文档介绍：9．3 耗能减震结构设计
9．3．l 结构耗能减震原理与耗能减震结构特点
结构耗能减震技术是在结构物某些部位〔如支撑、剪力墙、节点、连接缝或连接件、楼层空间、相邻建筑间、主附结构间等〕设置耗能〔阻尼〕装置〔或元件〕，通过回曲线。
双环钢环耗能器由两个简单的耗能圆环构成，这种耗能器既保存了圆环钢耗能器变形大、构造简单、制作方便的特点，又提高了初始的承载能力和刚度，使其耗能能力大为改善。试验研究说明，这种耗能器的滞回环为典型的纺锤形，形状饱满，具有稳定的滞变回路。
加劲圆环耗能器由耗能圆环和加劲弧板构成，即在圆环耗能器中附加弧形钢板以提高圆环钢耗能器的刚度和阻尼，改善圆环钢耗能器承载能力和初始刚度较低的缺点。试验研究说明，加劲圆环耗能器工作性能稳定，适应性好，变形能力强，耗能能力可随变形的增大而提高，而且具有多道减震防线和多重耗能特性。
低屈服点钢是一种屈服点很低、延性滞回性能很好的材料，图9．14所示为钢材型号为BT－I。YP100、宽厚比D/t为40的屈服点钢耗能器试验后的形状和滞回曲线。可以看出，该类耗能器具有较强的耗能能力，滞回曲线形状饱满，性能稳定。
〔3〕铅耗能器
铅是一种结晶金属，具有密度大、熔点低、塑性好、强度低等特点。发生塑性变形时晶格被拉长或错动，一局部能量将转换成热量，另一局部能量为促使再结晶而消耗，使铅的组织和性能回复至变形前的状态。铅的动态回复与再结晶过程在常温下进行，耗时短且无疲劳现象，因此具有稳定的耗能能力。图9．15为利用铅挤压产生塑性变形耗散能量的原理制成的阻尼器。图9．15〔a〕为收缩管型，图9．15(b)为鼓凸轮型，当中心轴相对钢管运动时，铅被挤呀压通过中心轴与壁间形成的挤压口而产生塑性变形耗散能量。铅挤压耗能器具有有“库仑摩擦〞的特点，
图915 铅挤压阻尼器及典型滞回曲线
其滞回曲线根本呈矩形，如图 9．15〔C〕，在地震作用下，挤压力和耗能能力根本上与速度无关。此外，还有利用铅产生剪切或弯剪塑性滞回变形耗能原理制成的铅剪切耗能器I形铝耗能器等。
〔4〕粘弹性阻尼器
粘弹性阻尼器是由粘弹性材料和约束钢板所组成。〔a〕所示，它是由两个T形约束钢板夹一块矩形钢板所组成，T形约束钢板与中间钢板之间夹有一层粘弹性材料，在反复轴向力作用下，约束T形钢板与中间钢板产生相对运动，使粘弹性材料产生往复剪切滞回变形，以吸收和耗散能量。
图 〔b〕为粘弹性阻尼器的典型滞回曲线，可以看出，其滞回环呈椭圆形，具有很好的耗能性能，它能同时提供刚度和阻尼。由于粘弹性材料的性能受温度、频率和应变幅值的影响，所以粘弹性阻尼器的性能受温度、频率和应变幅值的影响，有关研究结果说明，其耗能能力随着温度的增加而降低；随着频率的增加而增加，但在高频下，随着循环次数的增加，耗能能力逐渐退化至某一平衡值。当应变幅值小于50％时，应变的影响不大，但在大应变的鼓励下，随着循环次数的增加，耗能能力逐渐退化至某一平衡值。
〔5〕粘滞阻尼器
粘滞阻尼器主要有筒式粘滞阻尼器、粘滞阻尼墙系统等。筒式粘滞阻尼器一般由缸体、活塞和粘滞流体组成。活塞上开有小孔，并可以在充有硅油或其他粘性流体的缸内作往复运动。当活塞与筒体间产生相对运动时，流体从活塞的小孔内通过，对两者的相对运动产生阻尼，从而耗散能量。图9．17〔a〕为典型的油阻尼器，图9．17(b)为油阻尼器的恢复力特性，形状近似为椭圆。油阻尼器产生的阻尼力一般与速度和温度有关。
9．3．2．2 耗能器的恢复为模型
〔1〕速度相关型耗能器的恢复力模型
图9．18为速度相关型耗能器的恢复力-变形曲线。速度相关型耗能器的恢复力与变形和速度的关系一般可以表示为：
式中和 ——耗能器的刚度和阻尼器系数；
和 —耗能器的相对位移和相对速度。
对于粘滞阻尼器，一般Kd=0，C=C0，阻尼力仅与速度有关，可表示为:
式中C0粘滞阻尼器的阻尼系数，可由阻尼器的产品型号给定或由试验确定。
对于粘弹性阻尼器，刚度和阻尼系数一般由式下式确定：
式中η〔ω〕、G〔ω〕—粘弹性材料的损失因子和剪切模量，一般与频率和速度有关，由粘弹性材料特性曲线 确定；
A、δ——粘弹性材料层的受剪面积和厚度；
ω—结构振动的频率。
〔2〕滞变型耗能器的恢复力模型
软钢类耗能器具有类似的滞回性能，可采用相似的计算模型，仅其特征参数不同。该类耗能器的最理想的数学模型可采