各种建筑用阻尼器，你都认识了吗？

2018-4-9 09:20| 发布者: weixin| 查看: 1107| 评论: 3|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 本文主要介绍了阻尼器的各种类型

　　背景
　　由于地球在不断运动和变化，逐渐积累了巨大的能量，在地壳某些脆弱地带，造成岩层突然发生破裂，或者引发原有断层的错动，这就是地震。地震分为构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震，绝大部分地震都发生在地壳中。

　　中国地理位置位于世界两大地震带———环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃。20世纪以来，发生6级以上地震近800次，遍布除贵州、浙江两省和香港特别行政区以外所有的省、自治区、直辖市。地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广，是一个震灾严重的国家。1900年有记录以来，我国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53%;地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。地震及其他自然灾害构成中国的基本国情之一。

　　由于纵波在地球内部传播速度大于横波，所以地震时，纵波总是先到达地表，横波落后一步。但横波却是地震时造成建筑物破坏的主要原因。发生地震时，人们先感到上下颠簸，数秒后才感到强烈的水平晃动。

　　根据地震这种特性，我们可以制定纵波感应器，并且在建筑物基础安装像汽车安全气囊的感应气垫，一旦地震来临，纵波感应器启动，在横波能量对建筑物造成破坏前感应气垫膨胀并把来自于纵波的能量进行消能。同时通过输入设防等级横波的最大能量，计算出建筑物的水平位移，并在基础支座安装弹簧轻轨，保证建筑物水平的最大位移，抵消来自横波水平剪力对建筑物的破坏，并使建筑物恢复到原来的位置(有类似“不倒翁”性质)。

　　随着科技的不断发展，也可以在建筑物的混凝土柱加入某种纤维外加剂，加强混凝土的抗弯、抗剪能力，使柱子能够类似于臂力器的效果，真正达到“强柱弱梁、强剪弱弯”，使建筑物的抗震等级大大提高。

　　一、什么是消能减震结构

　　消能减震就是通过在建筑结构的某些部位如柱间、剪力墙、节点、联接缝、楼层空间、相邻建筑间、主附建筑间等，设置阻尼器以增加结构阻尼，消耗地震下结构的振动能量，达到减小结构的振动反应，实现结构抗震和抗风的目的。采用了消能减震技术的结构，称为消能减震结构。

　　二、消能减震技术的适用范围

　　消能减震技术在特定的条件下，才能发挥它最大的效用，达到经济安全的目的。 消能减震技术主要用于以场合：

　　  · 高烈度(>7度)地区;
　　  · 强风地区;
　　  · 超高层建筑;
　　  · 大型公共建筑-大跨空间结构;
　　  · 大型综合体-框架支撑(少墙)结构;
　　  · 震动舒适度要求：风作用和大面积楼盖。

　　三、阻尼器有哪些类型

　　下图为史上最全阻尼器类型表：

　　1、TMD
　　调频质量阻尼器 (tuned mass damper,TMD)：由质块，弹簧与阻尼系统组成。一般将其振动频率调整至主结构频率附近，改变结构共振特性，以达到减振作用。

　　调频质量阻尼器 (TMD) 属于结构被动调谐减振控制的装置中的一种。

　　被动调谐减振控制系统，是由结构和附加在主结构上的子结构组成。附加的子结构具有质量、刚度和阻尼，因而可以调节子结构的自振频率，使其尽量接近主结构的基本频率或激振频率，这样当主结构受激振而振动时，子结构就会产生一个与主结构振动方向相反的惯性力作用在主结构上，使主结构的反应衰减并受到控制。子结构的质量可以是固体质量，也可以是液体质量。

　　台北101大厦的那个大球就是TMD的一种

　　2、TLD
　　调频液体阻尼器 (Tuned Liquid Damper, 简称TLD) 是一种被动耗能减振装置，近年来进行了大量的研究和应用。调谐液体阻尼器利用固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧力来提供减振作用，其具有构造简单，安装容易，自动激活性能好，不需要启动装置等优点，可兼作供水水箱使用。

　　3、TLCD
　　调谐液柱式阻尼系统 (Tuned liquid column dampe, 简称TLCD) 利用辅助振动系统来消除主体结构的振动。辅助振动系统是由筒状容器内的液体，由于重力作用于液体上而产生的恢复力和在容器内的孔洞产生的阻尼作用所组成。

　　4、粘滞阻尼器
　　粘滞液体阻尼器是一种无刚度、速度相关型的耗能装置，它是利用液体的粘性提供阻尼来耗散振动能量。

　　 · 第一类：液体在封闭的容器中产生一定的流速来进行耗能的阻尼器。在这类阻尼器中，活塞要迫使粘滞液体在很短的时间内通过小孔，这将产生很大的压力。另外，此类阻尼器的内部工艺设计要求较高。

　　 · 第二类：粘滞液体在敞开的容器中产生一定的位移来进行耗能的阻尼器。此类阻尼器要求粘滞液体尽量粘稠，以获得最大限度的阻尼。因此，在设计中粘滞液体材料的选择是关键问题。这类粘滞阻尼器常用的形式即粘滞阻尼墙。

　　特点：
　　  · 不提供结构额外刚度，不改变结构的自振周期;

　　  · 任何时候振动，都提供附加阻尼;

　　  · 阻尼器可重复多次使用，施工现场抽检的阻尼器可以继续使用;

　　  · 受一定的温度影响。

　　5、粘弹性阻尼器
　　粘弹性阻尼器是由粘弹性材料和约束钢板所组成，常见的粘弹性阻尼器有平板式粘弹性阻尼器和圆筒式剪切型粘弹性阻尼器。

　　  · 平板式粘弹性阻尼器：是由两个T型约束钢板夹一块矩形钢板所组成，T型约束钢板与中间钢板接触面间夹有一层粘弹性材料，钢板和粘弹性材料通过硫化方法使其成为一个整体。在反复轴向力作用下，T型约束钢板与中心钢板产生相对运动，使粘弹性材料产生往复剪切变形，从而以吸热方式耗散运动能量。

　　  · 圆筒式剪切型粘弹性阻尼器：是由两钢圆筒之间套一层粘弹性材料层构成，钢筒和粘弹性材料通过硫化方法使其成为一个整体。其耗能机理与平板式粘弹性阻尼器耗能机理一样。

　　平板式粘弹性阻尼器

　　圆筒式粘弹性阻尼器

　　特点：
　　  · 提供结构额外刚度;

　　  · 任何时候振动，都提供附加阻尼;

　　  · 阻尼器可重复多次使用，施工现场抽检的阻尼器可以继续使用;

　　  · 受温度影响较大。

　　6、金属阻尼器
　　金属阻尼器主要是由各种不同的金属材料制成，利用金属材料屈服时产生的塑性变形来消散能量的装置。金属材料可用软钢、低服点钢和铅等等。

　　特点：
　　  · 提供结构额外刚度。

　　  · 设计时通常小震下起支撑作用，大震下发挥消能作用;

　　  · 当结构与外力共振时，可借助金属变形阻尼器的屈服以改变结构刚度，避开共振频率。

　　  · 可以采用特殊热处理后的Q235等易取得之钢材，且其材质为工程师熟识。

　　  · 材料本身特性与温度的关系不高(即不会因温度变化而影响阻尼器功能)。

　　  · 施工现场抽检后的阻尼器不能继续使用

　　7、防屈曲支撑
　　屈曲约束支撑又称防屈曲支撑或BRB (Buckling restrained brace)，是在钢芯外设置外围约束套管，受拉、受压时都可以屈服，抑制压曲的支撑。支撑的中心是芯材，为避免芯材受压时整体屈曲，即在受拉和受压时都能达到屈服，芯材被置于一个钢管套内，然后在套管内灌注混凝土或砂浆。为减小或消除芯材受轴力时传给砂浆或混凝土的力，而且由于泊松效应，芯材在受压情况下会膨胀，因此，在芯材和砂浆之间设有一层无粘结材料或非常狭小的空气层。

　　特点：
　　  · 与抗弯刚框架相比，小震时提供较大的线弹性刚度大，可以很容易地使框架满足规范的变形要求;

　　  · 由于可以受拉和受压屈服，屈曲约束支撑消除了传统支撑框架的支撑受压屈曲的问题，因此在大震或超烈度地震下有更强和更稳定的能量耗散能力;

　　  · 支撑构件好比结构体系中可更换的保险丝，既可保护其他构件免遭破坏，并且大震后，可以方便地更换损坏的支撑;

　　  · 由于屈曲约束支撑具有很高的变形能力，因此框架支撑结构具有较强的抗倒塌能力，在抗震加固中，屈曲约束支撑比传统的支撑系统更有优越性。

　　8、摩擦阻尼器
　　摩擦阻尼器在主要结构构件屈服前的预定荷载下产生滑移或变形，依靠摩擦或阻尼耗散地震能量。同时，由于结构变形后自振周期加长，减小了地震输入，从而达到降低结构地震反应的目的。

　　特点：
　　  · 提供结构额外刚度;

　　  · 设计时通常小震下起支撑作用，大震下发挥消能作用，也可以小震就起消能作用;

　　  · 当结构与外力共振时，可借助阻尼器进入摩擦消能状态，改变结构刚度，避开共振频率。

　　  · 施工现场抽检后的阻尼器不能继续使用。

　　9、铅粘弹性阻尼器
　　铅粘弹性阻尼器作为一种复合型阻尼器，是利用铅的剪切或挤压屈服后产生塑性变形和粘弹性材料的剪切滞回变形耗能。它主要由粘弹性材料、薄钢板、剪切钢板、约束钢板、铅芯和连接板所组成，粘弹性材料、薄钢板、剪切钢板和约束钢板通过高温高压硫化为一体。其中某块约束钢板、薄钢板和粘弹性材料层中心预留圆孔，为制作时能均匀受热，保证阻尼器质量和铅芯灌入预留位置，铅芯灌入后采用盖板将开孔约束钢板预留孔封住。

　　(a) 铅粘弹性阻尼器构造图;(b) 铅粘弹性阻尼器

　　来源：力壳工程在线公众号(ID：lkgczx)
　　原题：带你认识各种阻尼器!

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