地震严重威胁到人类生命及财产安全。为了避免和减轻其带来的损失,我国一直不断地探索和完善抗震理论与技术。
近四十年来,我国建筑消能减震技术研究与应用取得了丰硕的成果。
——消能减震技术的发展现状 ——
20世纪70年代,一个新研究领域--结构振动控制在土木工程界提出。20世纪80年代初,这个领域被王光远院士引入国内。随后,国内展开控振、减隔震的深入研究,已从开始的理论研究,向着工程应用发展,并取得了一系列丰硕的成果,逐步朝标准化、规范化、产业化的方向迈进。
1992年,美国制定了一系列条款,规定在减震设计中,耗能器可出现弹塑性,但要求结构体系应在弹性范围内工作。次年,又出台了消能减震技术规定,其中明文要求减震设计应用动力时程分析法,而不能用等效侧力法。
2001年,我国颁布了新抗震规范--《建筑抗震设计规范(GB50011—2001)》,新增减隔震设计部分基本原则与方法。后来又颁布了《建筑消能减震技术规程(JGJ297—2013)》等一系列相应的规程。
消能减震技术不断地发展,为使得规范化以及更好地推广应用,相应的设计、施工规程陆续出现。
——消能减震装置的类型 ——
根据耗能机理的差异分为三大类:位移相关型、速度相关型、复合类型。
1、位移型阻尼器
位移型阻尼器的制作材料一般塑性性能较好,耗能能力强,类型有金属屈服型和摩擦型等。金属屈服型阻尼器一般使用软钢、铅等材料制成。其优点:构造简单,造价低;震后易更换;耗能稳定,有效减震。
防屈曲支撑(BRB)是最常用装置之一。一般由芯材、钢套筒及无粘结填充材料组成,芯材是由特定强度的钢板制成的主受力单元。
不同核心单元截面形式的BRB
BRB刚度与承载力分离,体系刚度不改变但承载力大大提高,弥补了普通支撑的缺陷;BRB在大震下能很好地保护结构安全,一般不需维护,即便更换也容易。
2、速度型阻尼器
速度型阻尼器一般用黏滞材料制成,包括黏滞阻尼器和黏弹性阻尼器等。其优点:无论振动大小,它都可以产生阻尼力;大震后也不易损坏,即使更换也较容易;只提供阻尼不提供刚度,对结构周期无影响,有效控制结构振动反应。
最常用耗能装置之一是黏滞阻尼器。其组成主要有缸体、活塞、阻尼孔、黏滞材料和导杆。黏滞材料通过阻尼孔流动以平衡活塞与缸筒相对运动时产生的压力差值,产生的阻尼将大部分地震能量吸收,有效削弱结构的振动。
黏滞阻尼器最早是应用于军事、航天等减震结构,其后才发展到防震减灾工程中,并取得了良好的减震效果。
3、复合类型的消能减震装置
把两种以上的耗能元件或机制结合而制成的耗能装置。如铅-粘弹性耗能器,铅-约束屈曲支撑, 钢屈服-摩擦耗能器等。
复合型铅黏弹性阻尼器
近几十年来,我国消能减震技术研究得到快速发展,并已在我国许多重要工程中得以成功应用,有效提高了建筑结构“抗震韧性”以及“城市韧性”,取得了较显著的经济效益和社会效益。
消能减震技术
作为21世纪实现城市抗震韧性、
结构抗震韧性的重要手段,
具有广阔的应用空间和发展前景,
必将为减轻地震灾害做出巨大贡献!
资料参考:《消能减震技术研究与应用进展》周云,商城豪,张超;《消能减震技术在防震减灾中的应用》郑维成,赵婕,王世伟,张庆文。
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