第九章_建筑物震害的工程控制

1、2021-12-301第十章第十章 建筑物震害的工程控制建筑物震害的工程控制 第一节第一节 建筑抗震设计概述建筑抗震设计概述 第二节中、日、美三国建筑结构抗震设计规范简介（见第二节中、日、美三国建筑结构抗震设计规范简介（见P231P246） 第三节第三节 抗震概念设计抗震概念设计第四节第四节 隔震与减震隔震与减震 2021-12-302第一节第一节 建筑抗震设计概述建筑抗震设计概述一、抗震设计的目的与目标一、抗震设计的目的与目标 二、抗震设计准则二、抗震设计准则 三、抗震设计标准三、抗震设计标准 四、抗震设计方法四、抗震设计方法 2021-12-303一、抗震设计的目的与目标一、抗震设计的目的

2、与目标n抗震设计的抗震设计的目的目的：减轻结构的地震破坏，避免人员伤亡，减少：减轻结构的地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失，同时使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行。经济损失，同时使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行。n抗震设计的抗震设计的目标目标：满足经济与安全之间的合理平衡：满足经济与安全之间的合理平衡： E收益投资可能的损失最大收益投资可能的损失最大 收益：工程建成后的直接与间接收获；收益：工程建成后的直接与间接收获；投资：兴建工程的资金及维护资金；投资：兴建工程的资金及维护资金；损失：人身伤亡，物质财产的直接损失，及间接损失，以及政治、损失：人身伤亡，物质财产的直接损失，及间

3、接损失，以及政治、社会、经济影响等。社会、经济影响等。n假若不考虑非结构损失，则上式可近似改写为：假若不考虑非结构损失，则上式可近似改写为： C工程造价修复费最小工程造价修复费最小 式中，式中，C为结构抗震总费用。为结构抗震总费用。 2021-12-304一、抗震设计的目的与目标（续一）一、抗震设计的目的与目标（续一）n由于震害与修复费是随机变量，因此总费用由于震害与修复费是随机变量，因此总费用也是一个随机变量，故式也是一个随机变量，故式(9-2)(9-2)需采用概率方需采用概率方法计算。一般取数学期望，即法计算。一般取数学期望，即 EC=EC=工程造价工程造价EE修复费修复费 2021-12

4、-305二、抗震设计准则二、抗震设计准则n抗震设计基本准则：抗震设计基本准则：“小震不坏，中震可修，大震小震不坏，中震可修，大震不倒不倒”。n设计结构，必须满足三个主要准则：设计结构，必须满足三个主要准则： （1）结构在设计基准期内，在发生超越概率）结构在设计基准期内，在发生超越概率63.2%的地震动时的地震动时(常遇地震常遇地震) ，应无任何损失。，应无任何损失。n（2）结构在设计基准期内，在发生超越概率）结构在设计基准期内，在发生超越概率10%的的地震动时地震动时(少遇地震少遇地震) ，允许非结构构件受到破坏，但，允许非结构构件受到破坏，但必须保证主要构件不受明显损坏，使得结构稍加修必须保

5、证主要构件不受明显损坏，使得结构稍加修复后仍能继续工作。复后仍能继续工作。 （3）结构在设计基准期内，在发生超越概率）结构在设计基准期内，在发生超越概率23%的地震动时的地震动时(罕遇地震罕遇地震)，应不倒塌。，应不倒塌。2021-12-306二、抗震设计准则二、抗震设计准则(续二续二)n为满足结构抗震的三个准则，抗震设计应分别进为满足结构抗震的三个准则，抗震设计应分别进行三个水准的抗震验算行三个水准的抗震验算: 第一水准第一水准: 进行小震下结构允许弹性变形验算；进行小震下结构允许弹性变形验算； 第二水准第二水准: 进行中震下结构承载能力验算；进行中震下结构承载能力验算； 第三水准第三水准:

6、 进行大震下结构弹塑性极限变形验算。进行大震下结构弹塑性极限变形验算。 2021-12-307二、抗震设计准则二、抗震设计准则(续三续三)n与某一烈度超越概率相对应的重现期与某一烈度超越概率相对应的重现期RTRT可按下式可按下式计算：计算： 式中式中P PT T为时间为时间T T内该地震烈度的超越概率。内该地震烈度的超越概率。n一般结构的设计基准期为一般结构的设计基准期为5050年，小震是平均年，小震是平均5050年年一遇的地震；中震是平均一遇的地震；中震是平均475475年一遇的地震；大震年一遇的地震；大震是平均是平均1624162424752475年一遇的地震。年一遇的地震。 )1ln(T

7、PTRT2021-12-308三、抗震设计标准三、抗震设计标准n根据结构的重要性，可将结构分为三大类：根据结构的重要性，可将结构分为三大类： 重要结构：结构如遭受破坏，会造成重大经济损失或重要结构：结构如遭受破坏，会造成重大经济损失或严重的社会后果；严重的社会后果；次要结构：如结构破坏，不易造成人员伤亡和较大的次要结构：如结构破坏，不易造成人员伤亡和较大的经济损失；经济损失；一般结构：除了上述的大量普通结构。一般结构：除了上述的大量普通结构。 n一般结构的设计基准期通常为一般结构的设计基准期通常为5050年；重要结构的设年；重要结构的设计基准期通常大于计基准期通常大于5050年；次要结构的设计

8、基准期通年；次要结构的设计基准期通常小于常小于50年年 2021-12-309四、抗震设计方法四、抗震设计方法n结构抗震设计计算方法可以分为以下几种：结构抗震设计计算方法可以分为以下几种： 1、静力法：、静力法： 把地震作用当作等效的静力荷载进行抗震计算；把地震作用当作等效的静力荷载进行抗震计算； 2、反应谱法：、反应谱法： 利用振型分解原理和反应普理论进行结构最大地利用振型分解原理和反应普理论进行结构最大地震反应分析；震反应分析； 3、动力分析法：、动力分析法： 选定输入地震波，对结构的运动平衡微分方程选定输入地震波，对结构的运动平衡微分方程进行数值积分，求得结构在整个地震时程作用下的进行数

9、值积分，求得结构在整个地震时程作用下的地震反应地震反应2021-12-3010第二节中、日、美三国建筑结构抗震设计第二节中、日、美三国建筑结构抗震设计规范简介规范简介（见（见P231P246） 2021-12-3011第三节第三节 抗震概念设计抗震概念设计n什麽是什麽是概念设计概念设计？ 在着手进行结构抗震设计时，着眼于结构在着手进行结构抗震设计时，着眼于结构的总体地震反应，灵活运用抗震设计准则，既的总体地震反应，灵活运用抗震设计准则，既注意总体布置上的大原则，又考虑关键部分的注意总体布置上的大原则，又考虑关键部分的细节，从而全面、合理地解决结构抗震设计中细节，从而全面、合理地解决结构抗震设计

10、中的基本问题。的基本问题。2021-12-3012第三节第三节 抗震概念设计（续一）抗震概念设计（续一）一、结构形式的选择一、结构形式的选择 1、 结构体型结构体型 指结构的外型。实际震害表明，结构体型对结指结构的外型。实际震害表明，结构体型对结构抗震有显著的影响。体型简单，对抗震有利；体构抗震有显著的影响。体型简单，对抗震有利；体型复杂，对抗震不利。型复杂，对抗震不利。 2、结构规则性、结构规则性 指结构刚度，质量的均衡性与对称性。结构体指结构刚度，质量的均衡性与对称性。结构体型复杂，必定不规则。但结构体型简单，并不等同型复杂，必定不规则。但结构体型简单，并不等同于结构规则。结构规则有利于抗

11、震，不规则不利于于结构规则。结构规则有利于抗震，不规则不利于抗震。抗震。 2021-12-3013第三节第三节 抗震概念设计（续二）抗震概念设计（续二）二、抗震结构概念二、抗震结构概念 1、总体屈服机制、总体屈服机制 2、刚度与延性均衡、刚度与延性均衡 3、强度均匀、强度均匀 4、多道抗震防线、多道抗震防线 5、强节点设计、强节点设计 6、避开场地卓越周期区、避开场地卓越周期区 2021-12-3014二、抗震结构概念二、抗震结构概念1、总体屈服机制、总体屈服机制 n从经济合理的观点出发，在强烈的地震作用下应允许结构进入从经济合理的观点出发，在强烈的地震作用下应允许结构进入弹塑性状态工作。通过

12、结构某些构件屈服所产生的塑性变形来弹塑性状态工作。通过结构某些构件屈服所产生的塑性变形来消耗地震能量，从而达到抗震的目的。消耗地震能量，从而达到抗震的目的。n结构的屈服机制有两种（见图结构的屈服机制有两种（见图8.12 ） 局部机制（简称局部机制（简称L机制）机制） 总体机制（简称总体机制（简称T机制）机制）n比较两种机制可发现：比较两种机制可发现： T机制的抗震性能优于机制的抗震性能优于L机制机制 。 （1）L机制耗能构件少，机制耗能构件少，T机制耗能构件多；机制耗能构件多； （2）L机制对构件的延性要求高，机制对构件的延性要求高，T机制对构件的延性要求低。机制对构件的延性要求低。 2021

13、-12-3015二、抗震结构概念（续一）二、抗震结构概念（续一）2、刚度与延性均衡、刚度与延性均衡 n试验和实践都证明，框架结构具有良好的延性性能。但是，纯试验和实践都证明，框架结构具有良好的延性性能。但是，纯框架刚度差，在地震作用下结构变形较大，可能造成非结构构框架刚度差，在地震作用下结构变形较大，可能造成非结构构件（如隔墙、门、窗等）的破坏，从而需要大量的修复费。件（如隔墙、门、窗等）的破坏，从而需要大量的修复费。n为提高框架结构的刚度，常设剪力墙、支撑等加劲构件。这些为提高框架结构的刚度，常设剪力墙、支撑等加劲构件。这些加劲构件刚度大，但延性较差，一旦破坏，几乎丧失承载力。加劲构件刚度大

14、，但延性较差，一旦破坏，几乎丧失承载力。因此，注意加劲结构刚度与延性的均衡十分重要。因此，注意加劲结构刚度与延性的均衡十分重要。n砌体结构刚度大，但延性差。为提高其延性，常加设钢筋混凝砌体结构刚度大，但延性差。为提高其延性，常加设钢筋混凝土构造柱。构造柱连同圈梁，实际形成一个弱的框架。土构造柱。构造柱连同圈梁，实际形成一个弱的框架。 2021-12-3016二、抗震结构概念（续二）二、抗震结构概念（续二）3、强度均匀、强度均匀 n强度均匀指结构在平面和立面上的承载力均匀一致。图强度均匀指结构在平面和立面上的承载力均匀一致。图8.15是一是一个平面上强度不均匀的钢支撑框架结构，在个平面上强度不均

15、匀的钢支撑框架结构，在1978年日本宫城县年日本宫城县地震中遭到破坏。该结构在同一方向上有两榀框架设有支撑，地震中遭到破坏。该结构在同一方向上有两榀框架设有支撑，而有一榀框架未设支撑。因支撑框架刚度大，一开始大部分荷而有一榀框架未设支撑。因支撑框架刚度大，一开始大部分荷载由它来承担。而一旦支撑破坏，内力重新分配，非支撑框架载由它来承担。而一旦支撑破坏，内力重新分配，非支撑框架的受力迅速增大，超过其设计承载能力，导致结构破坏。的受力迅速增大，超过其设计承载能力，导致结构破坏。n结构在立面上强度均匀，可以避免结构弹塑性反应集中。结构在立面上强度均匀，可以避免结构弹塑性反应集中。n如果结构某一楼层的

16、强度相对较小，则在地震作用下，这一层如果结构某一楼层的强度相对较小，则在地震作用下，这一层首先屈服，同时通过该层塑性变形的发展，使其它楼层不继续首先屈服，同时通过该层塑性变形的发展，使其它楼层不继续屈服。这样结构塑性变形集中在一层，很容易使该层发生破坏，屈服。这样结构塑性变形集中在一层，很容易使该层发生破坏，从而导致整个结构的破坏。从而导致整个结构的破坏。 2021-12-3017二、抗震结构概念（续三）二、抗震结构概念（续三）4、多道抗震防线、多道抗震防线 n结构多道抗震防线的概念，一是要求结构具有较高的静不定次结构多道抗震防线的概念，一是要求结构具有较高的静不定次数；二是要求结构在延性变形

17、阶段具有良好的吸能能力；三是数；二是要求结构在延性变形阶段具有良好的吸能能力；三是要求结构中尽量具备多重抗侧力体系。要求结构中尽量具备多重抗侧力体系。n一般说来，结构静不定次数越高，对结构抗震越有利，但这不一般说来，结构静不定次数越高，对结构抗震越有利，但这不是充分条件。是充分条件。n一些薄弱部位的塑性变形集中可能造成结构局部屈服机制的形一些薄弱部位的塑性变形集中可能造成结构局部屈服机制的形成，从而导致整体结构的严重破坏甚至倒塌。因此，需要在结成，从而导致整体结构的严重破坏甚至倒塌。因此，需要在结构的适当部位设置一系列有利的屈服区，使这些不危及整体结构的适当部位设置一系列有利的屈服区，使这些不

18、危及整体结构安全的部位在地震时率先形成塑性铰；同时，通过保证各铰构安全的部位在地震时率先形成塑性铰；同时，通过保证各铰的屈服转动能力，使结构所吸收地地震能量耗散在整个结构平的屈服转动能力，使结构所吸收地地震能量耗散在整个结构平面和高度上。面和高度上。n通过设置人工塑性铰和阻尼耗能装置，会更有利于结构发挥良通过设置人工塑性铰和阻尼耗能装置，会更有利于结构发挥良好的抗震性能。好的抗震性能。 2021-12-3018二、抗震结构概念（续四）二、抗震结构概念（续四）5、强节点设计、强节点设计 n在在1978年日本的一次地震中，钢结构建筑的破坏，绝年日本的一次地震中，钢结构建筑的破坏，绝大多数是由连接破

19、坏造成的。钢筋混凝土结构节点过大多数是由连接破坏造成的。钢筋混凝土结构节点过早破坏，也会使结构不能充分发挥作用，使结构达不早破坏，也会使结构不能充分发挥作用，使结构达不到原定抗震能力。到原定抗震能力。n提高节点的抗震设计强度，加强节点的抗震构造措施，提高节点的抗震设计强度，加强节点的抗震构造措施，对各类建筑结构、桥梁结构等都有十分重要的意义。对各类建筑结构、桥梁结构等都有十分重要的意义。 2021-12-3019二、抗震结构概念（续五）二、抗震结构概念（续五）6、避开场地卓越周期区、避开场地卓越周期区 n结构对于不规则地震波的反应是类共振反应而不会发生共振反结构对于不规则地震波的反应是类共振反

20、应而不会发生共振反应。即使如此，当地震动的卓越周期与结构物的周期相接近时，应。即使如此，当地震动的卓越周期与结构物的周期相接近时，也会使结构发生严重破坏。也会使结构发生严重破坏。n由于地震动受发震机制、震级、距离、场地等多种因素的复杂由于地震动受发震机制、震级、距离、场地等多种因素的复杂影响，具有较强的不确定性。因此，试图在设计阶段就使结构影响，具有较强的不确定性。因此，试图在设计阶段就使结构自振周期完全避开地震动的卓越周期是不太现实的。但是，如自振周期完全避开地震动的卓越周期是不太现实的。但是，如果注意到场地的卓越周期对地震动卓越周期有强烈影响，还是果注意到场地的卓越周期对地震动卓越周期有强

21、烈影响，还是可以在一定程度上防止结构在地震时发生强烈的共振反应。可以在一定程度上防止结构在地震时发生强烈的共振反应。 2021-12-3020第四节第四节 隔震与减震隔震与减震一、一、概述概述二、基底隔震二、基底隔震 三、悬挂隔震三、悬挂隔震 四、耗能减震四、耗能减震 五、冲击减震五、冲击减震 六、吸振减震六、吸振减震 七、主动控制减震七、主动控制减震 2021-12-3021一、一、概述概述n地震引起结构振动的全过程是：由震源产生地地震引起结构振动的全过程是：由震源产生地震动，通过传播途径传递到结构上，从而引起震动，通过传播途径传递到结构上，从而引起结构的振动反应。结构的振动反应。n通过在不

22、同部分采取振动控制措施，就成为不通过在不同部分采取振动控制措施，就成为不同的积极的抗震方法。同的积极的抗震方法。 2021-12-3022一、一、概述（续一）概述（续一）震震 源源传播途径传播途径结结 构构反反 应应消消 震震隔隔 震震被被 动动 减减 震震主主 动动 减减 震震基基底底隔隔震震悬悬挂挂隔隔震震耗耗能能减减震震冲冲击击减减震震吸吸振振减减振振2021-12-3023一、一、概述（续二）概述（续二）1、消震、消震 通过减弱震源振动强度达到减小结构振动的方法。通过减弱震源振动强度达到减小结构振动的方法。2、隔震、隔震 通过某种装置，将地震动与结构隔开，减弱或改变地震动对结通过某种装

23、置，将地震动与结构隔开，减弱或改变地震动对结构作用的强度或方式，达到减小结构振动的目的。构作用的强度或方式，达到减小结构振动的目的。 隔震方法：基底隔震隔震方法：基底隔震 悬挂隔震悬挂隔震3、被动减震、被动减震 通过采用一定的措施或附加子结构，吸收或消耗地震传递给主通过采用一定的措施或附加子结构，吸收或消耗地震传递给主结构的能量，达到减小结构振动的目的。结构的能量，达到减小结构振动的目的。 被动减震方法：被动减震方法： 耗能减震耗能减震 冲击减震冲击减震 吸震减震吸震减震4、主动减震、主动减震 根据结构的地震反应，通过自动控制系统的执行机，主动给结根据结构的地震反应，通过自动控制系统的执行机，

24、主动给结构施加控制力，达到减小结构振动的目的。构施加控制力，达到减小结构振动的目的。 2021-12-3024一、一、概述（续三）概述（续三）n两大类减震方法：两大类减震方法： （1）被动控制方法。这种方法无外部能源供给，也称无源控制技术。包括）被动控制方法。这种方法无外部能源供给，也称无源控制技术。包括隔震技术和被动减震技术。隔震技术和被动减震技术。 （2）主动控制方法。这种方法有外部能源供给，也称有源控制技术。）主动控制方法。这种方法有外部能源供给，也称有源控制技术。 n与传统的消极抗震方法相比，减震方法优点：与传统的消极抗震方法相比，减震方法优点： （1）减小地震作用，降低结构造价，提高

25、结构抗震可靠度。隔震方法能够）减小地震作用，降低结构造价，提高结构抗震可靠度。隔震方法能够控制传到结构上的地震力，克服确定荷载的困难。控制传到结构上的地震力，克服确定荷载的困难。 （2）减小结构在地震作用下的变形，保证非结构构件不破坏，减小震后维）减小结构在地震作用下的变形，保证非结构构件不破坏，减小震后维修费用，对现代建筑，非结构构件的造价占总造价的修费用，对现代建筑，非结构构件的造价占总造价的80以上。以上。 （3）隔震、减震装置的更换或维修比更换、维修结构构件方便、经济。）隔震、减震装置的更换或维修比更换、维修结构构件方便、经济。 （4）精密加工设备、核工业设备等结构物，只能用隔震、减震

26、的方法满足）精密加工设备、核工业设备等结构物，只能用隔震、减震的方法满足严格的抗震要求严格的抗震要求 2021-12-3025二、基底隔震二、基底隔震1、原理、原理 n基底隔震是在结构物地面以上部分的底部设置隔震层，限制地震动向结构物基底隔震是在结构物地面以上部分的底部设置隔震层，限制地震动向结构物的传递。的传递。n基底隔震，主要用于隔离水平地震作用。隔震层的水平刚度显著低于上部结基底隔震，主要用于隔离水平地震作用。隔震层的水平刚度显著低于上部结构的侧向刚度。此时可近似为上部结构是一个刚体，如图构的侧向刚度。此时可近似为上部结构是一个刚体，如图8.18所示。设结构所示。设结构的总质量为的总质量

27、为m，绝对水平位移为，绝对水平位移为y，地震动的水平位移为，地震动的水平位移为xg，隔震层的水平刚，隔震层的水平刚度为度为k，阻尼系数为，阻尼系数为c，则底部隔震系统的运动平衡方程为：，则底部隔震系统的运动平衡方程为： n上部结构绝对位移（加速度）振幅与地震动位移（加速度）振幅的比值上部结构绝对位移（加速度）振幅与地震动位移（加速度）振幅的比值R为为 nR称为绝对隔震传递率。称为绝对隔震传递率。R值越小，表明隔震效果越好值越小，表明隔震效果越好。n地震动与隔震结构的频率比地震动与隔震结构的频率比大于时，隔震系统才有隔震能力。而且频率比大于时，隔震系统才有隔震能力。而且频率比越大，隔震能力越强。

28、越大，隔震能力越强。ggkxxckyycym 2222222maxmaxmaxmax4)1(41ggxyxyR 2021-12-3026二、基底隔震（续一）二、基底隔震（续一）基底隔震结构设计的一般原则基底隔震结构设计的一般原则 ：n在满足必要的竖向承载力的的同时，隔震装置的水平刚度应尽在满足必要的竖向承载力的的同时，隔震装置的水平刚度应尽量小，以降低隔震结构的自振频率，使之低于地震动的优势频量小，以降低隔震结构的自振频率，使之低于地震动的优势频率范围，保证结构地震反应的衰减较大。率范围，保证结构地震反应的衰减较大。 n在风荷载作用下，隔震结构不能有太大的位移不能太大。因此，在风荷载作用下，隔

29、震结构不能有太大的位移不能太大。因此，结构底部隔震系统常需安放风稳定装置，使得在小于设计风载结构底部隔震系统常需安放风稳定装置，使得在小于设计风载的风力作用下，隔震层几乎不产生变形；而在超过设计风载的的风力作用下，隔震层几乎不产生变形；而在超过设计风载的地震力作用下，风稳定装置退出工作，隔震装置开始工作。地震力作用下，风稳定装置退出工作，隔震装置开始工作。 2021-12-3027二、基底隔震（续二）二、基底隔震（续二）1、方法、方法 （具体原理和应用见（具体原理和应用见P255P260）（1）滚子隔震）滚子隔震 n主要有滚轴隔震和滚珠（球）隔震两种。主要有滚轴隔震和滚珠（球）隔震两种。 （2

30、）橡胶垫块隔震）橡胶垫块隔震 （3）悬挂基础隔震）悬挂基础隔震 （4）摇摆支座隔震）摇摆支座隔震 （5）滑动支座隔震）滑动支座隔震 2021-12-3028三、悬挂隔震三、悬挂隔震1、方法、方法n悬挂隔震是将结构的全部或大部分质量悬挂起来，使地面运动悬挂隔震是将结构的全部或大部分质量悬挂起来，使地面运动传递不到主体质量，产生不了惯性力，从而起到隔震作用。具传递不到主体质量，产生不了惯性力，从而起到隔震作用。具体原理见图体原理见图8.35和和P261。 2、应用、应用 n悬挂结构在桥梁、房屋建筑、火电厂锅炉架等方面有大量应用。悬挂结构在桥梁、房屋建筑、火电厂锅炉架等方面有大量应用。著名的著名的4

31、3层香港汇丰银行新大楼，采用的就是悬挂结构。层香港汇丰银行新大楼，采用的就是悬挂结构。n悬挂结构悬杆受力大，需采用高强钢。而高强钢韧性差，在竖悬挂结构悬杆受力大，需采用高强钢。而高强钢韧性差，在竖向地震作用下易拉断。为减小竖向地震作用，可在吊点设减震向地震作用下易拉断。为减小竖向地震作用，可在吊点设减震弹簧，并配合使用阻尼器。弹簧，并配合使用阻尼器。 2021-12-3029四、耗能减震四、耗能减震 1 1、方法、方法n耗能减震是通过采用附加子结构或一定措施，消耗地震传递给耗能减震是通过采用附加子结构或一定措施，消耗地震传递给结构的能量。结构的能量。n地震时，结构在任意时刻的能量方程为：地震时

32、，结构在任意时刻的能量方程为：EtEsEf 式中，式中，Et为输入结构的能量，为输入结构的能量，Es为主体结构的耗能；为主体结构的耗能；Ef为为附加子结构的耗能。附加子结构的耗能。n主结构耗能组成：主结构耗能组成： EsEvEcEeEy 式中，式中，Ev为结构振动动能；为结构振动动能；Ee为结构振动势能；为结构振动势能；Ec为结构为结构粘滞阻尼耗能；粘滞阻尼耗能；Ey为结构塑性变形耗能。为结构塑性变形耗能。n耗能减震原理：耗能减震原理： 从能量的观点，地震输入结构的能量是一定的，通过耗能从能量的观点，地震输入结构的能量是一定的，通过耗能装置消耗掉一部分能量，则结构本身需消耗掉的能量减小，意装置

33、消耗掉一部分能量，则结构本身需消耗掉的能量减小，意味着结构反应减小。味着结构反应减小。 从动力学的观点出发，耗能装置的作用，相当于增大结构从动力学的观点出发，耗能装置的作用，相当于增大结构阻尼，从而使结构反应减小。阻尼，从而使结构反应减小。2021-12-3030四、耗能减震四、耗能减震 （续一）（续一）2 2、耗能装置耗能装置 n耗能装置可以是安放在结构物能产生相对位移的阻尼器，也可耗能装置可以是安放在结构物能产生相对位移的阻尼器，也可以是由结构物的某些非承重构件设计成的耗能构件。以是由结构物的某些非承重构件设计成的耗能构件。n这些耗能装置在风或小震作用下应具有较大的刚度。但强烈地这些耗能装

34、置在风或小震作用下应具有较大的刚度。但强烈地震发生时，耗能装置应率先进入非弹性状态，产生较大的阻尼，震发生时，耗能装置应率先进入非弹性状态，产生较大的阻尼，大量消耗输入结构的地震能量。大量消耗输入结构的地震能量。n试验表明，耗能装置可消耗地震输入能量的试验表明，耗能装置可消耗地震输入能量的90以上。以上。 n工程结构抗震采用的耗能装置工程结构抗震采用的耗能装置 n阻尼器：阻尼器：软钢阻尼器软钢阻尼器 、挤压铅阻尼器、挤压铅阻尼器 、摩擦阻尼器、摩擦阻尼器 、粘弹性阻尼器、粘弹性阻尼器 n耗能支撑耗能支撑 ：耗能交叉支撑耗能交叉支撑 、摩擦耗能支撑、摩擦耗能支撑 、耗能偏心支撑、耗能偏心支撑 、

35、耗能隅撑、耗能隅撑 n耗能墙耗能墙 ：带竖缝剪力墙带竖缝剪力墙 、周边耗能墙、周边耗能墙 、水平缝摩擦墙、水平缝摩擦墙 、阻尼器剪力墙、阻尼器剪力墙 （具体原理和应用见（具体原理和应用见P263P268。 ）2021-12-3031五、冲击减震五、冲击减震1 1、 原理原理n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而实现减小结构地震反应的技术。具体到交换动量和耗散动能而实现减小结构地震反应的技术。具体工作原理见工作原理见P268P271。nS.F.Masri研究平稳随机振动的冲击减震问题，获得以下结论：研究

36、平稳随机振动的冲击减震问题，获得以下结论： （1）冲击减震器能够减轻平稳随机振动，但减震效果不如抑制）冲击减震器能够减轻平稳随机振动，但减震效果不如抑制简谐振动的效果。简谐振动的效果。 （2）冲击减震器的最优活动间隙与安装部位的位移有关。）冲击减震器的最优活动间隙与安装部位的位移有关。 （3）主振结构阻尼越小，冲击减震效果越好。）主振结构阻尼越小，冲击减震效果越好。 （4）如冲击减震系统的激励是高斯过程，它的响应仍然接近高）如冲击减震系统的激励是高斯过程，它的响应仍然接近高斯过程。斯过程。 2 2、 1 应用（见应用（见P272） 2021-12-3032六、吸振减震六、吸振减震n吸振是通过附加子结构，使结构的振动发生转移，即吸振是通过附加子结构，使结构的振动发生转移，即使结构的振动能量在原结构与子结构之间重新分配，使结构的振动能量在原结构与子结构之间重新分配，从而达到减小结构振动的目的。从而达到减小结构振动的目的。n目前工程结构应用的吸振装置主要有三种，它们是：目前工程结构应用的吸振装置主要有三种，它们是：被