消能減震技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

張增強 楊萍

摘 要 目前地震災(zāi)害仍然是首要解決的問題，當(dāng)今推廣的消能減震技術(shù)已發(fā)揮重要作用，本文對減震技術(shù)進行說明和總結(jié)，以及應(yīng)用狀況。消能減震結(jié)構(gòu)已得到較好的應(yīng)用，但對于其位置優(yōu)化和在罕見地震下的應(yīng)用還在進一步研究。

關(guān)鍵詞 消能減震 地震 優(yōu)化

中圖分類號：TU352 文獻標(biāo)識碼：A

0引言

當(dāng)今世界，地震仍然是破壞力強、范圍廣的自然災(zāi)害，地震發(fā)生時所產(chǎn)生的房屋倒塌，人員傷亡，給社會造成巨大的經(jīng)濟損失。而傳統(tǒng)的抗震方式就是在建筑結(jié)構(gòu)中人為設(shè)置薄弱環(huán)節(jié)，在地震發(fā)生時使其吸收地震能量按照設(shè)計人員的設(shè)計使次要部位發(fā)生破壞，而保護結(jié)構(gòu)的主體部位不發(fā)生倒塌。雖然使建筑物在大震中免于倒塌，極大的保障了人民的生命安全，但是難以有效控制結(jié)構(gòu)的破壞程度和經(jīng)濟損失。近年來提出的消能減震方案，與傳統(tǒng)的方案相比減震結(jié)構(gòu)更加安全。

1消能減震概況

消能減震結(jié)構(gòu)中附加的耗能元件為消能器，而附加消能器耗能機理不同，則將其分為速度相關(guān)型和位移相關(guān)型阻尼器兩大類消能器，黏滯阻尼器是根據(jù)黏性液體在活塞中或平板中流動時產(chǎn)生黏滯阻力制成的無剛度、速度相關(guān)型阻尼器。這種阻尼器在較寬的頻率范圍內(nèi)都表現(xiàn)出穩(wěn)定的阻尼特性，而且對環(huán)境溫度的不敏感性及良好的耐久性等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)消能減震項目中，黏彈性阻尼器是由黏彈性材料和鋼板硫化而成的，通過黏彈性材料的剪切或拉壓來耗散能量的被動減震裝置。

2消能減震技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

隨著消能減震技術(shù)的快速發(fā)展，特別是消能減震技術(shù)的出現(xiàn)，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)不再受到場地地震烈度的限制，應(yīng)用地區(qū)和范圍也越來越廣。特別是粘滯阻尼器的研究，減震層布置位置和布置形式的研究。

減震加固技術(shù)研究在國外在消能減震方面起步較早，Taylor公司最先研究黏滯阻尼器，并將其推廣使用。美國和日本起步較早，其次是加拿大。對粘彈性阻尼器國外學(xué)者做了大量的理論和試驗研究，我國在這方面的研究起步相對較晚，隨著研究的深入，在實際工程中的應(yīng)用也逐漸增多。

葉正強等在2001年總結(jié)分析了多類型的黏滯阻尼器及其相應(yīng)的耗能機理。而后開發(fā)了雙出桿黏滯阻尼器。黏滯阻尼器本身沒有剛度，在耗能的同時只能提供附加阻尼。林紹明于2013年利用有限元分析軟件，用非線性時程分析計算了設(shè)有黏滯減震層的高層建筑結(jié)構(gòu)。其研究表明：在結(jié)構(gòu)中設(shè)置一減震層，布置在中部時，結(jié)構(gòu)的頂層位移降低較為明顯，若在上層，底層剪力則降低明顯。燕樂緯等人提出了基于遺傳算法關(guān)于黏滯阻尼器在高層結(jié)構(gòu)布置方法，但這種方法只是適用于多發(fā)地震并沒有在罕遇地震或者近場脈沖地震下的。對于阻尼器布置只考慮了層間位移的影響，而沒有列舉其他因素如層間剪力的影響來優(yōu)化布置。黏滯阻尼器優(yōu)化目標(biāo)主要集中在通過優(yōu)化減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)，并沒有考慮長期的經(jīng)濟效應(yīng)。新西蘭的 A.M. Puthanpurayil 等則提出了一種復(fù)合目標(biāo)優(yōu)化方法，該方法同時考慮了初始成本與總體預(yù)期損失。

國內(nèi)具有代表性消能減震應(yīng)用實例，江蘇省的百年財富中心其中采用的是筒式黏滯消能器如北京飯店、北京火車站、北京展覽館等。這些工程實例可以得出，消能減震器的結(jié)構(gòu)形式靈活、損傷部位可控、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，所以在國內(nèi)外市場都有較大的潛力，而減震結(jié)構(gòu)的布置可以直接影響到減震結(jié)構(gòu)的抗震能力。針對粘彈性阻尼器的理論和數(shù)值分析方面的研究較少，且?guī)缀鯖]有涉及到減震結(jié)構(gòu)設(shè)計初期如何設(shè)定阻尼器布置方式以及投放量的棘手問題。

3結(jié)語

雖然目前消能減震技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)取得了較大進展，但仍有許多問題需要討論和研究： 同時如何針對結(jié)構(gòu)類型合理選擇阻尼器類型、阻尼器參數(shù)、阻尼器布置位置以實現(xiàn)震效果優(yōu)化還需更多更深入的探討。在關(guān)于黏滯阻尼器的減震性能方面需要設(shè)置性能目標(biāo)和目標(biāo)水準(zhǔn)，評價阻尼器的減震性能。對黏滯阻尼器和黏彈性阻尼器的組合優(yōu)化位置也需要進行探討和研究。

參考文獻

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