粘滯阻尼器的機制機理.doc

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粘滯阻尼器的機制機理、應用實例及評價 1 粘滯阻尼器的抗震機制機理 傳統(tǒng)抗震方法是依靠構件的彈塑性變形并吸收地震能量來實現(xiàn)的。 這種傳統(tǒng)設計方法在很多時候是有效的,但也存在著一些問題。隨著建筑技術的發(fā)展，房屋高度越來越高，結構跨度越來越大，而構件端面卻越來越小，己經(jīng)無法按照傳統(tǒng)的加大構件截面或加強結構剛度的抗震方法來滿足結構抗震和抗風的要求。 1972年美籍華裔學者J.P.T.Yao（姚治平）第一次明確提出結構控制這一概念。所謂結構振動控制指采用某種措施控制結構反應（位移、速度或加速度）使其在動力荷載作用下不超過某一限量，以滿足工程要求。振動控制按照控制措施是否需要外部能源，可以分為主動控制、半主動控制、被動控制及混合控制。 結構耗能減震體系是將結構的某些非承重構件(如支撐、剪力墻等)設計成耗能桿件,或在結構物的某些部位(節(jié)點或聯(lián)結處)裝設阻尼器，在風荷載輕微地震時,這些桿件或阻尼器處于剛彈性狀態(tài)，結構物具有足夠的側向剛度以滿足正常使用的要求；強地震發(fā)生時，隨著結構受力和變形的增大，這些桿件和阻尼器，率先進入非彈性變形狀態(tài)，產(chǎn)生較大阻尼，大量消耗輸入結構的地震能量，從而使主體結構避免進入明顯的非彈性狀態(tài)并迅速衰減結構的地震反應，保護主體結構。 從動力學觀點看，耗能裝置的作用相當于增大結構的阻尼，從而減小結構的反應。由于其裝置簡單、材料經(jīng)濟、減震效果好、使用范圍廣等特點，在實際結構控制中的應用前景廣泛。耗能減震器依據(jù)不同的材料、不同的耗能機理和不同的構造來制造，有很多品種。近三十年來，我國科研人員主要研究的阻尼器有摩擦阻尼器、金屬阻尼器、粘彈性阻尼器和粘滯性阻尼器。摩擦阻尼器和金屬阻尼器的耗能特征與耗能器兩端的位移相關，稱為位移相關型耗能減震器。粘彈性阻尼器和粘滯性阻尼器的耗能特征與耗能器兩端的速度相關，稱為速度相關型耗能減震器。 粘滯液體阻尼器（VFD，Viscous Fluid Damper）是一種速度相關型的耗能裝置，它是利用液體的粘 性提供阻尼來耗散振動能量。 粘滯液體阻尼器早先 就在航天、機械、軍事等領域得到應用,最早應用于 土木工程是在 1974 年所建的一座橋梁上，此后，在房屋的基礎隔震、管網(wǎng)、地震加固、房屋抗風和抗震 的設計中得到應用。 粘滯液體阻尼器的種類很多， 歸納起來可分為兩類，第一類是粘滯液體在封閉的容器中產(chǎn)生一定的流速來進行耗能的阻尼器。在這類阻尼器中，活塞要迫 使粘滯液體在很短的時間內通過小孔，這將產(chǎn)生很大的壓力。此類阻尼器的內部工藝設計要求較高。第二類粘滯液體在敞開的容器中產(chǎn)生一定的位移來進行耗能的阻尼器。此類阻尼器要求粘滯液體盡量粘稠以獲得最大限度的阻尼。因此，設計中粘滯液體材料的選擇是關鍵問題。這類粘滯阻尼器常用的形式是粘滯阻尼墻。建筑中常用的粘滯液體阻尼器多是第一類阻尼器。 2.粘滯性阻尼器在實際工程中的應用 南京奧體中心觀光塔，塔身頂點標高 110.2 m。由于風振和地震影響較大，在88.1～105.7 m 之間設置了30個粘滯阻尼器。設置阻尼器以后，結構的各項響應均有下降。橫風向脈動風作用下觀光平臺處的加速度峰值由 0.223 5 m／s2 降至0.148 1 m／s2；順風向脈動風作用下, 觀光平臺處反應位移峰值由0.1920m降至0.1592 m。同時，觀光平臺的扭轉也得到一定的改善，減震效果很好。北京奧林匹克公 園國家會議中心,由于其第4層為 60m81m的大跨結構，在外荷載作用下引起的振動加速度和幅值較大,經(jīng)優(yōu)化設計,布置了72套由粘滯阻尼器和TMD系統(tǒng)組成的減震裝置，減震效果十分明顯。 3.粘滯阻尼器的優(yōu)缺點 粘滯阻尼器的特點是對結構只提供附加阻尼，而不提供附加剛度，因而不會改變結構的自振周期。其優(yōu)點是1.經(jīng)濟性好，可減少剪力墻、梁柱配筋的使用數(shù)量和構件的截面尺寸。2.適用性好，不僅能用于新建土木工程結構的抗震抗風，而且能廣泛應用于已有土木工程結構的抗震加固或震后修復工程。3.安裝了粘滯性耗能器的支撐不會在柱端彎矩最大時給柱附加軸力。4.維護費用低。缺點是暫無。粘滯性阻尼器的最新進展是與磁流變體智能材料的聯(lián)合使用，通過聯(lián)合拓寬了粘滯性耗能器的發(fā)展空間。