建筑消能减震设计技术及工程实例讲解2

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1、同济大学结构工程与防灾研究所同济大学结构工程与防灾研究所 翁大根翁大根 消能减震技术消能减震技术 在建筑结构抗震中的应用介绍在建筑结构抗震中的应用介绍 主要内容主要内容: : 1. 位移位移型型消能器、速度型消能器性能消能器、速度型消能器性能 2. 消能减震结构的工程抗震力学意义消能减震结构的工程抗震力学意义 3. 消能减震结构的消能器优化布置消能减震结构的消能器优化布置 4. 消能减震结构的工程应用实例消能减震结构的工程应用实例 1. 1. 位移位移型型消能器、速度型消能器性能消能器、速度型消能器性能 1、传统抗震设计传统抗震设计 2、结构控制结构控制 (1) 主动控制主动控制 (2) 被

2、动控制被动控制 a)隔震隔震 b)TMD，TLD(人激励、风振人激励、风振) c)能量耗散能量耗散(消能减震消能减震) 被动减震结构的力学装置与构件被动减震结构的力学装置与构件 减震结构减震结构 附加力学装置附加力学装置 减震构件减震构件 被动被动 减震结构减震结构 能量消耗装置能量消耗装置 黏滞阻尼器黏滞阻尼器 黏滞阻尼构件黏滞阻尼构件 (黏滞黏滞、油、黏弹性、油、黏弹性) 塑性滞回装置塑性滞回装置 塑性滞回构件塑性滞回构件 (软钢软钢、铅、摩擦、铅、摩擦) 附加质量装置附加质量装置 TMD装置等装置等 减震结构构成单元的定义减震结构构成单元的定义 主结构主结构 减震结构减震结构 消能部件消

3、能部件 消能器消能器+支承构件支承构件 6 日本的减震结构中阻尼器比例日本的减震结构中阻尼器比例 不明 4% 他 2% 質量系 9% 摩擦系 7% 黏弾性 5% 黏滞 17% 油 13% 软钢 43% 能量耗散装置类型分类：能量耗散装置类型分类： 1. 位移相关型阻尼器位移相关型阻尼器 金属消能器金属消能器: 主要主要为金属屈服消能器和为金属屈服消能器和BRB（屈曲约（屈曲约 束支撑）束支撑） 摩擦消能器: PALL型摩擦装置（板式摩擦阻尼器）、双向摩擦消 能器、Sumitome型摩擦消能器、筒制振器、摩擦剪切铰消 能器等 铅阻尼器 :铅挤压阻尼器、铅剪切阻尼器、铅节点阻尼器、异 型铅阻尼器等

4、 黏弹性阻尼器 :沥青橡胶组合黏弹性阻尼器、黏弹性橡胶剪切 阻尼器、超塑性硅氧橡胶黏弹性剪切阻尼制震系统、杠杆 黏弹性阻尼器等 加劲加劲X型软钢阻尼器型软钢阻尼器(ADAS) X-shapes ADAS 开孔式软钢开孔式软钢加劲消能器加劲消能器 改进的软钢阻尼器（改进的软钢阻尼器（HADAS） HADASHADAS试验照片试验照片 ADAS滞回特性滞回特性 屈曲约束支撑屈曲约束支撑 屈曲约束支撑构造示意图 普通支撑与屈曲约束支撑的受力 性能比较 屈曲约束支撑的几种典型的截面形式屈曲约束支撑的几种典型的截面形式 屈曲约束支撑的几种典型的截面形式屈曲约束支撑的几种典型的截面形式 屈曲约束支撑生屈曲

5、约束支撑生 产情况产情况 薄弱点薄弱点 屈曲约束支撑滞回曲线屈曲约束支撑滞回曲线 低屈服点剪切钢板消能器试验低屈服点剪切钢板消能器试验 A. 典型黏弹性阻尼器典型黏弹性阻尼器 加载频率加载频率0.5Hz，剪切，剪切 加载位移加载位移45mm。 缺点：缺点： 1、温度变化影响阻尼力大小；、温度变化影响阻尼力大小； 2、单个阻尼力小。、单个阻尼力小。 2. 速度相关型阻尼器速度相关型阻尼器 试验情况试验情况 f=0.7, n=60, d=40mm No.509-600-400-2000200400600-40-2002040Disp.(mm)Force(kN)0.00.0100.0100.0200

6、.0200.0300.0300.0400.0400.0500.0500.0600.0600.0700.0700.0800.0800.00.00.050.050.0100.0100.0150.0150.0200.0200.0250.0250.0300.0300.0Horizontal Vel(mm/s)Horizontal Load(kN)实测值115%理论值85%理论值B. 黏滞流体阻尼器黏滞流体阻尼器 筒式流体阻尼器一般由缸体、活塞和黏滞流体组成。筒式流体阻尼器一般由缸体、活塞和黏滞流体组成。 筒体黏滞流体阻尼器结构简图筒体黏滞流体阻尼器结构简图(1)(1) 油缸盖 活塞 导杆 油缸 阻尼孔

7、 液压油 副缸 黏滞流体阻尼器结构简图黏滞流体阻尼器结构简图 Kd1Kd2CdKd粘滞阻尼器构造图及分析模型粘滞阻尼器构造图及分析模型 单耳环铰座缸体堵介质活塞活塞杆 堵单耳环铰座DL阻尼器机构图f=0.7, n=60, d=40mm No.509-600-400-2000200400600-40-2002040Disp.(mm)Force(kN)1212dd d ddKKKKK阻尼力性质阻尼力性质 VVSgnCFvd)(Fd阻尼力；阻尼力； Cv阻尼系数；阻尼系数； V阻尼器活塞阻尼器活塞相对运动速度；相对运动速度； 阻尼器速度阻尼器速度指数。指数。 阻尼力公式阻尼力公式 阻尼器的位移阻尼力

8、曲线阻尼器的位移阻尼力曲线 -70-60-50-40-30-300-200-1000100200300(mm)(kN)f=1.5hzFDisplacement-70-60-50-40-30-300-200-1000100200300F(mm)f=0.8hz(kN)Displacement双阻尼器支撑详图双阻尼器支撑详图 黏滞阻尼器及其耗能滞回环黏滞阻尼器及其耗能滞回环 f=0.7, n=60, d=40mm No.509-600-400-2000200400600-40-2002040Disp.(mm)Force(kN)同济大学土木学院阻尼器性能同济大学土木学院阻尼器性能 上海世茂广场装的阻尼

9、器上海世茂广场装的阻尼器 主楼与裙房之间的连接主楼与裙房之间的连接 消能支撑照片消能支撑照片(3) 消能支撑照片消能支撑照片(4) 都江堰中学减震加固都江堰中学减震加固 单斜、人字支撑单斜、人字支撑 节点连接节点连接 黏滞阻尼墙黏滞阻尼墙 基本原理基本原理：利用流体的运动产生阻尼力 材料材料：阻尼液（烃类高分子材料） 基本特性基本特性：速度比例性 依存性依存性：温度依存性 黏滞阻尼墙特性黏滞阻尼墙特性（ （和防屈曲支撑相比和防屈曲支撑相比） ） 循环性能好 对于持续时间长，循环次数多的地震也十分有效 产品形状类似建筑剪力墙 设置方便，不妨碍使用。 单个产品吨位大（400T） 集中设置，减少设置

10、位置。 黏滞阻尼墙黏滞阻尼墙 基本原理基本原理：利用流体的运动产生阻尼力 材料材料：阻尼液（烃类高分子材料） 基本特性基本特性：速度比例性 依存性依存性：温度依存性 黏滞阻尼墙特性黏滞阻尼墙特性（ （和防屈曲支撑相比和防屈曲支撑相比） ） 循环性能好 对于持续时间长，循环次数多的地震也十分有效 产品形状类似建筑剪力墙 设置方便，不妨碍使用。 单个产品吨位大（400T） 集中设置，减少设置位置。 黏滞阻尼墙构造黏滞阻尼墙构造 The NANBA Park Tower阻尼墙情况阻尼墙情况 黏滞阻尼墙 The NANBA Park Tower阻尼墙情况阻尼墙情况 黏滞阻尼墙试验黏滞阻尼墙试验 0.5

11、Hz(10,20,30mm) 38 剪切板、剪切板、BRB(屈曲约束支撑屈曲约束支撑)安装示意安装示意 阻尼器现场安装照片阻尼器现场安装照片 J J- -3 3试件基本信息试件基本信息 节点区2节点区3节点区1通常试验是通常试验是低速低速在反在反 力架中进行力架中进行 剪切板剪切板：芯：芯材高度材高度400mm，最大抗剪承载力约，最大抗剪承载力约500kN。 检验剪切板阻尼器在检验剪切板阻尼器在 高速高速伪动力试验下表现伪动力试验下表现 金属阻尼器力学检测金属阻尼器力学检测概况概况 1）力学力学性能测试性能测试：检检验验阻尼器的屈服承载力、最大承载力、屈服位阻尼器的屈服承载力、最大承载力、屈服

12、位 移、极限位移、移、极限位移、延性系数、延性系数、弹性刚度、第弹性刚度、第二二刚度（屈服后刚度）、滞刚度（屈服后刚度）、滞 回曲线回曲线以及耗能能力以及耗能能力。 2）疲劳性能疲劳性能测试测试：检验阻尼器的耐检验阻尼器的耐疲劳疲劳特性特性（30圈循环加载）圈循环加载）。 检测方案：检测方案： 试验序号试验序号 加载频率加载频率(Hz) 加载位移加载位移 (mm) 循环次数循环次数 加载波形加载波形 002 0.05 4 2 正弦波正弦波 003 0.05 8 2 正弦波正弦波 004 0.05 12 2 正弦波正弦波 007007 0.050.05 20 3030 正弦波正弦波 009 0.

13、05 40 2 正弦波正弦波 010 0.05 50 2 正弦波正弦波 011 0.05 50 30 正弦波正弦波 50t50t金属屈服型阻尼器基本性能试验曲线金属屈服型阻尼器基本性能试验曲线 -400-300-200-1000100200300400-5-4-3-2-1012345阻尼力阻尼力/kN位移位移/mm4mm位移加载 8mm位移加载 12mm位移加载 -500-400-300-200-1000100200300400500-30-25-20-15-10-5051015202530阻尼力阻尼力/kN位移位移/mm20mm位移加载 -600-500-400-300-200-100010

14、0200300400500600-50-40-30-20-1001020304050位移位移/mm阻尼力阻尼力/kN40mm位移加载 -600-500-400-300-200-1000100200300400500600-60-50-40-30-20-100102030405060阻尼力阻尼力/kN位移位移/mm50mm位移加载 50t50t金属屈服型阻尼器产品疲劳性能试验曲线金属屈服型阻尼器产品疲劳性能试验曲线 -500-400-300-200-1000100200300400500-25-20-15-10-50510152025阻尼力阻尼力/kN位移位移/mm第三十圈第一圈20mm位移疲劳

15、加载试验 -600-500-400-300-200-1000100200300400500600-60-50-40-30-20-100102030405060位移位移/mm第三十圈第一圈误差约为14.5%阻尼力阻尼力/kN50mm位移疲劳加载试验 1dyFr k drz 01002003004005006007000102030405060阻尼力阻尼力/kN 位移位移/mm 平均屈服位移加载曲线平均屈服位移加载曲线 最小屈服位移加载曲线最小屈服位移加载曲线 最大屈服位移加载曲线最大屈服位移加载曲线 平均值+15% 最大设计屈服最大设计屈服 点点 平均值-15% 平均设计屈 服点 最小设计屈最小设计屈 服点服点 00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.10481216202428323640444852屈屈 服服 后后 刚刚 度度 比比加载位移加载位移/mm 50t50t金属屈金属屈 服型阻尼器服型阻尼器 屈服后刚度屈服后刚度 比曲线比曲线 50t50t金属屈服型阻尼器产品检测结果金属屈服型阻尼器产品检测结果 试验结果标明试件的全部测试值均满足试验结果标明试件的全部测试值均满足或