结构抗震设计第04章

1、1 第第4章章 结构隔震、消能和结构隔震、消能和 减震控制减震控制 2 4.1.1 结构减震控制的减震机理 结构减震控制，是指在建筑结构的特定部位， 装设某种装置（如隔震支座），或某种机构（如消 能支撑,消能剪力墙,消能节点,消能器等），或装 设某种子结构（如调频质量等），或施加外力（外 部能量输入），以改变或调整结构的动力特性或动 力作用，使工程结构在地震的作用下，其结构的动 力反应（加速度、速度、位移）明显减少，并得到 合理的控制，确保结构本身及结构中的人、仪器、 设备、装修等的安全和处于正常的使用环境状况。 这种结构体系，称为“结构减震控制体系”。其相 关的理论、技术和方法，统称为“结构

2、控制”。 3 结构减震控制的减震机理 结构的动力方程式 : gsss xmtFkxxcxm )( 目的：明显减少结构的动力反应 sss xxx, , 改变k 改变c 改变m 人为输入F(t) 4 消能减震 Energy Dissipation 结构减震控制 质量调谐减震 TMD，TLD 等 主动、半主动控制 AMD, AVS，AVSD等 混合控制 Hybrid Control 结构隔震 Seismic Isolation 4.1.2 结构减震控制技术方法分类 5 结构减震按能源输入分类 主动、半主动控制 Active，Semi-Comtrol 结构 减震 控制 结构隔震，消能减震，质 量调谐减

3、震 混合控制 Hybrid Control 被动控制 Passive Control 主动质量阻尼器，主动拉 索或支撑，主动变刚度变 阻尼，智能材料自控 混合主动、被动控制 6 结构减震按频率相关分类 吸收共振能量 结构 减震 控制 避开共振频率 频率无关控制 频率相关控制 主动外加控制 消能减震 7 4.1.3 结构控制的特点和优越性 有效减震 适用范围广 检测修复方便 4.1.4 结构控制的应用范围及技术成熟性 成熟：被动控制 不太成熟：半主动控制 不成熟：主动控制 8 4.2.1 结构隔震体系的基本特性 结构隔震体系是指在结构物 底部（或某层间部位）设置 隔震装置而形成的结构体系。 它包

4、括上部结构，隔震层 （由隔震装置或加设阻尼装 置等组成）和下部结构三部 份。为了达到明显的减震效 果，隔震装置及隔震体系必 须具备下述的四项基本特性： 9 结构隔震体系的基本特性: 1. 承载特性 隔震装置应具有较大的竖向承载能力，在结构 物正常使用状况下或地震时，安全地支承着上部结 构的所有重量和使用荷载，并具备较大的竖向承载 力安全系数。 2隔震特性 隔震装置应具有可变的水平刚度特性（图4.5）。 在强风或微小地震时，具有足够的水平刚度，不影 响使用要求。 10 在中强地震发生时，其水平刚度较小，上部结 构水平滑动，使“刚性”的抗震结构体系变为“柔 性”的隔震结构系，其结构基本周期大大延长

5、（图 4.6），远离上部结构（即传统结构）的自振周期， 也远离地面的场地特征周期，从而把地面震动有效 地隔开,明显地降低上部结构的地震反应，一般可使 上部结构的加速度反应（或地震作用）降低为传统 结构加速度反应的1/21/12（图 4.6和4.8）。 11 4. 阻尼消能特性 隔震装置应具有足够的阻 尼，也即隔震装置的水平荷载 与水平位移关系曲线的包络面 积较大，具有较大的消能能力。 较大的阻尼可使隔震层的水平 位移明显减少。 3. 复位特性 隔震装置应具有水平弹性恢复力，使隔震结构体 系在地震中具有瞬时自动“复位”功能。地震后，上 部结构回复至初始状态，满足正常使用要求。 12 传统房屋传统

6、房屋 地震时地震时 激烈晃动，房屋激烈晃动，房屋 加速度可放大到原来的加速度可放大到原来的 250250% %，梁柱开裂梁柱开裂, ,内部装内部装 饰饰, ,设备破坏设备破坏 隔震房屋隔震房屋 地震时地震时 缓慢平动缓慢平动( (长周期长周期) ) 房屋加速度减少可达到原房屋加速度减少可达到原 来的来的40%40%，结构弹性结构弹性( (变形变形 集中在柔软支座集中在柔软支座) )，保护保护 结构和内部装饰、设备结构和内部装饰、设备 13 14 抗震结构与隔震结构的比较 隔震结构：在建筑物上部结构与基础之间设置滑 移层，阻止地震能量向上传递。 抗震结构：利用结构各构件的承载力和变形能力 抵御地

7、震作用，吸收地震能量。 立足于“抗”。 于“隔”。 15 4.2.2 结构隔震体系的减震机理结构隔震体系的减震机理 ggsss kxxckxxcxm 结构的动力方程式 : g x m k c s x g x 16 加速度反应衰减比 222 2 )/2()/(1 )/2(1 nn n g s a x x R m k n n m c 2 式中 17 01234 0 2 4 6 8 10 12 Ra /n =0.05 =0.10 =0.20 =0.30 =0.40 2 n 衰减 放大 2 n 1 a R 1 a R 18 4.2.3 结构隔振的优越性结构隔振的优越性 （1）明显有效地减轻结构的地震作

8、用 （2）确保安全 （3）房屋造价增加很少 （4）抗震措施简单明了 （5）震后无需修复 （6）上部结构的设计限制较小 19 结构隔震体系主要适用于下列工程结构隔震体系主要适用于下列工程: (1)地震区的民用建筑，例如住宅、办公室、教学楼、地震区的民用建筑，例如住宅、办公室、教学楼、 宿舍楼、剧院、旅馆、大商场等。宿舍楼、剧院、旅馆、大商场等。 (2)地震区的生命线工程，例如地震区的生命线工程，例如:医院、急救中心、医院、急救中心、 指挥中心、水厂、电厂、粮食加工厂、通信中心、指挥中心、水厂、电厂、粮食加工厂、通信中心、 交通枢纽、机场等。交通枢纽、机场等。 (3)地震区的重要建筑结构物，例如地

9、震区的重要建筑结构物，例如:重要历史性建重要历史性建 筑、博物馆、重要纪念性建筑物、文物或档案馆、筑、博物馆、重要纪念性建筑物、文物或档案馆、 重要图书资料馆、法院、监狱、危险品仓库、有核重要图书资料馆、法院、监狱、危险品仓库、有核 辐射装置等。辐射装置等。 (4)内部有重要仪器设备的建筑结构物，例如，计算内部有重要仪器设备的建筑结构物，例如，计算 机中心、精密仪器中心、实验中心、检测中心等。机中心、精密仪器中心、实验中心、检测中心等。 (5)桥梁、架空输水渠、雷达站、天文台等重要结构桥梁、架空输水渠、雷达站、天文台等重要结构 物。物。 20 4.2.4 结构隔震的分类和成熟性 夹层橡胶支座

10、竖向承载力大 隔震效果明显稳定 稳定的弹性复位功能 构造简单，安装方便 耐久性好 21 4.2.5 4.2.5 结构隔震房屋的设计计算结构隔震房屋的设计计算 当遭遇到设防烈度时，不需修理仍可继续使用； 当遭遇罕遇烈度时，不发生危及生命安全和丧 失使用功能的破坏。 22 结构隔震控制目标的确定 常规结构设计 隔震装置选用 结构隔震体系动力参数确定 结构隔震作用计算 隔震结构抗震验算 隔震建筑构造设计 结构隔震房屋的设计计算内容和步骤：结构隔震房屋的设计计算内容和步骤： 23 4.2.6 结构隔震设计要点结构隔震设计要点 24 25 等效侧力法：周期较短的结构 时程分析法：周期较短的结构 26 2

11、7 28 29 （4）采用等效侧力法等效侧力法时，隔震房屋结构的地震作用 及其分布可按规范进行计算，并参照下列有关 规定： G隔震层以上结构的重力荷载代表值 K隔震层水平有效刚度 gK G T h 2 1 ih KK h ii eq K K 30 结构层间剪力应按下式计算： n j ji FV i kk 隔震层水平位移可按下列规定计算： K F u Ek s 31 等效侧力法 计算步骤类似于底部剪力法 计算底部剪力 楼层剪力 底部剪力： GFEk 1max / max1max 常遇地震： 32 33 罕遇地震： GFEk 1 34 楼层剪力 平动假设：各楼层加速度相同 Ek j jk F G

12、G F n ji jkik FV jk F Fjk j层水平地震作用标准值 Viki层剪力标准值 35 隔震层的水平位移 36 4.2.7 隔震层的计算要点隔震层的计算要点 （1）隔震支座的受压承载力设计值应符合下列要 求： 当形状系数S115、S25时，对于甲类建筑，压 应力设计值不宜大于10MPa；对于乙类建筑，压应 力设计值不宜大于12MPa；对于丙类建筑，压应力 设计值不宜大于15MPa，但对于直径小于300mm的隔 震支座，压应力设计值不宜大于10MPa。 当形状系数不满足上述要求时，压应力设计值应 适当降低。当5S24时，降低20%；当4S23时， 降低40%。 37 图4.22

13、隔震支座内部构造 a.隔震支座的第一形状系数S1 (有效直径与孔洞直径之 差d-d0与胶层4倍厚度4tr之比) ，应按下式计算； r1 0 1 4t dd S r1 1 )(2tba ab S 圆形截面： 矩形截面： 38 b. 隔震支座的第二形状系数S2 (有效直径d与橡胶 层总厚度tr之比) ，应按下式计算； r 2 t d S r 2 t b S 图4.22 隔震支座内部构造 圆形截面： 矩形截面： 39 （2）隔震层连接部件（如隔震支座或抗风装置的 上、下连接件，连接用预埋件等）应按罕遇地震作 用进行强度验算。 （3）抗风装置应按下式要求进行验算： Rwwkw VV 式中：VRw为抗风

14、装置的水平承载力设计值。当抗 风装置是隔震支座的组成部分时，取隔震支座的 水平屈服荷载设计值；当抗风装置单独设置时， 取抗风装置的水平承载力，可按材料屈服强度设 计值确定；w为风荷载分项系数，采用1.4；Vwk为 风荷载作用下隔震层的水平剪力标准值。 40 （4）隔震层中各隔震支座在罕遇地震作用下的 最大水平位移应满足下列要求： du55. 0 max r tu3 max 式中：umax为在罕遇地震作用下考虑扭转影响时 隔震支座最大水平位移；d为隔震支座直径；tr为 隔震支座橡胶层总厚度。 （5）在罕遇地震作用下，隔震支座不宜出现不可 恢复变形；隔震支座的拉应力不应大于1Mpa。 41 4.2

15、.8 结构隔震房屋的构造设计 1、隔震层和隔震支座的布置原则 （1）隔震层由隔震支座和阻尼装置和抗风装置组成 （2）隔震层刚度中心宜与上部结构的质量中心重合 （3）隔震支座的平面布置宜与上部结构和下部结构 中竖向受力构件的平面位置对应 （4）同一房屋尽量选用相同型号隔震支座 （5）支座间距大于安装和更换所需空间尺寸 （6）设置在隔震层的抗风装置宜对称、分散地布置 在建筑物的周边 （7）抗震墙下隔震支座的间距不宜大于2.0m 42 2、隔震支座与上、下部结构的连接要求 （1）可靠连接 （2）考虑受剪和竖向局部承压 3、上部结构及隔震层部件应与周围固定物脱开 4、楼梯、电梯穿过隔震层 悬吊于上部结

16、构；水平切断 5、穿过隔震层的竖向管线 柔性管材、柔性接头 43 4.2.9 隔震支座的技术性能和构造要求隔震支座的技术性能和构造要求 目前，国内外常用的叠层橡胶隔震支座为圆 形，直径 300mm1400mm. 一、隔震支座的技术性能型式检验要求 1）在轴压应力设计值作用下的竖向刚度； 2）在轴压应力设计值作用下的竖向变形性能； 3）竖向极限压应力,压应力破坏极限值不应小于 90MPa； 4）在水平位移为0.55倍有效直径时的竖向极限压 应力； 5）竖向极限拉应力,拉应力屈服极限值不应小于 1.5Mpa; 44 6）在轴压应力设计值作用下，在水平剪切应变 分别为50%、100%、250%，且相

17、应的水平加载频 率分别为0.3Hz、0.2Hz、0.1Hz时的有效水平刚 度；对有芯型或其他含有阻尼装置的隔震支座， 还须提供在轴压应力设计值作用下的水平剪切屈 服剪力、屈服前水平刚度和屈服后水平刚度； 7在轴压应力设计值作用下，在水平剪切应变 分别为50%、100%、250%，且相应的水平加载频 率分别为0.3Hz、0.2Hz、0.1Hz时的有效阻尼比； 45 8）在轴压应力设计值作用下的水平极限变形能力； 9）耐久性能，包括老化性能、徐变性能和疲劳性 能； 10）各种相关性能，包括在不同的竖向轴压应力、 水平剪切应变、水平加载频率、环境温度下的水平 刚度和阻尼比的变化率； 11）耐火性能；

18、 12）有特殊要求的性能，如抗腐蚀性、耐水性等。 46 二、 隔震支座的技术性能出厂检验要求 每项工程采用的隔震支座的产品性能必须经出 厂检验合格，提供下列性能指标： （1）在轴压应力设计值作用下的竖向刚度。 （2）在轴压应力设计值作用下，水平剪切应变分别 为50%，100%，250%，且相应的水平加载频率分别为 0.3Hz，0.2Hz，0.1Hz时的有效水平刚度；对有芯型 或其他含有阻尼装置的隔震支座，或单独设置的阻 尼装置或抗风装置，还须提供在轴压应力设计值作 用下的水平剪切屈服剪力，屈服前水平刚度和屈服 后水平刚度（图4.21）。 47 （3）在设计轴压应力作用下，水平剪切应变分别 为5

19、0%，100%，250%，且相应的水平加载频率分别 为0.3Hz，0.2Hz，0.1Hz时的有效阻尼比。 （4）隔震支座产品性能的出厂检验数量，每项工 程每种主要规格不少于3个。如发现有不合格产品， 应加倍进行抽检；在加倍抽检中如仍出现不合格 产品，则必须进行全数检验。 （5）隔震支座的力学性能检验，应在能按不同频 率施加反复循环荷载的、符合要求的伺服试验机 上图4.21 有芯型隔震支座水平荷载与水平变位 关系曲线图4.22 隔震支座内部构造进行。 48 三、隔震支座构造要求 隔震支座的形状系数应符合下列要求： a.隔震支座的第一形状系数S1 (有效直径与孔洞直 径之差d-d0与胶层4倍厚度4

20、tr之比) ，应按下式计 算； 圆形截面： 矩形截面： b. 隔震支座的第二形状系数S2 (有效直径d与橡胶 层总厚度tr之比) ，应按下式计算； 圆形截面： 矩形截面： r1 1 )(2tba ab S r1 0 1 4t dd S r 2 t d S r 2 t b S 49 S1 隔震支座第一形状系数； S2 隔震支座第二形状系数； d 橡胶的有效直径(mm)； tr1 每一橡胶层的厚度(mm)； tr橡胶层的总厚度(mm)。 a 矩形截面隔震支座的长边尺寸(mm)； b 矩形截面隔震支座的短边尺寸(mm)； d0隔震支座中间开孔的直径(mm)； 50 51 52 4.3 基础隔震的应用

21、 4.3.1 基础隔震技术的提出 4.3.2 基础隔震技术的现代阶段 绝大多数采用的是粘结型叠层橡胶垫隔 震体系。 53 4.3.3 基础隔震设计要点 1应根据预期的水平向减震系数和位移控制要 求选择适当的隔震支座。 2应进行竖向承载力验算和罕遇地震下水平位 移验算。 3隔震层以上结构的水平地震作用应根据水平 向减震系数确定。 4其竖向地震作用标准值，8度（0.2g）、8度 （0.3g）、9度时分别不应小于隔震层以上结构总 重力荷载代表值的20%、30%和40%。 54 5计算简图 图4.23 计算简图 一般情况宜采用 “时程分析法”进行计 算。若处于发震断层 10km以内，若输入地 震波未计

22、入近场影响， 则近场系数取1.5(5km 以内)和1.25(510km)。 h K eq 1 m 2 m n m 1n m 55 6隔震层以上的地震作用 （1）对于多层建筑，水平地震作用沿高度可按重 力荷载代表值分布。水平地震影响系数最大值： 56 隔震后结构的总水平地震作用不得低于非隔震的 结构在6度设防时的总水平地震作用。 57 7各橡胶隔震支座的竖向平均压应力设计值，不应 超过表4.5的规定。 表4.5橡胶隔震支座平均压应力限值 建筑类别甲类乙类丙类 平均压应力 限值(MPa) 101215 注：（1）平均压应力设计值应按永久荷载和可变荷载组合计算，对需验算倾 覆的结构应包括水平地震作用

23、效应组合；对需进行竖向地震作用计算的结构， 尚应包括竖向地震作用效应组合； （2）当橡胶支座的第二形状系数(有效直径与各橡胶层总厚度之比)小于5.0 时 应降低平均压应力限值：小于5 不小于4 时降低20%，小于4 不小于3时降低 40%； （3）外径小于300mm 的橡胶支座，其平均压应力限值对丙类建筑为10MPa 。 58 59 10砌体结构的隔震措施 （1）当水平向减震系数不大于0.40时，丙类建筑 的多层砌体结构，房屋的层数、总高度和高度比 限值，可按规范第7.1节中降低一度的有关规 定采用。 （2）砌体结构隔震层的构造应符合下列规定： 多层砌体房屋的隔震层位于地下室顶部时，隔 震支座

24、不宜直接放置在砌体墙上，并应验算砌体 的局部承压。 隔震层顶部纵、横梁的构造均应符合关于底部 框架砖房的钢筋混凝土托墙梁的要求。 60 61 62 63 64 65 11. 几种常见的夹层橡胶垫 66 67 4.3.4 砌体结构隔震计算 （1）通过验算竖向承载力确定隔震支座数 注意设计值和代表值的区别 （2）按单质点计算基本周期 （3）计算减震系数 （4）计算底部剪力和各质点剪力 注意等效测力法与底部剪力法的区别 （5）验算罕遇地震下位移 68 五、砌体结构隔震计算例题五、砌体结构隔震计算例题 隔震计算例题隔震计算例题( (五层砌体结构五层砌体结构P217) ) 已知：设防烈度7度，II类场地

25、，设计地震分组二 组 ，丙类建筑，近场系数为1.0，楼层面积333m2， 活载2.0kN/m2 kN18986 j G kN4272 1 G kN3792 432 GGG kN3338 5 G 重力荷载代表值： 解：（1）重力荷载计算（略） 69 新 增 一 层 底板 及 半 层 墙 重 隔震支座 须增加一底座层： kN30232934575 . 01265 0 G 故新的隔震结构的重力荷载 代表值为： 5 0 GkN22009302318986 j G 70 （2）验算竖向承载力： 若再考虑五层的活载，则有 kN333053330 . 2 q P 总的恒载 kN203445 . 033302

26、2009 g P 总的重力荷载设计值 qga PPG4 . 12 . 1 kN2907533304 . 1203442 . 1 选用32个VP300隔震支座 kN29075GkN32000kN100032 a0 P 满足竖向承载力要求 71 （3）水平动刚度 kN/mm6 .17kN/mm55. 032 jn KK （4）隔震体系的基本周期 s222. 2 98106 .17 21594 22 1 gK G T n s0 . 2 1 T 重新选用32个VP400： kN29075GkN57600kN180032 a0 P 72 （5）重新计算水平动刚度 kN/mm92.25kN/mm81. 0

27、32 jn KK （6）重新计算隔震体系的基本周期 s831. 1 981092.25 21594 22 1 gK G T n （7）查 Tgm=0.4s（小于0.4s时，须取0.4s） （8）计算等效阻尼比 eq 253. 0 h ii eq K K 73 （9）计算减震系数 0209. 08 . 0/08. 0209. 0/ max1max 2 1 2 . 1 T Tgm 55. 0581. 0 6 . 108. 0 05. 0 1 2 788. 0 63 . 0 05. 0 9 . 0 209. 0581. 0 848. 1 4 . 0 2 . 1 788. 0 74 （10）确定地震作

28、用 隔震时kN8 .396189860209. 0 1max GFEk 非隔震时 故取 kN4 .7591898604. 0 EK F 各层的水平水平地震作用分别为： kN4 .759 EK F kN9 .170 1 1 EK F G G F kN7 .151 2 432 EK F G G FFF kN5 .133 5 5 EK F G G F 133.5 151.7 151.7 151.7 170.9 75 （11）罕遇地震下隔震层位移验算 查5 . 0 max 25. 245. 055831. 1 1 gm TT 0 . 1 s 近场系数 0959. 05 . 0581. 0) 836.

29、1 45. 0 ( )( 788. 0 max21 T Tgm 故mm43.8192.25/220090959. 00 . 1 e u 420,400DVPmm23155. 0D 橡胶层总厚101mm， mm231 e u 可行 76 4.4 结构消能减震 4.4.1 结构消能减震体系的基本特性 1. 结构消能减震体系的基本要求 结构消能减震体系的基本要求是：通过对消能 器的设置来控制预期的结构变形，从而使主结构构 件在罕遇地震下不发生严重破坏。 2. 结构消能减震体系的减震特性 地震发生时，地面震动将引起结构物的震动反 应，地面地震能量向结构物输入。结构物接收了大 量的地震能量，必然要进行能

30、量转换或消耗才能最 后终止震动反应。 77 SDRin EEEE ASDRin EEEEE 现以一般的能量表达式或说明地震时的结构能量 转换过程。 式中：Ein为地震时输入结构物的地震能量；ER为 结构物地震反应的能量，即结构物振动的动能和 势能；ED为结构阻尼消耗的能量（一般不超过 5%）；ES为主体结构及承重构件非弹性变形（或 损坏）消耗的能量；EA为消能构件或消能装置消 耗的能量。 消能减震结构 消能减震结构 78 4.4.3 结构消能减震的优越性及 应用范围 （1）安全性。 （2）经济性。（3）技术合理性。 消能减震结构则是通过设置消能构件或消能装 置，使结构在出现较大变形时消耗地震能

31、量，确保 主体结构在强地震中的安全。结构高度越高，跨度 越大，刚度越柔，消能减震效果越显著。因而，消 能减震技术必将成为采用高强轻质材料的高柔结构 （超高层建筑，大跨度结构及桥梁等）的合理新途 径。 79 由于消能减震结构体系有上述的优越性，已被 广泛、成功地应用于“柔性”的工程结构物的减震 （或抗风）。一般来说，层数越多，高度越高，跨 度越大，变形越大，消能减震效果越明显。所以多 被应用于下述结构： （1）高层建筑，超高层建筑； （2）高柔结构，高耸塔架； （3）大跨度桥梁； （4）柔性管道，管线（生命线工程）； （5）旧有高柔建筑或结构物的抗震（或抗风）性 能的改善提高。 80 4.4.4

32、 结构消能减震体系的分类 金属屈服型：软钢，铅 摩擦阻尼装置 粘滞型：油阻尼器，液体阻尼器 粘弹型：粘弹性材料 铅-橡胶阻尼器 形状记忆合金 其他类型 速度相关 型 位移相关 型 按消能装置性能 图4.26 消能减震结构体系按消能装置性能分类 81 消能支撑消能支撑 消能剪力墙消能剪力墙 消能节点消能节点 消能连接消能连接 消能支承或悬吊构件消能支承或悬吊构件 按构件形式按构件形式 图4.27 消能减震结构体系按构件形式分类 82 4.4.7 消能装置的典型构造型式 （1）消能支撑类型 （2）消能墙类型 （3）消能节点类型 软钢内方框消能支撑 软钢片K形消能支撑 83 复合摩擦消能支撑 粘弹性

33、（或粘滞性）阻尼器 钢梁K形消能支撑 84 复合摩擦消能支撑 横缝消能剪力墙 高层建筑与廊桥连结的柔性消能节点 85 装设阻尼器的剪力墙 吸能材料剪力墙 桁架端消能节点 腋角消能节点 86 4.4.5 结构消能减震房屋设计计算要点 1. 消能减震结构房屋设计计算的基本内容和步骤 （1）预估结构的位移，并与未采用消能减震结构的位移相比； （2）求出所需的附加阻尼； （3）选择消能装置，确定其数量、布置和所能提供的阻尼大小； （4）设计相应的消能构件； （5）对消能减震结构体系进行整体分析，确认其是否满足位移控制 要求。 2. 消能减震房屋的计算方法，可采用线性分析法或非线性分析法 （1）当主体结

34、构基本处于弹性工作阶段时，可采用线性方法简化估算， 并根据结构的变形特征和高度等，按规范的规定分别采用底部剪力 法、振型分解反应谱法和时程分析法。其地震影响系数可根据消能减震 结构的总阻尼比按规范有关规定采用。 87 （2）一般情况下，宜采用非线性分析方法，即非线性静力分析法或非 线性时程分析法，并直接采用消能部件的恢复力模型进行计算。 3. 消能减震结构的总刚度和总阻尼比 （1）消能减震结构的总刚度应为结构刚度和消能部件有效刚度的总和。 （2）消能减震结构的总阻尼比应为结构阻尼比和消能部件附加给结构 的有效阻尼比的总和。 4. 消能部件附加给结构的有效阻尼比，可按下列方法确定： （1）消能部

35、件附加的有效阻尼比可按下式估算： sca WW4/ 式中： Wc为所有消能部件在结构预期位移下往复一周所消耗的能 量；Ws 为设置消能部件的结构在预期位移下的总应变能。 88 iis uFW 2/1 式中：Fi为质点的水平地震作用标准值；为质点对应于水平地震作用 标准值的位移。 （3）速度线性相关型消能器在水平地震作用下所消耗的能量，可按 下式估算： 22 1 2 cos/2 jjjc uCTW 式中：Tj为消能减震结构的基本自振周期；Cj为第j个消能器由试验确定 的线性阻尼系数； 为第j个消能器的消能方向与水平面的夹角； 为第 j个消能器两端的相对水平位移。 当消能器的阻尼系数和有效的刚度与

36、结构振动周期有关时，可取相应于 消能减震结构基本自振周期的值。 （4）位移相关型、速度非线性相关型和其他类型消能器在水平地震作用 下所消耗的能量，可按下式估算： j u j 89 jc AW 式中：Aj为第j个消能器的恢复力滞回环在相对水平位移 时的面积。 消能器的有效刚度可取消能器的恢复力滞回环在相对水平位移 时的 割线刚度。 消能部件附加给结构的有效阻尼比超过20%时，宜按20%计算。 j u j u 90 4.5 结构主动减震控制简介 结构主动控制是利用外部能源（计算机控制系统或智能材料），在结 构物受激励振动过程中，瞬时施加控制力或瞬时改变结构的动力特性 （刚度或阻尼），以迅速衰减和控

37、制结构震动反应的一种减震（振） 技术。 由于它是利用外部能量，按预定的减震（振）控制目标，对结构反应 实施减震控制，故称为主动控制。 91 AMD伺服反馈控制系统图 92 4.5.1 结构主动减震控制的基本概念和分类 1. 按主动控制的利用程度分类（图4.43） （1）结构（全）主动控制（Active Control）：其结构减震控制目标 的实现，全部依赖主动控制。 （2）结构半主动控制（Semi-active Control）：以被动控制为主要减 震体系，但辅以一定程度的主动控制手段，施加部分外力或改变结构参 数与工作状态，例如，在抗震结构或被动消能减震结构中辅以改变刚度、 阻尼的主动控制；

38、在被动TMD系统中辅以主动控制手段，使TMD半主动化。 半主动控制是辅以部分自动控制，以较简单的控制装置和较小的能量输 出，达到较明显的减震效果。 主动控制 Active Control 混合控制 Hybrid Control 半自动控制 Semi-active Control按控制程度 主动控制按控制程度分类 93 （3）结构混合控制（Hybrid Control）：在一个结构上同时采用被动控 制和主动控制系统。被动控制简单可靠，不须外部能源，经济易行，但 控制范围及控制效果受到限制。主动控制的减震控制效果明显，控制目 标明确，但需外部能源，系统设置要求较高，造价较高。把两种系统混 合使用，

39、取长补短，可达到更加合理，安全，经济的目的。例如，当结 构在常遇激励时（风或中小地震），主要依靠被动控制系统实现减震， 当结构遭受罕见激励时（大地震），主动控制系统被启动参与工作。结 构同时依靠被动、主动两种系统混合运作，达到最隹的减震控制效果。 2. 按实现控制的手段方法分类 （1）施加外力控制型：通过对结构（或装置）主动施加外加控制力以控 制结构的震动反应。 （2）改变结构震动反应。 （3）智能材料自控型：通过采用智能材料（Smart Material），自动调 节和控制结构的震反应。 94 主动质量阻尼器 AMD 主动质量驱动器 AMD 主动拉索系统 ATS 脉冲发生器 PG 混合质量阻尼器 HMD 主动被动凋谐质量阻尼器 APTMD 主动挡风板 ADA施加外力控制型 主动变刚度 AVS 主动变阻尼 AVD 主动变刚度-阻尼 AVSD 改变结构参数 形状记忆合金 SMA 压电层材料 PEL ER 流变 ERP MR 流变 MRF 智能材料自控型 Smart Material 按控制手段 主动控制按控制手段方法分类 95 4.5.3 结构主动控制的减震机理 1. 主动质量阻尼器AMD（Active Mass Damper） 设有个质点，具有个自由度的线性结构，采用主动减震控制结构体系。 在地震激励下，结构体系的运动方程为： （