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城市灾害与抗震防灾:消能减震技术分类

时间:2023-11-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:消能减震技术按消能减震装置分为位移相关型阻尼器和速度相关型阻尼器,如图9.31所示。图9.31消能减震装置的分类金属屈服阻尼器是利用金属材料在循环荷载作用下的非弹性变形来消除能量。图9.32U型金属阻尼器图9.33三角形金属阻尼器图9.34X型金属阻尼器所谓摩擦阻尼器就是通过固体表面的相对移动产生的摩擦来消耗能量的阻尼器。图9.37Taylor设备公司生产的黏滞流体阻尼器图9.38防屈曲耗能钢板墙

城市灾害与抗震防灾:消能减震技术分类

消能减震技术按消能减震装置分为位移相关型阻尼器和速度相关型阻尼器,如图9.31所示。其中位移相关型阻尼器又称滞变型阻尼器,滞回曲线主要由变形控制;速度相关型阻尼器又称黏滞型阻尼器,其特性主要取决于变形频率。

图9.31 消能减震装置的分类

金属屈服阻尼器是利用金属材料在循环荷载作用下的非弹性变形来消除能量。因为低碳软钢有相对较高的弹性刚度、很好的柔性和在屈服区域的消能潜力,再加上价格比较便宜,经常被用来作为金属阻尼器的材料。铅和形状记忆合金也被用来作为金属阻尼器的材料。20世纪70年代开始,人们先后研究开发了U型软钢阻尼器、三角形软钢阻尼器和X型软钢阻尼器,如图9.32~图9.34所示。国内也开发制作圆环耗能器,研究表明,圆环耗能支撑框架具有较好的耗能能力和减震效果。金属阻尼器具有滞回特性稳定,低疲劳性能好,对环境和温度的适应性强和长期性能稳定等优点,因此引起国内外学者的广泛关注,并已在一些建筑物上开始应用。

图9.32 U型金属阻尼器

图9.33 三角形金属阻尼器

图9.34 X型金属阻尼器

所谓摩擦阻尼器就是通过固体表面的相对移动产生的摩擦来消耗能量的阻尼器。这种类型的阻尼器曾在其他工业领域内长期广泛应用,最典型的例子就是汽车刹车装置。摩擦阻尼器的研究始于20世纪70年代末。已研制开发的摩擦阻尼器主要有:Pall型摩擦阻尼器(图9.35)、Sumitomo型阻尼器、摩擦剪切铰阻尼器、滑移型长孔螺栓节点阻尼器、双向摩擦阻尼器等。这些摩擦阻尼器耗能明显,可提供较大的附加阻尼,荷载大小、频率和循环次数对其性能影响不大,且构造简单、取材容易、造价低廉。而缺点是在屈服滑动发生以前,阻尼器不能发挥作用;对于摩擦面的磨损、腐蚀以及灰尘的侵入要采取必要的措施;当振动频率达到一定值时,界面会产生早期烧坏,因此要兼顾界面的性能要求选择界面的种类。

黏弹性阻尼器通过固体黏弹性材料(通常为异分子聚合物和弹性体材料)的剪切变形来消耗能量。它由黏弹性材料和约束钢板组成(图9.36)。当结构的动力响应引起内部钢板和外部钢板的相对位移时,黏弹性阻尼器开始消耗地震能量。黏弹性阻尼器具有以下优点:①黏弹性阻尼器的力 -位移滞回曲线为椭圆形,具有很强的耗能能力;②黏弹性阻尼器灵敏度较高,结构稍一振动,它就能马上耗能;③黏弹性阻尼器制作及安装简单方便,经久耐用。但黏弹性阻尼器的耗能能力受到温度、频率和应变幅值的影响,耗能能力随着温度的升高而降低,随着频率的增加而增加,应变幅值越大,其耗能特性越不稳定。(www.xing528.com)

图9.35 Pall型摩擦阻尼器

图9.36 黏弹性阻尼器示意图

黏滞阻尼器一般由缸体、活塞和黏滞流体组成,活塞上开有小孔,并可以在充有硅油或其他黏滞流体的缸体内作往复运行。当活塞与缸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。黏滞阻尼器目前有圆筒状筒式黏滞流体阻尼器,黏滞阻尼墙,Jarret公司生产的人造橡胶弹簧阻尼器,Taylor设备公司生产的黏滞流体阻尼器(图9.37)。多数黏滞阻尼器只提供阻尼而不提供刚度,这是它的一个很显著的特点。

防屈曲耗能钢板墙是在纯钢板剪力墙基础上研发而成的一种新型抗侧力构件(图9.38)。它以普通钢板作为核心抗侧力构件,通过螺栓或者栓钉等抗剪连接件与约束混凝土板连接。在弹性工作阶段,防屈曲钢板墙具有很大的抗侧刚度;在中震、大震情况下,防屈曲钢板墙具有非常优秀的耗能能力,既可用于钢结构,也可用于混凝土结构;既可用于新建项目,也可用于既有建筑的改造项目。

图9.37 Taylor设备公司生产的黏滞流体阻尼器

图9.38 防屈曲耗能钢板墙

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