粘滯阻尼器的機(jī)制機(jī)理.doc

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粘滯阻尼器的機(jī)制機(jī)理、應(yīng)用實(shí)例及評(píng)價(jià) 1 粘滯阻尼器的抗震機(jī)制機(jī)理 傳統(tǒng)抗震方法是依靠構(gòu)件的彈塑性變形并吸收地震能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在很多時(shí)候是有效的,但也存在著一些問題。隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，房屋高度越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)跨度越來(lái)越大，而構(gòu)件端面卻越來(lái)越小，己經(jīng)無(wú)法按照傳統(tǒng)的加大構(gòu)件截面或加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度的抗震方法來(lái)滿足結(jié)構(gòu)抗震和抗風(fēng)的要求。 1972年美籍華裔學(xué)者J.P.T.Yao（姚治平）第一次明確提出結(jié)構(gòu)控制這一概念。所謂結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制指采用某種措施控制結(jié)構(gòu)反應(yīng)（位移、速度或加速度）使其在動(dòng)力荷載作用下不超過某一限量，以滿足工程要求。振動(dòng)控制按照控制措施是否需要外部能源，可以分為主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制、被動(dòng)控制及混合控制。 結(jié)構(gòu)耗能減震體系是將結(jié)構(gòu)的某些非承重構(gòu)件(如支撐、剪力墻等)設(shè)計(jì)成耗能桿件,或在結(jié)構(gòu)物的某些部位(節(jié)點(diǎn)或聯(lián)結(jié)處)裝設(shè)阻尼器，在風(fēng)荷載輕微地震時(shí),這些桿件或阻尼器處于剛彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)物具有足夠的側(cè)向剛度以滿足正常使用的要求；強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)，隨著結(jié)構(gòu)受力和變形的增大，這些桿件和阻尼器，率先進(jìn)入非彈性變形狀態(tài)，產(chǎn)生較大阻尼，大量消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量，從而使主體結(jié)構(gòu)避免進(jìn)入明顯的非彈性狀態(tài)并迅速衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。 從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)看，耗能裝置的作用相當(dāng)于增大結(jié)構(gòu)的阻尼，從而減小結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。由于其裝置簡(jiǎn)單、材料經(jīng)濟(jì)、減震效果好、使用范圍廣等特點(diǎn)，在實(shí)際結(jié)構(gòu)控制中的應(yīng)用前景廣泛。耗能減震器依據(jù)不同的材料、不同的耗能機(jī)理和不同的構(gòu)造來(lái)制造，有很多品種。近三十年來(lái)，我國(guó)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(guān)，稱為位移相關(guān)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(guān)，稱為速度相關(guān)型耗能減震器。 粘滯液體阻尼器（VFD，Viscous Fluid Damper）是一種速度相關(guān)型的耗能裝置，它是利用液體的粘 性提供阻尼來(lái)耗散振動(dòng)能量。 粘滯液體阻尼器早先 就在航天、機(jī)械、軍事等領(lǐng)域得到應(yīng)用,最早應(yīng)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(chǔ)隔震、管網(wǎng)、地震加固、房屋抗風(fēng)和抗震 的設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用。 粘滯液體阻尼器的種類很多， 歸納起來(lái)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(lái)進(jìn)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(shí)間內(nèi)通過小孔，這將產(chǎn)生很大的壓力。此類阻尼器的內(nèi)部工藝設(shè)計(jì)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(lái)進(jìn)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(shè)計(jì)中粘滯液體材料的選擇是關(guān)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(shí)際工程中的應(yīng)用 南京奧體中心觀光塔，塔身頂點(diǎn)標(biāo)高 110.2 m。由于風(fēng)振和地震影響較大，在88.1～105.7 m 之間設(shè)置了30個(gè)粘滯阻尼器。設(shè)置阻尼器以后，結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)響應(yīng)均有下降。橫風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)作用下觀光平臺(tái)處的加速度峰值由 0.223 5 m／s2 降至0.148 1 m／s2；順風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)作用下, 觀光平臺(tái)處反應(yīng)位移峰值由0.1920m降至0.1592 m。同時(shí)，觀光平臺(tái)的扭轉(zhuǎn)也得到一定的改善，減震效果很好。北京奧林匹克公 園國(guó)家會(huì)議中心,由于其第4層為 60m81m的大跨結(jié)構(gòu)，在外荷載作用下引起的振動(dòng)加速度和幅值較大,經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì),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(diǎn) 粘滯阻尼器的特點(diǎn)是對(duì)結(jié)構(gòu)只提供附加阻尼，而不提供附加剛度，因而不會(huì)改變結(jié)構(gòu)的自振周期。其優(yōu)點(diǎn)是1.經(jīng)濟(jì)性好，可減少剪力墻、梁柱配筋的使用數(shù)量和構(gòu)件的截面尺寸。2.適用性好，不僅能用于新建土木工程結(jié)構(gòu)的抗震抗風(fēng)，而且能廣泛應(yīng)用于已有土木工程結(jié)構(gòu)的抗震加固或震后修復(fù)工程。3.安裝了粘滯性耗能器的支撐不會(huì)在柱端彎矩最大時(shí)給柱附加軸力。4.維護(hù)費(fèi)用低。缺點(diǎn)是暫無(wú)。粘滯性阻尼器的最新進(jìn)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。