减震又称为消能减振,是通过增加工程结构自身的阻尼,消耗结构振动能量,减小结构的地震反应程度。
阻尼是衡量结构耗能程度的一个物理指标。比如将一把钢尺的一端固定,敲击其另一端,则钢尺的往复振动可以持续很长时间,这是由于钢尺的阻尼很小。如果这把尺子的材质是橡皮泥,则敲击后就不会发生往复振动,这是由于它的阻尼过大。
正常情况下,工程结构可以视为小阻尼弹性体,以房屋为例,其在地震作用下各楼层由下至上振动幅值逐渐增加,即使地震动停止了,各楼层的振动仍会持续几秒或几十秒。如果房屋结构自身的阻尼足够大,则地震动引起的振幅就小,而且会很快衰减掉,这就在很大程度上避免了地震动持续作用下的迭加效应,大大降低了结构的地震反应程度。通过安装消能减振装置,适度增加结构的阻尼,可以有效改善结构的地震反应性能。消能减振装置依机理可以分为以下两类:
(1)吸振器:利用阻尼调谐振子的大幅振动吸收能量,从而减小主体结构的振动。吸振器主要有调谐质量阻尼器和调谐液体阻尼器两类。在高层钢结构建筑物顶部的游泳池,池水的运动会吸收结构振动的能量,因此具备类似池式调谐质量阻尼器的作用。
(2)阻尼器:其原理是利用结构体系振动产生的相对位移、速度等吸收和耗散能量。利用阻尼来吸能减震不是什么新技术,在航天航空,军工,枪炮,汽车等行业中早已应用各种各样的阻尼器来减振消能。从二十世纪七十年代后,人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等工程中,其发展十分迅速。到二十世纪末,全世界已有近100多个结构工程运用了阻尼器来吸能减震。
特别是近年来,人们对建筑物的抗振动的能力的提高已经取得了显著的成果。这一成果中最引为自豪的是“结构的保护系统”。人们跳出了传统增强梁、柱、墙提高抗振动的能力的观念,结合结构的动力性能,巧妙的避免或减少了地震,风力的破坏。特别是对于难于预料的地震,破坏机理还不十分清楚的多维振动,这些结构的保护系统就显得更加重要。
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