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技术难点

建筑结构减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势(二)

(二)被动减震

       1、耗能减震

       1)结构消能减震体系的特点:

       结构消能减震体系是把结构的某些非承重构件(如支撑剪力墙等)设计成消能杆件,或在结构物的某些部位(节点或连接)装设阻尼器,在风荷载或轻微地震时,这些消能杆件和阻尼器处于刚弹性状态,结构物仍具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求,在强地震发生时,随着结构受力和变形的增大,这些消能杆件和阻尼器,率先进入非弹性变形状态,产生较大阻尼变形,大量消耗输入结构的地震能量,从而使主体结构避免进入明显的非弹性状态并迅速衰减结构的地震反应,从而保护主体结构在强地震中免遭损失。与传统的结构抗震体系相比较,它有如下的优越性:

       ①传统的结构抗震体系是把结构的主要承重构件(梁、柱、节点)作为消能构件,地震中受损坏的是这些承重构件,甚至导致房屋倒塌。而消能减震体系则是以非承重构件作为消能构件或另设阻尼器,他们的损坏过程是保护主体结构的过程,所以是安全可靠的。

       ②震后易于修复或更换,使建筑结构物迅速恢复使用。

       ③可利用结构的抗侧力构件(支撑、剪力墙等)作为消能杆件,无需专设。

       ④有效地衰减结构的地震反应。

       由于上述的优越性,消能减震体系被广泛用于高层建筑的抗震,高耸构筑物(塔、架等)的抗震或抗风,单层工业厂房排架纵向抗震,管线系统减震保护等。

       2)结构消能减震体系的设计和工程应用:消能减震体系按其消能装置的不同,可分为二类:

       ①消能构件减震体系:

       利用结构的非承重构件作为消能装置的结构减震体系。常用的消能构件有:

       消能支撑:耗能交叉支撑,摩擦耗能支撑,耗能偏心支撑,耗能隔撑。一般支撑杆件大都用软钢制作,取材容易,屈服点适当,延性好,故有较高的消能减震性能。构件大都采用非弹性“弯曲”变形的消能减震性能,具有较高抵抗周疲劳破坏的能力。

       消能剪力墙:竖缝消能剪力强、横缝消能剪力墙、周边缝消能剪力墙等。其混凝土的接缝面可以填充粘性材料能或用钢筋联接。强地震时,出现非弹性的缝面错动,产生阻尼,消耗地震能量。

       ②阻尼器消能减震体系:在结构的某些部位(支撑杆件、剪力墙与边框联结处、梁柱节点处等)装设阻尼器(软钢阻尼器、挤压铅阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器等)。在强地震时,结构物这些部位发生较大变形,从而使装设在该部位的阻尼器有效的发挥消能作用。

       2.冲击减震

       冲击减震是依靠附加活动质量与结构之间的非完全弹性碰撞达到交换动量和耗散动能进而实现减小结构地震反应的技术。

       实际应用时,一般在结构的某部位(常在顶部)悬挂摆锤。结构震动时,摆锤撞击结构使结构震动衰减。另外,摆锤还兼有吸振器的功能。

       3.吸振减震

       吸震减震是通过附加子结构,使结构的震动发生位移,即使结构的振动能量在原结构与子结构之间重新分配,从而达到减小结构震动的目的。

       目前,工程结构应用的吸震减震装置主要有:调谐质量阻尼器(简称TMD),调液(柱)阻尼器(简称TLD或TLCD)悬吊质量摆阻尼器(简称SMPD)和质量放大器。

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