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1 建筑结构的阻尼研究 建筑结构的阻尼研究 一 建筑结构的阻尼研究 二 舒适度与阻尼 主讲人 : 施卫星教授 三 阻尼减振 土木工程学院 结构工程与防灾研究所 采用的仪器及分析系统 建筑结构的阻尼研究 建筑结构的阻尼研究 传感器 Lance 系列压电式加速度传感器, 灵敏度为 49V/g, 量程为 0.g, 频率范围为 Hz, 分辨率 g SVSA 系统 ( 同济大学结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号处理两个模块组成 建筑结构的阻尼研究 理论基础 采样定理与采样方式奈奎斯特定理 : 一个在频率 f m 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 2 f m 以确定 工程中一般取 f s (3 ~ 4) f m 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 6 次以上平均, 所以要保证足够长的采样时间 建筑结构的阻尼研究 数据分析与处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 2 S ( w) H ( iw) S ( w) 半功率点法 : y = B j ξ j = 2 f j x

2 纵向时域曲线纵向功率谱横向时域曲线横向功率 钢筋混凝土框架结构的阻尼 概述 对 3 幢钢筋混凝土框架房屋进行动力特性现场实测, 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 ) 钢筋混凝土框架结构的阻尼 结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.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 谱 横向 4.29% 6.98% 35 编层层高总高度一阶二阶三阶名称建设时间方向号数 (m) (m) 阻尼阻尼阻尼 长宽 裂缝和沉降情况 纵向 3.68% 2.23% 00 同济大学文远楼 3 953/ 部分轻质隔墙出现裂缝 横向 6.02% 20 2 同济大学瑞安楼 纵向 2.39% 4.27% 40 有明显的同向斜裂缝和横向 2.94%.69% 30 顶部水平裂缝 纵向 3.55% 2.82% 35 3 同济大学校史馆 横向 3.52% 0 4 同济大学逸夫楼 年 纵向 3.52% 月横向 2.43% 55 5 同济大学经纬楼 纵向 3.20% *3 横向 2.5% 4.29% 2 6 同济大学科技园 8 80 年代纵向 3.93% 3.08% /2000 横向 2.28% 3.40% 5.76% 23 轻质间隔墙存在水平裂缝 纵向 2.43% 5.59% 6.20% 35 7 建筑结构实验室 5 95 年左右 年代左 纵向 4.28% 3.32% 3.00% 75 8 同济大学能源楼 5 右 横向 5.27% 5 轻质间隔墙存在裂缝 9 同济大学建筑设计研究院 6 90 年代左纵向 5.30% 右横向.69% 27 楼梯间顶层有少量裂缝 0 同济大学西北食堂 2 80 年代左纵向 4.52% 45 外墙转角处有裂缝, 4 8 右横向 4.40% 25 并有露筋现象 编号 名称 层数 同济大学学苑饮食广场 3 2 同济大学档案馆 7 建设时间 90 年代左右 80 年代 /2006 层高 (m) 总高度 (m) 年代左 3 上海环保有限公司 右 4 同济大学环境工程学院 同济大学西苑食堂 年左右 同济大学海洋楼 6 90 年代左右 同济大学迎宾馆 8 987/ 联合广场沿街商铺 3 9 上海财大图书馆 7 20 上海理工光电学院 年左右 988/ 年代左右 * 方向 一阶阻尼 二阶阻尼 三阶阻尼 长宽 纵向.83% 60 横向 2.3% 35 纵向 2.73% 50 横向.88% 50 纵向 3.85% 50 横向 3.22% 8 纵向 4.4% 3.54% 30 横向 2.04% 6 纵向 4.85% 60 横向 3.67% 5 纵向 4.42% 30 横向 4.85% 20 纵向 2.79% 3.0%.55% 25 横向 2.28% 2.58% 25 纵向 2.37% 80 横向 4.62% 5.86% 8 纵向 5.86% 3.35% 2.3% 60 横向 4.32% 30 纵向 4.60% 65 横向 2.74% 5.62% 5 裂缝和沉降情况 5 层和 6 层连廊间出现裂缝 两端发现同向斜裂缝 部分梁上有竖向裂缝 编号名称层数建设时间层高 (m) 嘉定校区教学 C 楼 地面交通风洞中心 经济与管理学院 瑞光电气综合楼 上海交大东下院 交大机动学院 A 楼 上海交大图书馆 上海交大软件学院 交大包玉刚图书馆 上海交大陈瑞球楼 上海交大法学院 总高度 (m) 左右 左右 预计 年左右 * 方向 一阶阻尼二阶阻尼三阶阻尼 长宽 裂缝和沉降情况 纵向.79%.08% 00 横向.49%.07% 25 纵向 4.0% 00 横向.90% 55 纵向.36% 2.37% 70 横向.53% 5.38%.08% 30 纵向.90% 2.72% 62.6 横向 3.29% 2.2% 43.7 纵向 4.99% 3.85% 40 横向 3.39% 2.8% 8 纵向.5%.22% 40 横向.59%.29% 8 纵向 3.82% 00 横向 5.35% 4.79% 4.96% 00 纵向 3.44% 40 横向 2.96% 25 纵向 4.25% 3.68% 2.79% 60 横向 2.86% 3.35% 25 纵向 3.9% 5.38% 25 横向 2.86% 0 纵向 3.27% 75 柱横向裂 缝 走廊 横向 2.78% 6.62% 8 斜向裂缝 门斜裂缝

3 钢筋混凝土框架结构的阻尼研究 建筑抗震设计规范 (200 年版 ) 中 5..5 规定, 除专门规定外, 建筑结构的阻尼比应取 0.05 西安地区钢筋混凝土结构 日本规定钢筋混凝土结构的阻尼为 0.03 ξ = 63.9 R 2 = H 日本地区钢筋混凝土结构 ξ = 98.9 R = 0.22 H ξ =.48 f R 2 = 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 f f f = = = f f = = 0.05n 0.05n n n n 同济大学科研综合楼 建筑层数 : 地下 层 地上 2 层, 总高度 98m 建筑的主体平面呈正方形, 以 5.4m 的轴网均匀分隔 ; 楼层功能平面呈 L 形, 长边等同于 9 个 5.4m 模数正方形的边长, 短边等于由 3 个 5.4m 模数复合 L 型平面每三层对应形成竖向基本功能单元,2 层共 7 个单元实体在相邻处呈 90 度旋转叠加, 构成中央螺旋上升的组合中庭 同济大学科研综合楼属于平面不规则和竖向刚度不规则的复杂高层结构, 地震作用下结构呈现明显的扭转不规则特性, 在结构布置上有很高的建筑 结构要求 属于框架 - 支撑结构体系 结构中装有粘滞阻尼器, 经分析可达到良好的抗震和抗扭效果 同济大学科研综合楼自振特性 南北向 东西向 模态 频率 (Hz) 阻尼比 频率 (Hz) 阻尼比 % % %.46.56% % % %.66.4% % % % % % % % % % % % % % % %

4 几幢高层建筑的自振特性 上海金茂大厦 :420.5m,0.67Hz,0.83% 上海森茂大厦 :203.35m,0.283Hz,2.37% 上海建设大厦 :73.m,0.469Hz,3.22% 上海凯旋门大厦 :00m,0.557Hz,.36% 上海环球金融大厦 :492m,0.57Hz,0.42% 舒适度与阻尼 振动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 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 人在建筑物中所从事的活动和其它视觉 听觉诱导因素 人对加速度的感觉 加速度 /(cm/s 2 ) 直觉反应程度 扰人不安感觉程度 单足站立难易程度 5 50% 人感到非常扰人 单足难以站立 % 人明确感觉 75% 人有不安感 单组可以设法站立 7 有些摇晃, 但可站立 6 50% 人明确感觉 5 74% 人稍有扰人感 4 00% 人有模糊感觉 全部能正行站立 3 20% 人无感觉 ISO6897 平均知觉域 2 50% 人完全无扰人感觉 ISO6897 最小知觉域 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 舒适度与阻尼 舒适度与阻尼 交通荷载对建筑结构振动的影响 : 按运行方式可分为轨道交通和道路交通 两者引起的地面振动振幅及其占优频率差别较大 轨道交通下振动的产生 : 振动主要由以下几个方面产生 :() 对轨道的重力加载产生的冲击 ;(2) 轮轨相互作用产生的车轮与钢轨结构的振动 ;(3) 轮轨相互作用产生的车轮与钢轨结构的振动 ;(4) 轨道的不平顺和车轮的损伤也是系统振动的振源 对环境和周边建筑物的影响通过以下方式进行 : 由运行列车对轨道的冲击作用产生振动, 并通过结构传递到周围的地层, 进而通过土介质向四周传播, 进一步诱发附近地下结构以及建筑物包括其结构和室内家具的二次振动和噪声 从而对建筑物的结构安全以及建筑物内的人产生影响

5 交通荷载对建筑结构振动的影响 舒适度与阻尼 北京一住宅内由交通振动引起的家具移位 在北京西直门附近, 距铁路线约 50m 处一座五层楼内的居民反映, 当列车通过时可感到室内有较强的振动, 门窗和家具的玻璃发出噪声, 且受振动影响一段时间后, 室内家具也发生了错位, 如图所示 风荷载对建筑结构振动的影响 ). 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 5m 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 :() 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 cm/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 0cm/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 舒适度与阻尼 风荷载对建筑结构振动的影响 3).5 栋高层建筑中的 43 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 30~40cm/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 年仅发生 次还可以忍受, 约 /3 的人说再也不想遇到这种情况 人的活动对建筑结构振动的主动影响 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 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 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 - ) 和 Minimizing Floor Vibration (ATC Design Guide ) 等 对楼面结构竖向振动舒适度要求进行评价, 根据 ATC 要求, 行走时舒适度竖向加速度推荐限值见表, 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 ( 0-2 g) 办公室 教 0.02~ 堂 住宅 商场 室内天桥 室外天桥 表 ATC 推荐的行走引起的振动加速度限值 活动类型 峰值加速度限值 ( 0-2 g) 起居 办公 0.4~0.7 宴会 举重.5~2.5 仅节律运动 4~7 表 2 ATC 推荐的节律运动引起的振动加速度限值 解决舒适度的方法 阻尼减振 TMD 示意图 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

6 第二届 建筑结构抗震减震新技术研讨会 20年5月20日 阻尼减振 第二届 建筑结构抗震减震新技术研讨会 20年5月20日 消能减振装置 阻尼装置 的分类 结构减振控制技术的分类 9结构消能减振技术 9结构被动调频减振技术 9结构主动调频减振技术 第二届 建筑结构抗震减震新技术研讨会 20年5月20日 阻尼装置的构件形式 9支撑阻尼装置 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 第二届 建筑结构抗震减震新技术研讨会 20年5月20日 阻尼装置的构件形式 9连接阻尼装置 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 尼装置即可发挥消能减振作用 见下图 第二届 建筑结构抗震减震新技术研讨会 20年5月20日 阻尼装置的构件形式 9剪力墙阻尼装置 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 第二届 建筑结构抗震减震新技术研讨会 20年5月20日 阻尼装置的构件形式 9节点阻尼装置 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

7 阻尼装置的构件形式 阻尼支承或悬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 ) 阻尼装置的消能形式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 ( 见下图 ) 阻尼装置的消能形式 材料塑性变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 ) 阻尼装置的消能形式 材料塑性变形消能装置 : 软钢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 软钢支撑阻尼器 铅棒阻尼器 阻尼装置的消能形式 材料粘弹性消能阻尼器根据流体运动产生阻尼, 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 可拆卸软钢板

8 阻尼减振研究进展 颗粒阻尼 颗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 :. 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 Hz 均有一定减震效果, 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 颗粒阻尼器的理论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 不同表面特性的颗粒对阻尼效果的影响耗能系数, ζ 该系数越大说明颗粒在碰撞中耗能越显著, 越适宜于用到颗粒阻尼器中 2 2 ρ 3 mν E( v + µ ) 2 2 n s vt v + 2 n svt = 3 2 s 4 R s ν E ζ = ( µ ) σ π σ 不同表面特性的颗粒对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 弹性模量 E (GPa) 屈服强度 σ(mpa) 密度 ρ (kg/m 3 ) 动摩擦系数 μs 泊松比 u 耗能系数 ζ 能量损失因子 铜 混凝土 ( 普 通 ) 钢 ( 结构钢 ) 铸铁 岩石 ( 大理 石 ) 木材 ( 松木 ) 铝合金 橡胶 颗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.66Hz 颗粒阻尼器的实验验证 颗粒阻尼器的实验验证 不加颗粒时, 结构振动的阻尼比为 % 在容器中加入 9 个氧化铝球后, 结构振动的阻尼比为 %

9 颗粒阻尼器的实验验证 颗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 在容器中加入 9 个钢球后, 结构振动的阻尼比为.4073% 颗粒阻尼器的影响因素 ) 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 颗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 阻尼减振研究进展 单摆式 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 单摆式 TMD 的优缺点 与传统的 TMD 相比, 单摆式 TMD 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 : 优点 : 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 缺点 : 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

10 实验名称 : 单摆式 TMD 的减振性能研究实验目的 : 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的减振效果 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 700mm 00mm, 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 200mm 00mm 35mm, 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 0.664kg 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 无摆式 TMD 时振动曲线 安装单摆式 TMD 后的振动曲线 单摆式 TMD 的工程应用 -- 台北 0 大楼单摆式 TMD 台北 0 大楼单摆式 TMD 悬吊于 层之间 这个类似单摆的调质阻尼器, 其直径约为 5.5m, 共由 4 层厚度 25mm 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. 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, 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 m 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

11 台北 0 大楼单摆式 TMD 阻尼减振 被动调频减振技术 结构被动调频减振技术的原理 结构被动调频减振控制体系, 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, 因而可以调整子结构的自振频率, 使其尽量接近主结构的基本频率或激振频率 当主结构受到激励而振动时, 子结构就会产生一个与结构振动方向相反的惯性力作用在主结构上, 使结构的振动反应衰减并受到控制 结构被动调频减振技术的分类 子结构的质量是固体质量, 称为 调频质量阻尼器 TMD(Tuned Mass Damper) 子结构的质量是储存在某种容器中的液体质量, 称为 调频液体阻尼器 TLD(Tuned Liquid Damper) 调频质量阻尼器 (TMD) 子结构可以支承在结构物上, 也可以悬吊在结构物上 ( 见下图 ) 支承型的 TMD 悬挂型的 TMD 调频质量阻尼器 (TMD) 的工程实践 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 调频液体阻尼器 (TLD) 根据盛放液体的容器不同可分为储液池式和 U 形柱式 ( 见下图 ) 上海环球金融中心及其施工中的 TMD 台北 0 大楼及其 TMD

12 调频液体阻尼器 (TLD) 的工程实践 调频液体阻尼器在工程中也被广泛应用, 比如黑龙江广播电视塔 ( 见右图 ) 就采用 TLD 来进行风振控制 而且多高层建筑屋顶很多都设有储水箱, 因此可以利用这些储水箱作为 TLD, 很有实际意义 阻尼减振 主动调频减振技术 结构主动调频减振技术的原理 结构主动调频减振控制是利用外部能源 ( 计算机系统或智能材料 ), 在结构物受激励振动过程中, 瞬时施加控制力或瞬时改变结构的动力特性, 以迅速衰减和控制结构振动反应的一种减振技术 黑龙江广播电视塔 结构主动调频减振技术的分类 结构 ( 全 ) 主动控制 : 结构减振控制目标的实现全部依赖主动控制 结构半主动控制 : 以被动控制为主要减振体系, 但辅以主动控制手段, 施加部分外力或改变结构参数与工作状态 结构混合控制 : 在一个结构上同时采用被动系统与主动系统 结构主动调频减振的控制手段 施加外力控制型 : 通过对结构 ( 或装置 ) 主动施加外加控制力以衰减和控制结构的振动反应 改变结构参数型 : 通过主动改变动力特性 ( 或结构形式 ) 以衰减和控制结构的振动反应 智能材料自控型 : 通过采用智能材料, 自动调节并衰减和控制结构的振动反应 结构主动调频减振技术的工程实践 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 阻尼减振技术在工程中的应用 消能减振技术的工程实践 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 南京电视塔 纽约世贸中心同济大学综合楼同济大学土木楼

结构消能减震技术在建筑绿色改造中的应用

结构消能减震技术在建筑绿色改造中的应用 第五届既有建筑改造技术交流研讨会北京 2013 年 4 月 21-23 日 1 结构消能减震技术在建筑绿色改造中的应用 Application of Seismic Energy Dissipation Techniques in Green Renovation of Buildings 刘林 Outline 2 结构加固技术的分类 (Classification of Structural Strengthening

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