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一、消能减震布局的成幼与使用: 操纵阻尼器来

发布时间: 2019-10-27

一、消能减震布局的成长取使用: 操纵阻尼器来消能减震并不是什么新手艺,正在航天航空、军工枪 炮等行业中早已获得使用。从20世纪70年代后,人们起头逐渐地把这 些手艺公用到建建、桥梁、铁等工程中。 正在美国,20世纪80年代起头,美国工具两个地动研究核心等单元 做了大量试验研究,颁发了几十篇相关论文。90年代美国科学基金会 和土木匠程协会组织了两次大型结合,给出了权势巨子性的试验演讲,供 工程师参考。 正在我国, 1997年, 沈阳市大楼的抗震加固中初次采用了摩擦 耗能安拆,其后饭馆、火车坐和展览馆等多座建建中应 用消能减震手艺。 正在日本,目前已有跨越100多栋的建建物采用消能减震手艺。 现代高层建建日益增加,布局受地动和风振影响十分较着,减小 布局所受的地动和风振反映,成为布局设想的一个主要方面。消能减 震阻尼器, 通过添加布局阻尼, 耗散布局的振动能量来达到减小布局 所受振动。 (1) “阻尼”是指任何振动系统正在振动中,因为感化或系统本 身固有的缘由惹起的振动幅度逐步下降的特征, 以此一特征的 量化表征。 (2)《高层建建混凝土布局手艺规程》JGJ3-2010中: 2.1.1 高层建建:10层及10层以上或衡宇高度大于28m的室第 建建和衡宇高度大于24米的其他高层平易近用建建。 (3)《平易近用建建设想公例》GB50352-2005中: 3.1.2建建高度大于1OOm的平易近用建建为超高层建建。 二、阻尼器耗能减震道理: 耗能减震的道理能够从能量的角度来描述。 保守布局:Ei =Er+Ed+Es 耗能布局:Ei =Er+Ed+Es+Ea Ei为地动时输入布局的总能量; Er为布局正在地动过程中存储的动能和弹性应变能; Ed为布局本身阻尼耗损的能量; Es为布局发生弹塑性变形接收的能量; Ea为耗能安拆耗损的能量; (此中Er为能量转换,并不是能量的耗损。) (1) 保守布局中: 构件正在操纵其本身弹塑性变形耗损地动能量的同时, 构件本身 将遭到毁伤以至。 (2)正在消能减震布局中: 耗能 (阻尼) 安拆正在从体布局进入耗能形态前率先辈入耗能工 做形态,耗散大量输入布局系统的地动、风振能量,则布局本身 需耗损的能量很少,从体布局反映将大大减小,从而无效地 了从体布局,使其不再遭到毁伤或。 三、阻尼器的品种: 阻尼器品种繁多,我国将其分为位移相关型和速度相关型。 (1)位移相关型阻尼器的耗能取其本身变形和相对滑动位移相关,常 用的有金属阻尼器和摩擦阻尼器。 (2)速度相关型阻尼器的阻尼特征取加载频次相关,常用的有粘畅阻 尼器和粘弹性阻尼器。 (一) 金属耗能阻尼器 一种位移相关型阻尼器, 次要用于减小地动响应。 操纵金属分歧 形式的弹塑性畅回变形来耗损能量。 目前已开辟和操纵的次要有:钢 棒阻尼器、铅阻尼器、外形回忆合金、软钢阻尼器等。 (畅回特征指材料正在受干扰发生变形时具有恢回复复兴无形态 的抗力的特征。) ? 加劲阻尼(ADAS)安拆(软钢阻尼器): 加劲阻尼(ADAS)安拆是由数块互相平行的X形或三角形钢板通 过定位件拆卸而成的耗能减震安拆。安拆正在人字形支持顶部,正在地动 感化下, 框架层间相对变形惹起安拆顶部相对于底部的程度活动, 使 钢板发生弯曲, 操纵弹塑性畅回变形耗散地动能量。 具有持久靠得住并 不受取温度影响的特点。如图所示 (二)摩擦耗能阻尼器: 摩擦耗能器是一种位移阻尼器, 次要用于减小地动响应。 通过构 件相对位移时发生摩擦而耗散能量。 目前已有多种分歧构制的摩 擦耗能器,如Pall型摩擦耗能器、摩擦筒制震器等。 ? Pall型摩擦耗能安拆 学者A.S.Pall发现。该安拆为一正方形连杆机构,取x形 支持相连。一种可滑动而改变外形的机构。而摩擦力取决于板间的挤 压力,挤压力能够通过松紧板上的高强螺栓来调理。(摩擦节点板) 该安拆按一般利用荷载及小震感化下不发生滑动, 而正在强烈地动 感化下,正在从体构件尚未发生现象前,(弹塑性形变分界点)拆 置即发生滑移以摩擦功耗散地动能量,达到消能减震目标。 (三)粘弹性阻尼器(VED) 粘弹性阻尼器是一种速度相关型耗能安拆, 既可用于减小风振也 可减小地动感化。 1 材料: 粘弹性材料又称粘弹性阻尼材料,是一种高聚合物,性状介 于有粘性液体和弹性体之间体,具有储蓄能量和耗散能量的特征。 2 构制和机能 构制: (1)阻尼层: 是正在需要减震的布局构件概况间接粘贴或者喷涂 粘弹性材料,如许既能减震又能降噪,同时还具有粉饰结果。 道理: 将一层必然厚度的粘弹阻尼材料粘贴或喷涂于基板概况上, 当基板发生弯曲振动时,阻尼层随下层一路振动,正在阻尼层内部发生 拉压变形而耗能,从而起到减震降噪的感化。 (2)束缚阻尼层:是上一种形式的延长。 由束缚钢板和粘弹性材料构成,束缚钢板由两块T型和一块矩形 的钢板及粘弹性材料夹层构制而成。 粘弹性材料取钢板的连系概况的 处置方式也跟着材料成分和特征的分歧而采纳各类方式。 其根基形式 如图: 道理:粘弹性材料随束缚钢板来去活动,通过粘弹性阻尼材 料的剪切变形来耗散能量。 机能: 采用粘弹性阻尼器能够无效地减小布局的位移反映和加快度反 应, 同未加阻尼器布局比拟, 布局的一般位移反映能够减小50%~80%, 加快度反映可减小30%~60%。 做为阻尼耗能材料的粘弹性材料,其遭到温度、频次等多种要素 的影响。 (1)跟着温度的添加,粘弹性材料的耗能能力会降低。 (2)正在地动这种短时间感化下,温度对粘弹性阻尼器中材料的 机能并没有较着削弱。 (3)跟着外振力频次的添加,粘弹性材料的耗能能力会降低。 3 安拆体例 (1)小八字撑的安拆体例形成粘弹性阻尼器的剪切变形较小, 影响粘 弹性阻尼器充实耗能, 但这种支持对建建功能的影响小, 因其所 占空间小,安插矫捷。 (2)单向斜撑需安拆正在房间隔绝距离、隔墙处,不影响建建的利用,这 种支持形式中粘弹性材料的剪切变形较大,消能减震能力较强。 (3)大八字撑同样可以或许使粘弹性阻尼器发生较大的剪切变形, 故消能 减震能力较强,对建建利用功能的影响也不像单向斜撑那样大。 (4)人字型撑的安拆也要充实考虑建建的利用功能, 由于这种形式会 占用较大的建建空间, 其安拆的粘弹性阻尼器的剪切变形由建建 布局的层间位移而来,(上、基层侧向位移之差 )错误谬误是 安拆复杂,但消能能力强。 (5)交叉对角撑合用于厂房布局, 能够正在厂房的柱间设置安拆粘弹性 阻尼器的消能支持,这种支持的消能减震能力也比力优秀。 4 现实工程中的使用: (1)1969年, 纽约世界商业核心双塔的每个塔中安拆了10000个粘弹性 阻尼器,从第10层到第100层平均分布于布局中,用于抵当风载; (2) 1982年,美国西雅图哥伦比亚核心大楼安拆了260个粘弹性阻尼 器。用于抵当风载; (3) 1993年,位于美国圣荷塞的13层Sallta Clara市政大楼采用 粘弹性阻尼器进行抗震,是粘弹性阻尼器的初次抗震使用。 (4) 1998年,中国首都规划大厦采用粘弹性阻尼器,削减地动和风振 反映,结果显著。 (弥补:西雅图哥伦比亚核心大厦开初是由于正在风振的影响下, 顶部几层有较着的不舒服感, 安上粘弹性阻尼器后, 不再有不舒服感, 结果优良。 若采用加大侧向刚度的方式来获得同样的结果, 需要把现 有的柱尺寸扩大一倍,价值约800万美元,而采用粘弹性阻尼器所用 的试验及材料、安拆费用仅7O万美元。由此可见,采用粘弹性阻尼器 减小建建的风振或地动影响正在经济上是相当可不雅的。) (四)粘畅耗能阻尼器: 是一种速度相关型阻尼器,耗损地动或者风振能量。正在我国, 越来越多的桥梁、高层建建、体育场馆中也使用了液体粘畅阻尼器。 ? 圆柱筒式液体粘畅阻尼器: 1成长取道理: 晚期的液体粘畅阻尼器像一个长方形的容器,如下图,此中充满 油料,由活塞杆带动一组平板,取固定正在另一端的平板之间发生剪切 活动,因为油的粘性发生阻力,起到阻尼器的感化。 但因为油腔体积相对较大,油料可活动空间较大,导致这种阻尼 器的效率很低,并且受温度影响也较大。 19 世纪中期,法国的一家军械公司起首采用节省孔来节制流体 活动的阻力。 后来, 颠末竞相成长和改良, 构成一种体积比力小、 能供给很大阻尼力、 受温度影响也很小的油阻尼器, 一曲使用到现正在。 活塞杆的设想,要求可以或许承受活动过程中的任何载荷, 不答应变 形,足球滚球,多采用不锈钢。取活塞缸慎密连系的活塞头把阻尼器分成2个液 腔,活塞头上的小孔,可让2个腔体中的硅油,正在必然的活塞压力下 能够按设想要求来回流动。 硅油通过狭小的阻尼孔时, 硅油的粘性产 生摩擦力, 阻尼器接收的地动、 风振能量通过硅油的活动取摩擦阻力, 转换为热能耗散。 ? 现实工程中的使用 盘古大不雅(Pangu Plaza) 1)阻尼器安插 盘古大不雅为45层,191m高层钢布局。将阻尼器平均设置正在层间位 移较大的24~39层, 共计100个粘畅液体阻尼器和8个粘弹性液体阻尼 器。 2)阻尼器减震结果阐发 经计较,加设阻尼器后布局向层间位移角减小结果见下表。 (层间 位移角: 间最大 此层高之比) 3)经济性评价 对于盘古大不雅的间接扶植费用, 别离采纳保守方案取阻尼器方案 对比,成果显示,正在不异布局反映中,阻尼器方案布局反映低,价钱 却最省(如下表)。 楼层层 位移取 ? 粘畅阻尼墙: 是由日本学者M.Miyazaki等正在1986年提出,于20世纪80年代正在日 本获得使用。一种箱式的粘畅阻尼器,有时也起到隔墙感化。 1986年, 日本学者M.Miyazaki等对一个安拆有粘畅阻尼墙的5层钢 框架布局缩尺模子进行尝试研究,模子布局总沉为1t。尝试表白,当 布局没有设置布局阻尼墙时,模子的阻尼比为0.02,布局根基周期 0.367s。当安拆粘畅阻尼墙后,模子的阻尼比为0.32,布局根基周期 为0.286s。 (阻尼比: 正在土木、 机械、 航天等范畴是布局动力学的一个主要概念, 指阻尼系数取临界阻尼系数之比,表达布局体尺度化的阻尼大小。 临界阻尼系数:任何一个振动系统,当阻尼添加到必然程度时,物 体的活动周期性的,物体振动连一次都不克不及完成,只是慢慢地回 到均衡就遏制了。 当阻力使振动物体刚好能不做周期性振动而又 能最快地回到均衡的环境,称为“临界阻尼”。 布局根基周期: 布局根基周期是指布局按根基振型完成一次振动 所需的时间。) 道理:如下图所示,正在粘畅型阻尼墙系统中的活塞,表示为一内 钢板,且该钢板只能正在平面内活动, 由外钢板构成的容器内拆有粘畅 液体。 正在布局中, 内钢板 (活塞部门) 固定于上层楼板。 其外钢板 (容 器部门)固定于基层楼板。地动感化下,楼层发生层间位移,从而使 得粘畅阻尼墙内的粘畅液体被剪切,地动输入的能量被耗散。 弥补: (五)质量阻尼器: 调谐质量阻尼器系统()安拆毗连正在布局上,由固体质量、 减震器和阻尼器构成。 将系统的本身振动频次调整到布局振动的振动频次频次附近, 当外力(地动、风振)使得布局物的振动被激发时,阻尼器会发生取 布局反向共振的振动, 此时感化正在从布局上的能量会转移到调质阻尼 器上,进而消失。 ? 台北101大楼调质量阻 尼器构制 台北101大楼调质阻尼 器悬吊于87~92层之间。 这个 雷同单摆的调质阻尼器,质 量固体为其曲径约为5.5m的 钢。 整个由90mm曲径 的高强度钢索,透过支架托住质量块的下半部,将660公吨的载 沉悬吊支承于92层布局。此外,调质阻尼器支架四周也另设置了8支 斜向的大型油压粘畅性阻尼器, 其功能正在于接收质量块摆动时之 冲击能量,削减质量块的过大幅度的摆动。调质阻尼器下方则放置了 可质量块摆动范畴的缓冲钢环,以及8组程度标的目的防撞油压 粘畅性阻尼器 (Snubber Damper) , 一旦质量块摆动振幅跨越1.0m时, 质量块支架下方的筒状钢棒(Bumper Pin)就会撞击缓冲钢环以减缓 质量块的活动。

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