀的?！场菜摹痴硿哪茏枘崞鳎菏且环N速度相關(guān)型阻尼器，消耗地震或者風(fēng)振能量。在我國(guó)，越來(lái)越多的橋梁、高層建筑、體育場(chǎng)館中也應(yīng)用了液體粘滯阻尼器。圓柱筒式液體粘滯阻尼器：1進(jìn)展與原理：早期的液體粘滯阻尼器像一個(gè)長(zhǎng)方形的容器，如以以下圖，其中布滿活塞桿帶動(dòng)一組平板剪切運(yùn)動(dòng)，由于油的粘性產(chǎn)生阻力，起到阻尼器的作用。但由于油腔體積相對(duì)較大，油料可運(yùn)動(dòng)空間較大，導(dǎo)致這種阻尼器的效率很低，而且受溫度影響也較大。19世紀(jì)中期，法國(guó)的一家軍火公司首先承受節(jié)流孔來(lái)把握流體活塞桿不允許變形，多承受不銹鋼。與活塞缸嚴(yán)密結(jié)合的活塞頭把阻尼器分成2個(gè)液腔，活塞頭上的小孔，可讓2個(gè)腔體中的硅油，在確定的活塞壓力下可以按設(shè)計(jì)要求來(lái)回流淌硅油通過(guò)狹小的阻尼孔生摩擦力通過(guò)硅油的運(yùn)動(dòng)與摩擦阻力，轉(zhuǎn)換為熱能耗散。實(shí)際工程中的應(yīng)用北京盤(pán)古大觀(PanguPlaza)1)阻尼器布置移較大的24～39100個(gè)粘滯液體阻尼器和8個(gè)粘彈性液體阻尼器。阻尼器減震效果分析經(jīng)計(jì)算，加設(shè)阻尼器后構(gòu)造向?qū)娱g位移角減小效果見(jiàn)下表。位移角：間最大

層間此層高之比〕經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)價(jià)格卻最省(如下表)。粘滯阻尼墻：是由日本學(xué)者M(jìn).Miyazaki等在1986年提出，于20世紀(jì)80年月在日本得到應(yīng)用。一種箱式的粘滯阻尼器，有時(shí)也起到隔墻作用。1986M.Miyazaki等對(duì)一個(gè)安裝有粘滯阻尼墻的5層鋼1t。試驗(yàn)說(shuō)明，當(dāng)構(gòu)造沒(méi)有設(shè)置構(gòu)造阻尼墻時(shí)，模型的阻尼比為0.02，構(gòu)造根本周期0.367s0.32，構(gòu)造根本周期為0.286s?！仓缸枘嵯禂?shù)與臨界阻尼系數(shù)之比，表達(dá)構(gòu)造體標(biāo)準(zhǔn)化的阻尼大小。臨界阻尼系數(shù)：任何一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)阻尼增加到確定程度時(shí)，物能最快地回到平衡位置的狀況，稱(chēng)為“臨界阻尼”。構(gòu)造根本周期所需的時(shí)間?！吃恚喝缫砸韵聢D所示，在粘滯型阻尼墻系統(tǒng)中的活塞，表現(xiàn)為一內(nèi)鋼板該鋼板只能在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)粘滯液體〔活塞局部固定于上層樓板〔容得粘滯阻尼墻內(nèi)的粘滯液體被剪切，地震輸入的能量被耗散。補(bǔ)充：〔五〕質(zhì)量阻尼器：調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)〔TMD〕安裝連接在構(gòu)造上，由固體質(zhì)量、減震器和阻尼器組成。將TMD系統(tǒng)的自身振動(dòng)頻率調(diào)整到構(gòu)造振動(dòng)的振動(dòng)頻率頻率四周，當(dāng)外力〔地震、風(fēng)振〕使得構(gòu)造物的振動(dòng)被激發(fā)時(shí)，阻尼器會(huì)產(chǎn)生與器上，進(jìn)而消散。臺(tái)北101大樓調(diào)質(zhì)量阻尼器構(gòu)造臺(tái)北101大樓調(diào)質(zhì)阻尼器懸吊于87~92類(lèi)似單擺的