隔震减震与结构控制初步

第八章:隔震减震与结构控制初步

第八章:隔震减震与结构控制初步

8.1结构抗震设计思想的演化与发展8.2隔震的原理与方法8.3减震的原理与方法8.4结构主动控制初步

8.1结构抗震设计思想的演化与发展

产生传递引起震源

地震波建筑物所在场地结构的地震反应

8.1结构抗震设计思想的演化与发展

地震位移反应地震剪力小大小大地震内力

8.1结构抗震设计思想的演化与发展

地震动作用下结构位移过大,实践上的困难延性结构体系刚性结构体系反应接近地面地震运动一般不发生结构强度破坏导致材料的浪费柔性结构体系减少结构物的刚性避免结构与地面运动发生类共振减轻地震力

8.1结构抗震设计思想的演化与发展

“延性结构体系”基本要求实现延性结构体系设计是工程师所追求的抗震基本目标适当控制结构物的刚度与强度结构构件进入非弹性状态后仍具有较大的延性通过塑性变形消耗地震能量“坏而不倒”

8.1结构抗震设计思想的演化与发展

当地基本烈度地震建筑物可能进入非弹性破坏状态装修与内部设备破坏延性结构体系的结构被动抵御地震作用作用导致巨大经济损失某些生命线工程损失更是难以估量延性结构体系的应用也有了一定的局限性隔震、减震、制振技术

8.1结构抗震设计思想的演化与发展

隔震：地震动结构隔离装置隔开减小结构振动主要方法基底隔震悬挂隔震

8.1结构抗震设计思想的演化与发展

香港汇丰银行（悬挂隔震）南加州大学医院（隔震结构）

8.1结构抗震设计思想的演化与发展

减震：地震结构减轻结构振动耗能装置或附加子结构耗能主要方法耗能减震冲击减震吸振减震

8.1结构抗震设计思想的演化与发展

主动控制（狭义的制震技术）自动控制系统施加控制力地震结构减小结构振动

8.1结构抗震设计思想的演化与发展

研究、探索并部分应用于工程实践的时期。隔震技术实用阶段减震制振技术

8.2隔震原理与方法

8.2.1隔震原理隔震基底隔震悬挂隔震结构物地面以上部分隔震层隔开限制地震动向结构物的传递固结于地基中的基础

8.2隔震原理与方法

8.2.1隔震原理

8.2隔震原理与方法

基底隔震结构设计应注意:(1).在满足必要的竖向承载力的前提下，隔震装置的水平刚度应尽可

能小，以使结构周期尽可能远离地震动的卓越周期范围(2).保证隔震结构在强风作用下不致有太大的位移。通常要求在隔震结构系统底部安装风稳定装置或用阻尼器与隔震装置联合构成基底隔震系统。8.2.1隔震原理

8.2隔震原理与方法

8.2.2隔震分析模型隔震建筑系统动力分析模型单质点模型多质点模型空间分析模型

8.2隔震原理与方法

8.2.2隔震分析模型--单质点模型动力平衡方程:—结构的总质量；

—隔震层的阻尼系数和水平刚度；—上部简化刚体相对于地面的加速度、速度与位移；—地面加速度过程。上部结构侧移刚度远大于隔震层的水平刚度上部结构近似为一个刚体单质点模型

8.2隔震原理与方法

8.2.2隔震分析模型—多质点模型隔震层简化等效粘滞阻尼比计算式为：

水平刚度为k阻尼系数为c结构层隔震支座数量第i个隔震支座的水平动刚度第i个隔震支座的等效粘滞阻尼比。水平动刚度计算式为:

8.2隔震原理与方法

8.2.2隔震分析模型隔震装置隔震层以上结构的水平地震作用有效降级采用水平向减震系数的概念反映这一特点层间剪力最大比值0.530.350.260.18水平向减震系数0.750.500.380.25层间剪力最大比值与水平向减震系数的对应关系水平向减震系数不宜低于0.25，且隔震结构的总水平地震作用不得低于非隔震结构在6度设防时的总水平地震作用8.战2隔震剧原理两与方眉法8.另2.扶3常用哈隔震熊装置--橡胶驶支座镜隔震8.镜2隔震渔原理念与方悲法1.橡胶框支座南隔震—实例南加鼠州大挥学医弯院（轧隔震怨结构荷）橄榄气景医浴院（喘抗震洒结构）19舰94年1月17日，埋美国无圣菲恳尔南淡多发搞生洛膀杉矶铁地震车，震润级M=究6.型7，直脏下型疗地震基础荷加速晚度0.泰49钩g顶层油加速估度0.区21柱g加速澡度折趁减系域数为1.难8底层拐加速窝度0.惕82样g，顶层孩加速筑度2.糟31跌g,加速岭度放投大系枝数为2.镰8橡胶挡支座才隔震筝系统番的更裳优越8.拘2隔震先原理筒与方医法橡胶罚支座渣隔震—实例8.君2隔震惕原理澡与方拜法橡胶宝支座宣隔震橡胶水支座钢板罗叠层很橡胶该支座铝芯黎橡胶芳支座石墨草橡胶拐支座在天楚然橡监胶中告加入稿石墨芦大幅求度提当高橡左胶支阵座的演阻尼实际滴中应煮用还莫不多8.沃2隔震角原理海与方再法橡胶反支座雷隔震钢板：限制韵橡胶谱片的拨横向笨变形赠使座辣竖向付刚度叨较纯抗橡胶坝支座右大大洁增加橡胶融片：总厚挎度越套小所怪能承宅受的慌竖向润荷载芹越大钢板飞叠层但橡胶帝支座支座将内阻蜻尼较旷小，旱常需惜配合蚊阻尼贞器一泼起使禁用8.诸2隔震吸原理壁与方跪法橡胶明支座法隔震叠层疯橡胶史支座悄中间钻天孔灌戴入铝比芯提高解支座愁大变柔形时的吵吸能梨能力集隔友震器价与阻芽尼器狐于一敲身，晓因而缘瑞可以恢独立肢使用8.倚2隔震聚原理搬与方锈法橡胶评支座成隔震始：水平翠刚度良是竖劣向刚酿度的1%左右具有舰显著搭的非龙线性维变形鸽特征小变权形，甜刚度盯大，趴抗风鹊有利大变嘱形，窑橡胶存剪切藏刚度创下降窃，结举构频惨率降饿低，浆结构窗反应陶减少橡胶见剪应钥变超观过50胡%以后泄，刚办度又命逐渐吴有所哪回升茂，起棕到安抓全阀律的作暗用，律有利在于防够止建神筑的负过量胖位移8.批2隔震倾原理科与方饮法橡胶阳支座淡隔震：设计舍的关尖键--合理狮确定叼隔震且支座奋承受闸的应河力我国熟建筑丛抗震遵设计孩规范诞规定：隔震社层各傍橡胶鬼隔震雕支座榨，考吊虑永扒久荷刘载和贫可变却荷载客组合臂的竖尼向平紫均压糕应力东设计怀值不屠应超逃下表股的规理定。建筑类别甲类建筑乙类建筑丙类建筑平均压应力（Mpa）101215橡胶幸隔震扩支座蜡平均旅压应串力限稼值注：1.对需撞验算坐倾覆旷的结递构，桨平均粱压应次力设财计值距应包栋括水巾平地趋震作榜用效因应；2.对需雄进行笛竖向痒地震制作用浙计算轻的结吓构，取平均主压应烂力设拆计值觉应包址括竖喷向地震腔作用滨效应裙；在罕示遇地妹震作满用下宿，不络宜出呜现拉庸应力8.瓦2隔震委原理辟与方晕法橡胶甩支座沟隔震交：隔震白支座快对应袄于罕顽遇地烫震水丽平剪从力的旗水平联位移劈燕，应资符合质下列暗要求殊：罕遇些地震卷作用爆下，幻玉第i个隔巾震支庄座考退虑扭填转的追水平棉位移第i个隔宴震支预座的快水平夜位移焦限值蚀；对橡叔胶隔木震支矩座，晒不应谦超过铺该支瘦座有席效直夸径的0.扩55倍和嫁支座俗各橡两胶层逼总厚驴度3.氏0倍二扎者的垫较小纵值罕遇收地震乱下隔机震层置质心枣处或焦不考汇虑扭利转的流水平缸位移第i个隔要震支磁座的安扭转浴影响蛮系数毁，应企取考论虑扭鱼转和扣不考屠虑扭溉转时赶支真座计垦算位写移的悠比值作；当往隔震挥层以慕上结弦构的晋质心改与隔改震层方刚度考中心词在两区个主努轴方绸向均全无偏香心时备，边伞支座姻的扭晃转影番响系会数不献应小彻于1.稼158.滥2隔震既原理倒与方价法2.常用桃隔震政装置--其它鼠隔震糕装置：滚珠仗隔震文装置已用煎于墨闷西哥拘城内船一座饼五层盘钢筋产混凝猴土框善架结汪构的大学校菊建筑水中，美安放午在房斗屋底陶层柱饰脚和历地下竞室柱撒顶之犁间。另为保扫证不同在风蔑载下退产生颤过大飞的水身平位摊移，搬在地锡下室现采用虎了交凉叉钢辰拉杆走风稳铁定装阿置8.勺2隔震还原理纱与方后法其它下隔震横装置葱：摇腊摆式搂隔震柴支座是一拾种摇耗摆隔射震支伟座。即在杯向形基括础内稀设一流个上净下两观端有叨竖孔势的双华圆筒赛摇摆丝式体。甚竖孔筑内穿依预应本力钢身丝束稿并锚滔固在街基础俯和上百部盖榜板上诸，起汇到压葡紧摇从摆体喝和提产供复丸位力骄的作肥用。伏在摇冤摆体畏和基终础壁名之间培填以永沥青获或散饱粒物搅，可秀为振矮动时龄提供汽阻尼锐。经史试验稍证实滚：当唯地面响加速窄度幅喂值达33脆0c凡m/阀s2时，趴被隔选震房漏屋的抛加速巩度反龟应被杀降低革到无乳隔震燃反应挖的1/派3左右勉。我券国山德西省杂的悬沟空寺忠，历裕史上灭经历拼多次息大地防震而凡仍完棵整无仪损。弯分析宋认为钉是其摄特有竟的支蠢撑木糠柱起繁到了博摇摆怒支座很隔震丸的作绿用山西纽奉悬空获寺8.掠2隔震妙原理毛与方所法其它哲隔震踪蝶装置化：不感倒翁翅式隔足震伊朗抢人设传计的畜不倒挑翁式桨隔震巩房屋降。该蜻房屋彩顶面艰半径部显著搬大于雷底面黑半径乐，能境起提夸供复组位力币的作判用。8.混3减震眼原理弓与方立法8.绿3.依1耗能穷减震灰原理地震结构减轻密结构寇振动耗能携构件耗能地震私时，喝结构席在任跌意时担刻的穷能量议方程娘为：地震在过程热中输依入给失结构接的能浊量附加宵耗能弦构件培的耗蝇能结构方主体尝自身跟的耗骄能能量尝观点丢：著一定结构热地震葛反应乡丰的降宽低动力革学观巾点：移耗能骆装置仅的作陕用，相当膀于结狂构的欠阻尼良，必使活结构旺地震坏反应8.袜3减震弹原理蔑与方轻法8.屡3.责1耗能苗减震祥原理风和俱小震耗能火装置较大禽的刚烟度结构减轻钞结构英振动耗能应具纵有结构有的使自用性止能保证强烈篇地震召作用耗能呼装置结构减轻丸结构周振动耗能非弹自性状葛态应率慰先进入大量虽消耗镜地震耳能量有试唉验表春明，姻耗能愁装置罪可做伞到消造耗地滤震总极输入眨能量改的90匆%以上扶。8.罢3减震从原理河与方丹法8.天3.娃1耗能坛减震渠原理厘：耗能专元件肚附加由给结屈构的求有效见阻尼矿比可扮按下西式估闹算：耗能业减震邻结构词的地刚震反丸应分侦析非线梁性时父程反成应分播析方爹法(本书根第三乎章所锦述)可以归利用通常棒需要曾耗能门元件岸的试派验数锹据，璃以确对立结凡构动谱力方融程中予的阻钻尼矩悉阵耗能窜减震缓结构疲的附饼加有石效阻罩尼比所有糕耗能秘部件者在结昆构预辉期位戏移下染往复风一周都所消蓄耗的衣能量设置慌耗能暂部件衣的结蓄构在医预期抽位移件下的应总应捧变能8.毒3减震贺原理壳与方碗法8.意3.隙2耗能忧减震慈装置阻尼哭器耗能朵交叉薄支撑耗能诊墙8.森3减震堂原理慕与方移法阻尼阻器与速镰度相韵关的氧粘弹雄型阻此尼器以摩物擦或冤金属胞屈服贯为特泼征的咱位移脏相关赤型阻地尼器阻尼饶器支撑防处框架帮与剪湾力墙县的连虎接处梁柱侮连接截处上部愧结构歼与基版础连价接处有相垄对变页形或折相对位移晚的地影方安装范于8.所3.野2耗能年减震阁装置--阻尼柱器8.览3减震眠原理有与方役法粘弹诱型阻为尼器最大集长度91钻5m伶m，最根小长驱度59忆5m丈m，冲脆程32扫0m沟m8.光3.市2耗能悼减震麻装置8.叉3减震浊原理王与方总法摩擦谈阻尼砖器33船012浆.52512嫂.510斯08.你3.孟2耗能串减震裤装置--阻尼史器8.疲3减震鸦原理队与方亲法各种锈形状证的软掌钢阻拿尼器抱（弹迈塑性融阻尼躲器）8.该3.爷2耗能圈减震秀装置--阻尼附器8.棚3减震愈原理微与方来法8.阳3.叫2耗能纷减震捷装置--耗能权支撑耗能仍交叉皂支撑摩擦描耗能卧支撑耗能狐偏心洋支撑耗能疗耦撑屈服雄约束讯支撑8.极3减震照原理丽与方贩法塑性类耗能得支撑耗能盘交叉族支撑支撑气交叉舱处通过库钢框刊或钢渴环的垂塑性瞒变形赞消耗警地震凝能量8.稠3减震灶原理漠与方缺法摩擦斥耗能当支撑在支屋撑杆享或节爽点板榴上开般长圆能孔8.筒3减震摄原理投与方核法耗能切偏心舅支撑偏心得支撑谦框架8.仓3减震裂原理李与方盗法耗能便隅撑耦撑邻框架8.箱3减震佩原理呈与方兽法屈曲崇约束认支撑屈曲遍约束棋支撑悔的基娘本部译件屈曲菊约束平支撑的轴呢力－饥位移风关系8.尾3减震姿原理熊与方档法屈曲执约束差支撑屈曲卧约束悦支撑亭的一爬些典茶型截童面形她状8.真3减震铁原理绣与方倍法周边循耗能资墙摩擦容耗能奸墙8.寻3.瞧2耗能贵减震喉装置--耗能帅墙8.兆3减震听原理羞与方扩法8.搁3.庆3吸振干减震卧原理地震结构减轻雄结构筛振动附加骆子能量秧转移8.彩3减震奋原理海与方桐法运动镰平衡胆方程原：--刚度--阻尼唇系数--主体采结构纵质量--附加养子结稻构质旺量、阻尼闻系数硬、刚炊度8.起3.下3吸振姓减震琴原理旷：8.伶3减震弹原理践与方晴法考虑舞简谐拉地面区运动雅输入考虑梯无阻烫尼体纤系的违反应叙特征主结益构振救幅为编零系统浪振动雅能量馒集中胆于子隶结构疯而主肾体结旺构得芬到了烂保护数学师推导地震社动含奋有多徐种频沿率分抬量结构夜系统辩也必角然是击有阻叹尼系担统子结岁构的久频率俱等于危地面绳运动宇输入盘频率实际津情况子结足构频慰率接涉近或腾等于抱主结再构频双率时主结田构的底地震滥反应虾总是可以哗得到筝一定乎程度温的降谋低8.届3.涝3吸振柄减震袋原理8.廉3减震腰原理紫与方纲法按照健随机播振动号原理娱的分柿析结骄果R是主艳结构火的振夕动控肤制频泡率参盈数当R<岔1时，霸表示壤具有修减震挤效果大量除理论坡分析贷结果棵表明聋：主结部构的党阻尼帜比越虽小，吸振纺装置欠的减尿震作弹用越边大质量安比增强加，闹减震泡作用弹增大8.烂3.障3吸振杂减震盏原理圈：8.斥3减震玻原理雅与方传法8.锣3.急4吸减肾震装劝置调频勒质量枝阻尼谎器（TM供D）通过伙弹簧帜连接传于主娘体结青构，蒙可安刺装在舒高耸过结构冷或高赛层建脱筑的显顶部调频饰质量廊阻尼约器是校包括狮质量敲系和呢弹簧荣、阻沿尼系洁的小牢型振音动系早统8.战3减震典原理莫与方摄法调谐稿液体轮阻尼影器（TL土D）将装泻水的墓容器专置于用结构处物上谢，结旋构振腥动时传，水只的振赖荡也烟能形心成一退个调海频质贪量阻沟尼器设计TL筑D时，忆应尽鬼量使锄水的岔振荡赚周期鲁接近购结构吵的固斩有周钓期。结水的斗振荡杏频率侍公式口为：水面茄波的钳波长水深重力