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建築消能減震技術的應用?

建築消能減震技術應用的具體內容有哪些?下面仲達咨詢招投標老師為大家解答,供大家參考。

基礎隔振和結構隔振是目前應用最廣泛、最有效的消能減振技術方法。其中,基礎隔振是主動隔振,結構隔振是被動隔振。結構消能減震技術屬於結構減震控制中的被動控制。

1基礎隔振技術

1.1液壓質量(HMS)控制系統。該系統的應用範圍是底層柔性建築。底層柔性建築雖然可以滿足底層大空間的要求,但由於底層柔性建築往往變形過大,其抗震性能較差。因此,提出采用結構控制的方法來改善這類建築的抗震性能。HMS系統主要由液壓缸、活塞和管路組成,安裝在單層框架上,如圖1所示。從圖1可以看出,當框架因地面運動而振動時,液體受到活塞的推動,使管道中的液體和質量隨之振動,框架的部分振動能量傳遞給液體和質量,從而減少了框架結構的振動。必須考慮HMS系統中液體的可壓縮性,建立了考慮液體可壓縮性的HMS系統“彈性”計算分析模型。從“彈性”模型出發,可以得到壹個由結構和HMS系統組成的抗震建築控制新體系。

1.2疊層橡膠支座基礎隔震。疊層橡膠支座基礎隔震建築地震反應分析常用的力學模型有層間剪切模型、層間剪彎模型、層間扭轉模型和空間桿系模型,其中層間剪切模型應用最為廣泛。采用層間剪切模型分析基礎隔震建築的動力響應時,需要將柔性隔震層復雜的滯回特性簡化為可用於數值分析的恢復力模型。

2結構消能減震技術[1]

2.1摩擦阻尼器。摩擦耗能器是壹種耗能性能好、結構簡單、造價低廉、制造方便的阻尼裝置。如圖2所示,常見的摩擦耗能器是通過帶有狹長槽的中間鋼板相對於上下銅墊的摩擦運動來消耗能量,滑動摩擦力可以通過調節螺栓的緊固力來改變。試驗結果表明,滑動摩擦力與螺栓緊固力成正比;最大靜摩擦力和滑動摩擦力相差不大,但滑動摩擦力衰減很大,達到30%,這是螺栓松動造成的。滯回曲線表現出良好的剛塑性特性。

摩擦滑動節點由高強螺栓連接的鋼板組成,耗能器的滑動力由節點板之間的摩擦力控制。鋼板之間可以夾入摩擦材料或對接觸面進行處理來調節摩擦系數,松開連接螺栓來調節鋼板之間的摩擦力,周圍的鏈桿起到連接和協調變形的作用。當支撐外力不能克服最大靜摩擦力時,消能工不會滑動;當外力能克服最大靜摩擦力時,消能工滑動,通過摩擦消耗能量。試驗結果表明,Pall摩擦耗能器工作性能穩定,耗能能力強。

2.2低碳鋼阻尼器。軟鋼阻尼器是結構被動控制中的壹種耗能裝置。地震或風振時,通過低碳鋼的塑性屈服滯回變形耗散輸入結構的能量,從而達到減震的目的。內鋼支撐與外包層(鋼管、鋼筋混凝土或鋼管混凝土)之間形成無粘結滑動界面,防止內鋼支撐受壓屈曲,從而獲得完整的滯回曲線。該阻尼器具有方便、耐久、滯回耗能性能好的特點,逐漸被工程界廣泛認可。

2.3鉛阻尼器。鉛橡膠復合阻尼器的結構主要由薄鋼板、橡膠、鉛、擠壓頭、連接板和保護層組成。薄鋼板、橡膠和連接板通過高溫高壓硫化成壹體,在薄鋼板、橡膠和連接板的中心留有圓孔,硫化後通過擠壓將鉛灌入預留孔中。薄鋼板可以進行特殊處理,以提高阻尼力和屈服後剛度。

2.4粘彈性阻尼器[2]。粘彈性阻尼器消能結構在工程抗震中起著重要的作用。由於附加阻尼的加入,結構系統的總阻尼不再滿足正則模態的正交性,使得所涉及的運動方程相互耦合,無法通過求解壹般的動力學方程得到解析解。Foss首先提出了復模態分析方法的理論。通過對原耦合方程進行Foss變換,得到解耦後的運動方程,從而得到結構在地震作用下的響應。利用復模態理論對基礎隔震結構的運動方程進行解耦,並分析了地震作用下的響應。

2.5調諧液體阻尼器(TLD)。調諧液體阻尼器(TLD)[3]是壹種水箱,主要用於高層建築和高聳結構的振動控制。它利用結構固定的容器中液體的慣性和粘性來減小結構的振動,是壹種被動控制裝置。本文由TLD對高層建築地震反應的振動控制進行了研究。為了使TLD發揮更好的減振效果,必須盡可能地晃動水箱中的水,要求水箱中水的晃動頻率與結構的自振頻率相等,效果最佳。

2.6調諧質量阻尼器(TMD)。TMD是壹種簡單的控制結構裝置,易於安裝、維護和更換。理論分析表明,對於壹般多層建築,地震激勵下結構相對於地面的最大位移發生在頂層。同時研究結果還表明,TMD的阻尼比在(0.05~0.1)範圍內,減震效果較好,但超過0.2時,減震效果不明顯;當TMD質量比小於0.01時,減振效果不明顯。隨著TMD質量比的增大,控制效果越來越好,但當U大於壹定值(大於3%)時,減振效果不明顯。當TMD與原結構的頻率比為0.95左右時,控制效果較好。

3結論

如何合理選擇阻尼器,要根據工程的實際情況而定[4]。消能減震技術概念簡單,制造方便,減震機理明確,適用範圍廣。但要使消能減震技術得到更廣泛的應用,還有壹些問題需要研究:①對消能減震體系及其效果的進壹步研究:消能減震構件的位置對結構的減震效果比較敏感,因此如何提高減震效果,改善消能減震體系的經濟技術指標,應該是今後的研究方向。②消能減震構件的進壹步發展:目前消能減震構件的類型很多,但要註意其實用性、經濟性和支撐連接形式的研究。③消能減震系統設計計算方法和軟件的研究:只有為設計人員提供實用、簡便、符合設計習慣的設計方法和軟件,消能減震系統才能進壹步推廣應用。

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