文档介绍：消能减震
消能减震的概念:
消能减震技术属于结构减震控制中的被动控制,它是指在结构物某些部位(如支撑、剪力墙、节点、联结缝或连接件、楼层空间、相邻建筑间、主附结构间等)设置消能(阻尼)装置(或元件),通过消能(阻尼)装置产生摩擦、弯曲(或剪切,扭转)弹塑(或粘弹)性滞回变形来消散或吸收地震能量,以减少主体结构地震响应,从而避免结构产生破坏或倒塌,达到减震抗震的目的。装有消能(阻尼)装置的结构称为消能减震结构。
消能减震技术的特点
减震效果明显,构造简单,造价低廉,适用范围广,维护方便;
既适于新建工程,也适用于已有建筑物的抗震加固、改造;
既适用于普通建筑结构,也适用于抗震生命线工程。
消能减震的原理
结构在地震中任意时刻的能量方程
a)传统抗震结构
b)耗能减震结构
Ed—消能(阻尼)装置或消能元件消散或
吸收的能量。
在上述能量方程中,由于Ev(或Ev’)和Ek(或Ek’)仅仅是能量转换,不能消能,Ec和Ec’只占总能量的很小部分(约5%)左右。在传统的抗震结构中,主要依靠Eh消耗地震能量,但因结构构件在利用其自身弹塑性变形消耗地震能量的同时,构件本身将遭到损伤甚至破坏,某一结构构件耗能越多,则其破坏越严重。在消能减震结构体系中,消能装置或元件在主体结构进入非弹性状态前率先进入消能工作状态,充分发挥消能作用,耗散输入给结构体系的地震能量,则由结构本身非线性消耗的能量大大降低,这意味着结构反应将大大减小,从而有效地保护了主体结构。
结构的损伤程度
结构的损伤程度与结构的最大变形△max和滞回消能(或累积塑性变形)Eh成正比,可以表达为:
D=f(△max, Eh)
在消能减震结构中,由于最大变形△max和构件的滞回消能Eh较之传统抗震结构的最大变形△max和滞回消能Eh大大减少,因此结构的损伤大大减小。
消能减震装置的类型与性能
消能减震装置的种类很多,根据消能机制的不同可分为摩擦消能器,钢弹塑性消能器,铅挤压阻尼器,粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器等;根据消能器消能的依赖性可分为速度相关型(如粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器)和位移相关型(如摩擦消能器,钢弹塑性消能器和铅挤压阻尼器)等。
1、速度相关型消能器
(1)粘弹性阻尼器
钢板与中间钢板之间夹有一层粘弹性材料,钢板之间相对运动使粘弹性材料产生往复剪切滞回变形,吸收和消散能量。其滞回环呈椭圆形,具有好的消能性能,它能同时提供刚度和阻尼。粘弹性阻尼器的性能受温度,频率和应变幅值的影响,其消能能力随温度的增加而降低;随着频率的增加而增加;当应变幅值小于5%时,应变的影响不大。
(2)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。粘滞阻尼器分为线性和非线形粘滞阻尼器曲线。运用较多的是非线形粘滞阻尼器。
粘滞阻尼器的滞回曲线
粘滞阻尼墙
粘滞阻尼墙系统是一种可作为墙体安装在结构层间的阻尼系统,它由外部钢板、内部钢板、隔板和粘性体构成。阻尼墙的减震原理是把地震时建筑物上下层和层间速度差转换为内外部钢板间的相对速度,使其根据充溢在两者间的粘性体的速度变化率产生比例阻尼力。粘滞阻尼墙的滞回曲线饱满,可以用于低层和高层建筑。
粘滞阻尼墙系及其滞回曲线
2、位移相关型消能器
(1)摩擦消能器
摩擦消能器一般在正常使用荷载及小震作用下不发生滑动,而在强烈地震作用下,在结构主要构件发生屈服之前,装置即产生滑移以摩擦做功来消散地震能量,并改变了结构的自振频率,从而使结构在强震中改变动力特性,达到减震目的。
摩擦消能器的滞回曲线