建筑结构阻尼研究

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1、建筑结构的阻尼研究建筑结构的阻尼研究1建筑建筑建筑建筑结结构的阻尼研究构的阻尼研究构的阻尼研究构的阻尼研究一、建筑一、建筑结构的阻尼研究构的阻尼研究 二、舒适度与阻尼二、舒适度与阻尼三、阻尼减振三、阻尼减振2建筑建筑结构的阻尼研究构的阻尼研究n采用的仪器及分析系统采用的仪器及分析系统传感器感器 Lance系列压电式加速度传感器，灵敏度为49V/g，量程为0.1g，频率范围为0.05-500 Hz，分辨率0.000002g。SVSA系系统（同（同济大学大学结构工程与防灾研究所）构工程与防灾研究所） 由传感器、多通道采集仪和基于VB.net开发平台的采集分析软件构成。SVSA系统主要由信号采集和信

2、号处理两个模块组成。3建筑建筑结构的阻尼研究构的阻尼研究4建筑结构的阻尼研究建筑结构的阻尼研究n理理论基基础采采样定理与采定理与采样方式方式 奈奎斯特定理：一个在频率 以上无频率分量的有限带宽信号，可以由不大于 上均匀时间间隔上取值唯一地加以确定。 工程中一般取的采样频率进行采样。 为了保证功率谱识别结果的准确性，希望达到16次以上平均，所以要保证足够长的采样时间。5建筑建筑结构的阻尼研究构的阻尼研究 数据分析与数据分析与处理理 脉动试验的基本假设是建筑物的脉动是一种各态历的平稳随机过程。 半功率点法：6钢筋混凝土框架筋混凝土框架结构的阻尼构的阻尼n概述概述对31幢钢筋混凝土框架房屋进行动力特

3、性现场实测，主要测试结构各阶频率和对应的阻尼比，并对被测房屋的结构现状进行描述，记录内容将包括结构层高、层数、建造年代、设计单位、用途、裂缝及其分布、沉降等信息。测量结构横向和纵向两个方向的振动数据预处理（去初始项、去直流项、去趋势项）7n结构概况构概况 瑞安楼是由同济大学建筑设计研究院设计，2000年7月竣工，建筑面积1.3万平方米，分南北两部分，北翼为教师，南翼为研究生院总部，层高3.5m，南北体段之间设8层高中庭，采用两台蓝色科技型观光电梯，在中庭东端上下。平面尺寸长40m，宽30m。 钢筋混凝土框架筋混凝土框架结构的阻尼构的阻尼8纵向时域曲线横向时域曲线纵向功率谱横向功率谱9编编号号名

4、称名称层层数数建设时间建设时间层高层高（m m）总高度总高度（m m）方向方向一阶一阶阻尼阻尼二阶二阶阻尼阻尼三阶三阶阻尼阻尼长宽长宽裂缝和沉降情况裂缝和沉降情况1 1同济大学文远楼同济大学文远楼3 31953/20071953/20073.53.510.510.5纵向纵向3.68%3.68%2.23%2.23%100100部分轻质隔墙出现裂缝部分轻质隔墙出现裂缝横向横向6.02%6.02%20202 2同济大学瑞安楼同济大学瑞安楼8 82000.72000.73.33.326.426.4纵向纵向2.39%2.39%4.27%4.27%4040有明显的同向斜裂缝和有明显的同向斜裂缝和顶部水平裂

5、缝顶部水平裂缝横向横向2.94%2.94%1.69%1.69%30303 3同济大学校史馆同济大学校史馆3 32007.52007.56.26.218.618.6纵向纵向3.55%3.55%2.82%2.82%3535横向横向3.52%3.52%10104 4同济大学逸夫楼同济大学逸夫楼5 519931993年年1111月月3.53.517.517.5纵向纵向3.52%3.52%6060横向横向2.43%2.43%55555 5同济大学经纬楼同济大学经纬楼4 42007.52007.53.8+3.3.8+3.4*34*31414纵向纵向3.20%3.20%2828横向横向2.51%2.51%4

6、.29%4.29%12126 6同济大学科技园同济大学科技园8 88080年代年代/2000/20004 43232纵向纵向3.93%3.93%3.08%3.08%4646轻质间隔墙存在水平裂缝轻质间隔墙存在水平裂缝横向横向2.28%2.28%3.40%3.40%5.76%5.76%23237 7建筑结构实验室建筑结构实验室5 59595年左右年左右4.44.42222纵向纵向2.43%2.43%5.59%5.59%6.20%6.20%3535横向横向4.29%4.29%6.98%6.98%35358 8同济大学能源楼同济大学能源楼5 56060年代左年代左右右3.63.61818纵向纵向4.

7、28%4.28%3.32%3.32%3.00%3.00%7575轻质间隔墙存在裂缝轻质间隔墙存在裂缝横向横向5.27%5.27%15159 9同济大学建筑设计研究院同济大学建筑设计研究院6 69090年代左年代左右右3.33.319.819.8纵向纵向5.30%5.30%3030楼梯间顶层有少量裂缝楼梯间顶层有少量裂缝横向横向1.69%1.69%27271010同济大学西北食堂同济大学西北食堂2 28080年代左年代左右右4 48 8纵向纵向4.52%4.52%4545外墙转角处有裂缝，外墙转角处有裂缝，并有露筋现象并有露筋现象横向横向4.40%4.40%252510编编号号名称名称层层数数建

8、设时间建设时间层高层高（m m）总高度总高度（m m）方向方向一阶一阶阻尼阻尼二阶二阶阻尼阻尼三阶三阶阻尼阻尼长长宽宽裂缝和沉降情况裂缝和沉降情况1111同济大学学苑饮食广场同济大学学苑饮食广场3 39090年代左年代左右右4.54.513.513.5纵向纵向1.83%1.83%6060横向横向2.13%2.13%35351212同济大学档案馆同济大学档案馆7 78080年代年代/2006/20063.83.826.626.6纵向纵向2.73%2.73%5050横向横向1.88%1.88%50501313上海环保有限公司上海环保有限公司6 69090年代左年代左右右3.33.319.819.8

9、纵向纵向3.85%3.85%5050横向横向3.22%3.22%18181414同济大学环境工程学院同济大学环境工程学院5 51987-19891987-19893.53.517.517.5纵向纵向4.14%4.14%3.54%3.54%30305 5层和层和6 6层连廊间出现裂缝层连廊间出现裂缝横向横向2.04%2.04%16161515同济大学西苑食堂同济大学西苑食堂6 620032003年左年左右右3.33.319.819.8纵向纵向4.85%4.85%6060两端发现同向斜裂缝两端发现同向斜裂缝横向横向3.67%3.67%15151616同济大学海洋楼同济大学海洋楼6 69090年代左

10、年代左右右3.53.52121纵向纵向4.42%4.42%3030部分梁上有竖向裂缝部分梁上有竖向裂缝横向横向4.85%4.85%20201717同济大学迎宾馆同济大学迎宾馆8 81987/20041987/20043 32424纵向纵向2.79%2.79%3.10%3.10%1.55%1.55%2525横向横向2.28%2.28%2.58%2.58%25251818联合广场沿街商铺联合广场沿街商铺3 320072007年左年左右右4 41212纵向纵向2.37%2.37%8080横向横向4.62%4.62%5.86%5.86%18181919上海财大图书馆上海财大图书馆7 71988/200

11、6.1988/2006.11115.5+4*5.5+4*6 629.529.5纵向纵向5.86%5.86%3.35%3.35%2.13%2.13%6060横向横向4.32%4.32%30302020上海理工光电学院上海理工光电学院4 48080年代左年代左右右3.53.51414纵向纵向4.60%4.60%6565横向2.74%5.62%1511编号编号名称名称层数层数建设时间建设时间层高层高（m m）总高度总高度（m m）方向方向一阶阻尼一阶阻尼 二阶阻尼二阶阻尼 三阶阻尼三阶阻尼长宽长宽裂缝和沉裂缝和沉降情况降情况2121嘉定校区嘉定校区教学教学C C楼楼4 420042004左右左右4.

12、24.216.816.8纵向纵向1.79%1.79%1.08%1.08%100100横向横向1.49%1.49%1.07%1.07%25252222地面交通地面交通风洞中心风洞中心4 4200720074 41616纵向纵向4.10%4.10%100100横向横向1.90%1.90%55552323经济与管经济与管理学院理学院5 520062006左右左右3 31515纵向纵向1.36%1.36%2.37%2.37%7070横向横向1.53%1.53%5.38%5.38%1.08%1.08%30302424瑞光电气瑞光电气综合楼综合楼3 3预计预计2009.62009.64.24.212.61

13、2.6纵向纵向1.90%1.90%2.72%2.72%62.662.6横向横向3.29%3.29%2.12%2.12%43.743.72525上海交大上海交大东下院东下院4 420022002年左年左右右3.83.815.215.2纵向纵向4.99%4.99%3.85%3.85%4040横向横向3.39%3.39%2.18%2.18%18182626交大机动交大机动学院学院A A楼楼9 92006.42006.43.53.531.531.5纵向纵向1.15%1.15%1.22%1.22%140140横向横向1.59%1.59%1.29%1.29%18182727上海交大上海交大图书馆图书馆4

14、42008.92008.94 41616纵向纵向3.82%3.82%100100横向横向5.35%5.35%4.79%4.79%4.96%4.96%1001002828上海交大上海交大软件学院软件学院5 52003.92003.93 31515纵向纵向3.44%3.44%4040横向横向2.96%2.96%25252929交大包玉交大包玉刚图书馆刚图书馆5 51991.12 1991.12 4 42020纵向纵向4.25%4.25%3.68%3.68%2.79%2.79%6060横向横向2.86%2.86%3.35%3.35%25253030上海交大上海交大陈瑞球楼陈瑞球楼5 52006.12

15、006.16+4*46+4*42222纵向纵向3.19%3.19%5.38%5.38%2525横向横向2.86%2.86%10103131上海交大上海交大法学院法学院5 52005.72005.73 31515纵向纵向3.27%3.27%7575柱横向裂柱横向裂缝、走廊缝、走廊斜向裂缝、斜向裂缝、门斜裂缝门斜裂缝横向横向2.78%2.78%6.62%6.62%181812 钢筋混凝土框架筋混凝土框架结构的阻尼研构的阻尼研究究n建筑抗震设计规范（2010年版） 中5.1.5规定，除专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05。n日本规定钢筋混凝土结构的阻尼为0.03。13西安地区钢筋混凝土结构日本地

16、区钢筋混凝土结构1415各类结构自振频率统计各类结构自振频率统计砌体、底框结构框剪、 剪力墙结构框架结构(填充墙多)框架结构(填充墙少)超高层结构16几幢高层建筑的自振特性几幢高层建筑的自振特性上海金茂大厦：420.5m，0.167Hz，0.831%上海森茂大厦：203.35m，0.283Hz，2.37%上海建设大厦：173.1m，0.469Hz，3.22%上海凯旋门大厦：100m，0.557Hz，1.36%上海环球金融大厦：492m，0.157Hz，0.42%17环球金融中心90层激振至5gal后自由衰减运动（无TMD，阻尼比0.459%)18环球金融中心90层激振至5gal后自由衰减运动（

17、有TMD，阻尼比3.865%)19考虑舒适度时建议的阻尼比选择多层建筑：0.030.05钢筋混凝土结构高层：0.010.02钢-混凝土组合结构高层：0.0050.01超高层：0.0050.01钢结构高层：0.0050.0120舒适度与阻尼舒适度与阻尼舒适度与阻尼舒适度与阻尼n振振动与舒适感与舒适感对于建筑物来说，舒适感主要是指人在绝大部分时间内感受不到建筑物的振动。因此，满足振动舒适度要求的振动加速度水平往往和振感阈值有关，振感阈值给出了大多数建筑物发生不可接受的振动加速度水平的下限，对于可接受振动加速度水平的上限则在1倍到几倍振感阈值范围内变化，一个合理的上限取值依赖于振动的特性、持续时间、

18、人在建筑物中所从事的活动和其它视觉、听觉诱导因素。21加速度/(cm/s2)直觉反应程度扰人不安感觉程度单足站立难易程度15100%人明确感觉50%人感到非常扰人单足难以站立14131211109875%人有不安感单足可以设法站立7有些摇晃，但可站立650%人明确感觉574%人稍有扰人感4100%人有模糊感觉全部能正行站立ISO6897平均知觉域320%人无感觉250%人完全无扰人感觉1ISO6897最小知觉域人对加速度的感觉22随着城市化的加速，我国各大城市规划并建设了高密度住宅、工业、商业区域。不可避免的会在铁路周边、道路、高架等有振动影响的区域也出现了高层建筑。 由于现代建材及施工技术的

19、发展，越来越多的轻质高强的材料被使用。使建筑物具有阻尼和固有频率都较低，所以更容易受到地面振动的影响。23我我国国城城市市轨轨道道交交通通发发展展十十分分迅迅猛猛: 已已有有10个个城城市市的的轨轨道道交交通通处处于于运运营营或或试试运运营营状状态态。在在建建线线路路长长度超过了度超过了390公里公里。地地铁铁交交通通系系统统的的发发展展也也不不可可避避免免地地对对周周围围环环境境产产生生负负面面的的影影响响，它它引引起起的的环环境境振振动动已已成成为为公公众众反反应应十十分分强强烈烈的的环环境境污污染染源源和和社社会会公公害害，对对居居民民的的工作、生活乃至安全都产生了很大的影响。工作、生活

20、乃至安全都产生了很大的影响。24振动传播路径隧道结构隧道结构轮轨振动轮轨振动周围土壤周围土壤降低振源激振强度降低振源激振强度轨道弹性扣件轨道弹性扣件&轨道减振器轨道减振器&整体道床整体道床建筑物基础建筑物基础阻断传播途径阻断传播途径开挖边沟开挖边沟&设置波阻块设置波阻块&增强土的刚度增强土的刚度建筑物自身减振建筑物自身减振建筑物基础建筑物基础&建筑内浮筑楼板建筑内浮筑楼板&基底减振支座基底减振支座253. 振动实测-隧道内测点布置2627隧道内283. 振动实测结果分析-隧道内1. 1. 列列车车通通过过时时，轨轨道道处处振振动动峰峰值值加加速速度度非非常常大大，最最大大超超过过12000ga

21、l12000gal，约为约为12g12g；加速度有效值也在；加速度有效值也在2000gal2000gal左右，约为左右，约为2g2g；2. 2. 列列车车运运行行轨轨道道处处：竖竖向向振振动动 横横向向振振动动 纵纵向向振振动动，其其中中，竖竖向向振振动动约是横向振动的约是横向振动的2 2倍，纵向振动略小于横向振动；倍，纵向振动略小于横向振动；3. 3. 隧隧道道半半高高处处：横横向向振振动动 竖竖向向振振动动 纵纵向向振振动动，其其中中，横横向向振振动动是是竖竖向振动的向振动的2 2倍多，竖向振动约是纵向振动的倍多，竖向振动约是纵向振动的1.51.5倍；倍；4. 4. 竖竖向向振振动动由由轨

22、轨道道传传到到隧隧道道壁壁上上，衰衰减减较较大大，峰峰值值衰衰减减到到85gal85gal左左右右，有有效效值值约约为为10gal10gal。横横向向振振动动相相对对衰衰减减较较小小，峰峰值值为为220gal220gal左左右右，有有效效值约为值约为25gal25gal。纵向振动峰值在。纵向振动峰值在60gal60gal左右，有效值约为左右，有效值约为7gal7gal；5. 5. 列列车车开开过过时时，轨轨道道处处振振动动频频段段较较宽宽，竖竖向向振振动动主主要要能能量量分分布布在在150-150-300Hz300Hz，峰峰值值出出现现在在230Hz230Hz附附近近。在在50Hz50Hz附附

23、近近，功功率率谱谱亦亦有有一一个个峰峰值值。其他频段也有一定的能量分布；其他频段也有一定的能量分布；6. 6. 隧隧道道壁壁上上的的竖竖向向振振动动，能能量量主主要要分分布布在在20-70Hz20-70Hz，峰峰值值出出现现在在45Hz45Hz附附近近。隧隧道道壁壁上上的的横横向向振振动动，能能量量主主要要分分布布在在20-100Hz20-100Hz，峰峰值值亦亦出出现现在在45Hz45Hz附附近近。纵纵向向振振动动能能量量较较小小，分分布布频频段段较较宽宽，峰峰值值出出现现在在430Hz430Hz附附近。近。29建筑内30舒适度与阻尼舒适度与阻尼舒适度与阻尼舒适度与阻尼n风荷荷载对建筑建筑结

24、构振构振动的影响的影响1）.对航空管制塔中35 名男管制员的调查显示，最大加速度达到2cm/s 2时，人员开始有感觉，超过3cm/s 2时有明显的振动感觉，超过5cm/s 2时有较强的振动感觉。2）.一栋高度115m的办公楼遭受台风时，调查到的其中37 名（男28 人，女9 人）居住者的反应是：（1）所有人感觉到摇晃，对摇晃的反应，女性比男性敏感。（2） 最大加速度1cm/s 2时开始有感觉，超过2cm/s 2时有较强的振动感觉。（3）调查期间的最大加速度约为10cm/s 2 ，对这一程度的振动，不管男女，20 3 0 % 的人感到不安，50% 的男性感到不快。31舒适度与阻尼舒适度与阻尼n风

25、荷荷载对建筑建筑结构振构振动的影响的影响3）.5 栋高层建筑中的1431 人经历台风的感觉是（根据分析估计此次建筑最大加速度是3040cm/s 2 ）：上层的人有头痛、晕船、不安的感觉。对本次台风导致的建筑振动，大约半数的人认为如果1年仅发生1 次还可以忍受，约1/3的人说再也不想遇到这种情况。32n人的活人的活动对建筑建筑结构振构振动的主的主动影响影响 在这些日常活动中，有些行为由于存在冲击性而会引起结构的振动，如行走、跳跃等行为；而有些行为由于人体特殊的肌肉、内脏等弹性特点而会对结构施加阻尼作用，从而缓解己经存在的振动。这两种行为在建筑结构中同时存在，从而使得人致结构振动问题变得非常复杂。

26、在办公室、候车大厅、人行天桥等一类仅限人类活动的结构中，由于目前结构的可实现跨度越来越大，材料越来越轻，结构基频越来越低，使得人行产生的振动往往引起结构中人的不舒适。人的主动行为会引起建筑物的振动，这主要是由于人在行走过程中的提足和落足行为会对结构产生冲击作用。33 对竖向振动舒适度评价，国内外相关标准逐渐倾向于以峰值加速度为控制指标，如美国的Floor Vibrations Due to Human Activities(A ISC - 11)和Minimizing Floor Vibration(ATC Design Guide 1)等。对楼面结构竖向振动舒适度要求进行评价，根据ATC要求

27、，行走时舒适度竖向加速度推荐限值见表1，节律运动时竖向加速度推荐限值见表2。人所处环境阻尼比峰值加速度限值（10-2g）办公室、教堂、住宅0.020.050.5商场0.021.5室内天桥0.011.5室外天桥0.015.0活动类型峰值加速度限值（10-2g）起居、办公0.40.7宴会、举重1.52.5仅节律运动47表1 ATC推荐的行走引起的振动加速度限值表2 ATC推荐的节律运动引起的振动加速度限值34奥林匹克国家会议中心大宴会厅L4桁架跨度大，人正常行走、跳跃时容易产生共振。尽管结构的强度满足要求， 不会发生强度引起的破坏，但是因为结构共振引起的加速度的振幅过大，超过人体舒适度耐受极限，极

28、易在人的心理上造成恐慌。经动力特性分析，确定采用TMD粘滞流体阻尼器（如左图）的减振方案，减振效果非常明显，满足了舒适度要求。解决舒适度的方法阻尼减振TMD示意图35阻尼减振阻尼减振n结构减振控制技构减振控制技术的分的分类结构消能减振技术结构被动调频减振技术结构主动调频减振技术36n消能减振装置（阻尼装置）的分消能减振装置（阻尼装置）的分类37按建筑消能阻尼器分类粘滞阻尼器30年，舒适度、减震金属屈服型阻尼器50年，减震屈曲约束耗能支撑50年，减震粘弹性阻尼器50年，舒适度、减震，环境温度对性能影响大。38n阻尼装置的消能形式阻尼装置的消能形式材料粘材料粘弹性消能阻尼器性消能阻尼器根据流体运动

29、产生阻尼，当流体通过节流孔时会产生粘滞阻力，是一种无刚度、速度相关型阻尼器。依靠变形时阻尼装置内部粘弹性材料的流动消能（见下图）。 某桥梁用粘弹性材料阻尼器39n阻尼装置的消能形式阻尼装置的消能形式材料塑性材料塑性变形消能装置形消能装置:软钢阻尼器阻尼器利用钢材塑性变形吸收地震能量；性能稳定相关性较小，是一种较新型的阻尼器。 40n阻尼装置的消能形式阻尼装置的消能形式材料塑性材料塑性变形消能装置形消能装置依靠变形时阻尼装置产生的塑性变形消能，常见钢质或铅质的各种阻尼器（见下图）。软钢支撑阻尼器铅棒阻尼器41可拆卸软钢板42屈曲约束耗能支撑43n阻尼装置的构件形式阻尼装置的构件形式支撑阻尼装置支

30、撑阻尼装置阻尼支撑可以代替一般的结构支撑，在抗震和抗风中发挥消能支撑的水平刚度和消能减振作用。具体形式包括方框支撑、圆框支撑、交叉支撑、斜杆支撑、K形支撑和双K形支撑等（见下图）。44n阻尼装置的构件形式阻尼装置的构件形式剪力剪力墙阻尼装置阻尼装置 消能剪力墙可以代替一般结构的剪力墙，在抗风和抗风中发挥消能剪力墙的水平刚度和消能减振作用。 具体形式包括竖缝剪力墙、横缝剪力墙、斜缝剪力墙、周边缝剪力墙、整体剪力墙和分离式剪力墙等（见下图）。45n阻尼装置的构件形式阻尼装置的构件形式连接阻尼装置接阻尼装置在结构的缝隙处或结构构件之间的连接处设置阻尼装置，当结构在缝隙或连接处产生相对变形时，阻尼装置

31、即可发挥消能减振作用（见下图）。46n阻尼装置的构件形式阻尼装置的构件形式节点阻尼装置点阻尼装置在结构的梁柱节点或梁节点处安装消能装置，当结构产生侧向位移、在节点处发生角度变化或者转动式错动时，消能装置就可以发挥消能减振作用。（见下图）47n阻尼装置的构件形式阻尼装置的构件形式阻尼支承或阻尼支承或悬吊构件吊构件对于某些线结构（如管道、线路，桥梁的悬索、斜拉索的连接处等），设置各种支承或者悬吊阻尼装置，当线结构发生振动时，支承或者悬吊构件即发生消能减振作用（见右图）。48n阻尼装置的消能形式阻尼装置的消能形式摩擦阻尼装置摩擦阻尼装置 依靠变形时阻尼装置产生的摩擦消能，常见摩擦消能支撑，摩擦节点（

32、见下图）。49阻尼减振技阻尼减振技术在工程中的在工程中的应用用n消能减振技消能减振技术的工程的工程实践践消能减振技术适用范围广，技术容易实现，并且效果可以保证，在许多高层、超高层结构或复杂的多层结构、空间结构中都有应用。同济大学综合楼同济大学土木楼50屈曲约束耗能支撑工程应用51阻尼减振研究阻尼减振研究进展展颗粒阻尼粒阻尼n颗粒阻尼器粒阻尼器 一种利用在振动体中有限封闭空间内填充的微小颗粒之间的摩擦和冲击作用消耗系统振动能量的减振技术。优点：点：1. 颗粒阻尼几乎不受温度限制，在金属熔点以下均可正常使用，也没有诸如材性退化与疲劳效应等问题；2. 颗粒阻尼减振频带宽，在0-6000Hz均有一定减

33、震效果，可以有效地抑制共振峰值，降低系统的共振频率；3. 布置灵活，可以附加于结构构件的外部，也可以内嵌于结构中，且在任意夹层、内部空洞均可放置，不影响结构使用，也不会增加较大重量；4. 所用颗粒取材廉价方便，一些普通建筑材料，如钢球、沙子、石子等均可使用。52颗粒阻尼器的理粒阻尼器的理论分析分析 目前较通用的理论分析方法为考虑Hertz接触的离散单元法：它是将众多离散体划分成离散单元的集合，对每一个离散单元利用牛顿第二定律建立运动方程，再运用差分法求解每一个单元的运动方程，进而求得离散单元的整体运动形态。不同表面特性的不同表面特性的颗粒粒对阻尼效果的影响阻尼效果的影响 耗能系数，该系数越大说

34、明颗粒在碰撞中耗能越显著，越适宜于用到颗粒阻尼器中。 53不同表面特性的不同表面特性的颗粒粒对阻尼效果的影响阻尼效果的影响 下表列出一些材料的力学性能，并计算出了它们各自的耗能系数，与理论分析的损失因子比较接近，说明耗能系数确实可以代表所用材料的优劣程度。材料名称材料名称 弹性模量弹性模量E E（GPaGPa）屈服强度屈服强度（MPaMPa）密度密度（kg/mkg/m3 3）动摩擦系动摩擦系数数ss泊松比泊松比u u耗能系数耗能系数能量损能量损失因子失因子铜铜120120100100850085000.20.20.340.3434.74934.7490.1470.147混凝土混凝土( (普普通

35、通) )17172525240024000.60.60.20.213.13413.1340.1370.137钢钢( (结构钢结构钢) ) 210210210210780078000.10.10.270.2710.03810.0380.1380.138铸铁铸铁160160250250720072000.150.150.30.35.53795.53790.1290.129岩石（大理岩石（大理石）石）7070100100270027000.50.50.250.254.7494.7490.1320.132木材（松木）木材（松木）141440406006000.40.40.250.251.3181.31

36、80.1020.102铝合金铝合金7575300300270027000.320.320.330.330.7450.7450.0870.087橡胶橡胶0.0060.0067 7100010000.450.450.450.450.0560.0560.0040.00454颗粒阻尼器的粒阻尼器的实验验证 为了验证理论分析，我们制作了一个简单的实验，使用不锈钢和铁块制作的单自由度结构，分别在不加颗粒阻尼和增加不同颗粒的阻尼时让其自由振动，通过数据曲线比较它们的阻尼大小。 结构的自振频率为1.66Hz。55颗粒阻尼器的粒阻尼器的实验验证 不加颗粒时，结构振动的阻尼比为0.4547%56颗粒阻尼器的粒阻尼

37、器的实验验证 在容器中加入9个氧化铝球后，结构振动的阻尼比为0.9478%57颗粒阻尼器的粒阻尼器的实验验证 在容器中加入9个钢球后，结构振动的阻尼比为1.4073%58颗粒阻尼器的粒阻尼器的实验验证 最后我们通过实验验证了，在结构上局部掏空或附加一个空腔，装入适当的颗粒形成颗粒阻尼器后，可以帮助结构在振动中消能，具有良好的减振效果。59颗粒阻尼器的影响因素粒阻尼器的影响因素1）颗粒填充率和质量比增加颗粒质量比能够减小主体系统的响应，但是相应的折减幅度并不随着质量比线性增加，而是当质量比达到某个值后不再增加。颗粒阻尼器的最佳填充率在30%-35%之间。2）外界激励频率和强度外界激励频率接近于和

38、大于主体结构的自振频率时，颗粒阻尼器能够在较宽的频段上抑制主体结构的振动响应，但是当外界激励频率远小于主体结构的自振频率时，阻尼器反而会产生一定的响应放大作用。随着激励强度增加，阻尼器的效率增加，但是当激励大到一定程度后，系统振幅不再受激励强度的影响了。3）恢复系数、摩擦系数在实际设计中，应采用具有较高恢复系数的颗粒，以增加系统的抗震性能。滑动摩擦系数小的阻尼器减震效果会更好。60颗粒阻尼器的影响因素粒阻尼器的影响因素4）容器形状、阻尼器位置 圆柱体阻尼器的效果比长方形的要好。阻尼器的效果随着其位置相对于地面的高度变高而变好。5）颗粒表面特性随着弹性模量的增加减震效果是趋于上升的。随着屈服强度

39、的增加，减震效果下降。塑性变形具有很强的耗能能力，而屈服点反映了材料抵抗塑性变形的能力，只要屈服点越小，则材料越容易发生塑性变形，从而储存在变形中的振动能量消耗越多，耗能因子越大。密度对能量损耗的作用随着密度的增加而增加。 61阻尼减振研究阻尼减振研究进展展单摆式式TMD 单摆式TMD由单摆和阻尼器组成。工作原理为：将单摆的自振频率调整接近于主结构的控制频率，当外力（风力、地震力）作用于主结构上使之产生振动时，单摆产生与主结构始终反向的摆动，产生反向作用力作用于主结构上从而控制结构的震动，作用在主结构上的能量通过单摆式TMD消散。62单摆式式TMD的的优缺点缺点 与传统的TMD相比，单摆式TM

40、D目前的研究和应用都还比较少，因此发展的空间也比较大。与传统的TMD相比，单摆式TMD有以下的优缺点：l 优点：1、形式简单，便于设计；2、自振周期可通过调整摆长控制，便于根据主结构自振周期进行调整；3、一个阻尼器就可实现多自由度的震动控制。l 缺点：1、对于高层自振周期较大的，单摆需要的摆长较长，浪费空间；2、阻尼的施加还需要进一步的研究和优化。63实验名称：实验名称：单摆式TMD的减振性能研究实验目的：实验目的：通过给结构安装单摆式TMD达到减振消能的效果。给结构一个初位移，结构自振，测出结构的自振频率。然后安装单摆式TMD，再给结构一个相同的初位移，验证计算所得的最佳阻尼器最佳参数对结构

41、的减振效果。实验装置：实验装置：结构的主体部分为两张不锈钢板作支柱，不锈钢板的厚度为2mm，尺寸为700mm100mm，上端延长35mm和铁块连接。结构上端连接一个长方体的铁块，长宽高为200mm100mm35mm，质量为5.46kg。结构下端用角钢连接到两块长条钢板上。结构下悬挂一单摆，摆长8cm，单摆质量块质量0.1664kg。64实验步骤：实验步骤： 步骤一：在实验场地组装好实验结构，底部和顶端都用螺栓固定牢靠。在结构的顶部给结构一个70mm的水平初位移，该位移沿铁块的长度方向。然后释放位移约束使结构自由振动，测定结构的自振周期，观察并测量结构顶部沿长度方向的水平位移的衰减情况，得出相关

42、实验参数。 步骤二：待第一次试验结束以后，安装上单摆式TMD，同样在顶部给结构一个初始位移，释放位移约束后使其振动，观察和测量结构顶部沿长度方向水平位移的衰减情况，得出相关实验参数。 步骤三：对比两次实验结果，实验分析，得出实验结论。6566无摆式TMD时振动曲线67安装单摆式TMD后的振动曲线68单摆式TMD的工程应用-台北101大楼单摆式TMD 台北101大楼单摆式TMD悬吊于8792层之间。这个类似单摆的调频质量阻尼器，其直径约为5.5m，共由41层厚度125mm的圆形钢钣堆叠焊接组合而成，各层钢钣的直径则配合球体形状呈约2.1米5.5米的尺寸变化。整个球体由8组90毫米直径的高强度钢索

43、，透过支架托住球体质量块的下半部，将660吨的载重悬吊支承于92层结构。此外，调质阻尼器支架周围也另设置了8支斜向的大型油压粘滞性阻尼器，其功能在于吸收球体质量块摆动时之冲击能量，减少质量块的摆动。而为了避免强风及大地震作用时质量块摆幅过大，调质阻尼器下方则放置了一可限制球体质量块摆动的缓冲钢环（保险杠环），以及8组水平向防撞油压式阻尼器，一旦质量块摆动振幅超过1m时，质量块支架下方的筒状钢棒就会撞击缓冲钢环以减缓质量块的运动。69台北台北101大楼大楼单摆式式TMD70n调频质量阻尼器（量阻尼器（TMD）的工程）的工程实践践调频质量阻尼器由于原理简单而又行之有效，被广泛应用于高层、超高层建筑中，主要用于抵御风荷载及环境引起的振动。上海环球金融中心及其施工中的TMD台北101大楼及其TMD71结构主动调频减振控制技术是一种很前沿的减振控制技术，还没有达到成熟的地步，因此应用较少。该技术同样主要用于高层结构或高耸结构的振动控制，如南京电视塔（见右图）的风振控制n结构主构主动调频减振技减振技术的工程的工程实践践南京电视塔72