浅谈土木工程中及振动控制

《浅谈土木工程中及振动控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、浅谈土木工程中的振动控制结构控制可能是彻底解决这一问题的方法,通过在结构上设置控制机构,由控制机构与结构共同控制抵御地震动等动力荷载,使结构的动力反应减小。结构控制是人的主观能动性与自然的高度结合,是结构对策的新的里程碑。结构控制按是否需要外部能源和激励以及结构反应的信号,可以分为被动控制、主动控制、混合控制和半主动控制。被动控制研究结构被动控制一般是指在结构的某个部位附加一个子系统,或对结构自身的某些构件做构造上的处理以改变结构体系的动力

2、特性。被动控制因其构造简单,造价低,易于维护且无需外界能源支持等优点而引起了广泛的关注,并成为当前应用开发的热点。许多被动控制技术已日趋成熟,并已在实际工程中应用。下面简要介绍这些控制技术和装置。1、基础隔震体系基础隔震体系是在上部结构与基础之间设置某种隔震消能装置,以减小地震能量向上部的传输,达到减小结构振动的目的。隔震装置必须具备下面三项特性:1具有较大的变形能力;2具有足够的初始刚度和强度;3提供较大的阻尼,具有较大的耗能能力。基础隔震能显著地降低结构的自振频率,适用于短周期的中低层建筑和刚性结构。由于隔震仅对高频地震波有效,因此对高

3、层和超高层建筑不太适用。另外,橡胶隔震垫的老化和耐久性问题,以及隔震效果的定量设计问题还有待于进一步的研究。基础隔震是当前应用最广泛,也是最成熟的一项技术。一些研究和应用较广的隔震装置有:1.夹层橡胶垫隔震装置;2.滚珠或滚轴加钢板消能装置;3.粉粒垫层隔震装置;4.铅塞滞变阻尼器隔震装置;5.钢滞变阻尼器隔震装置;6.基底滑移隔震装置;7.悬挂基础隔震装置;8.混合隔震装置等;2、消能减震体系消能减震体系是把结构物的某些非承重构件设计成消能元件,或在结构物的某些部位装设阻尼器。在风载或小震时,这些消能构件与阻尼器仍处于弹性状态,结构体系仍

4、具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求;在强风或强震作用下,消能元件或阻尼器首先进入非弹性状态,产生较大的阻尼,大量耗散能量,使主体结构的动力反应减小。消能减震体系按其消能装置的不同,可分为两类:1消能构件减震体系:利用结构的非承重构件作为消能装置的结构减震体系,常用的消能构件有:a消能支撑:包括方框消能支撑、圆形消能支撑、K形偏心消能支撑等。b消能剪力墙:有横缝剪力墙、竖缝剪力墙、周边缝剪力墙和阻尼器剪力墙等。2阻尼器消能减震体系:强震时通过阻尼器耗散能量。a摩擦阻尼器:利用摩擦力做功耗散能量。b金属阻尼器:利用某些金属具有的弹塑性滞回变形

5、耗能,包括软钢耗能装置、铅挤压阻尼器、记忆合金SMA耗能器。c粘性和粘弹性阻尼器:利用阻尼器材料分子的相对错动摩擦耗能。消能减震体系适用于高层建筑、超高层建筑和高耸构筑物,对抗震和抗风都有效,而且性能可靠;但装设数量少时作用不大,数量多时造价显著增加。对消能减震体系的计算,目前也尚未建立起较为成熟通用的方法。3、调谐质量阻尼振动控制系TMDTMD系统是在结构顶层加上惯性质量,并配以弹簧和阻尼器与主结构相连,应用共振原理,对结构的某一振型加以控制。通常惯性质量可以是高层或高耸结构的水箱、机房或旋转餐厅。由于TMD能有效地衰减结构的动力反应,安

6、全、经济,已被广泛用作高层建筑、高耸结构及大跨桥梁的抗震抗风装置。TMD不仅可用于新建建筑,而且通过“加层减震”技术可以改善已有房屋的耐震性能。TMD体系有三种:1支承式;2悬吊式;3碰击式。1、支承式TMD滑块的启动存在着严重的时间滞后,而且地震能量密度谱较宽,因此TMD抗震效果不如抗风效果好。2、目前有一种带杠杆和摆的调谐质量阻尼器TMDLP,该控制系统能显著降低高层建筑的水平位移、扭转位移和加速度反应,而且其调谐质量块在地震激励下的位移比TMD的位移小。该系统可以通过在结构的顶层设置多个摆,用以控制高层建筑或高耸结构的前几阶振型。4、

7、调谐液体阻尼振动控制系统TLDTLD同样采用共振原理,依靠液体的振荡来吸收和消耗主结构的振动能量,减小结构的动力反应。TLD系统相对于TMD造价较低,不需要特别的装置,对容器的形状也无特殊的限制,不需要维修,可以方便地设置在已有建筑之上,并可兼作水箱之用。与TMD一样,TLD一般也仅适用于抗风。由于风与地震不一定存在共同的有效的减振频带,调谐被动控制用于抗震时甚至可能会出现负效应。5、质量泵质量泵是一种液体质量阻尼器,通过导管中液体往复流动时的惯性和粘性来消耗能量。质量泵只需很少的液体便可发挥较大的等效质量和等效阻尼的作用。用质量泵能消除结

8、构的鞭梢效应。在结构的风振反应中,质量泵能有效地减小高层建筑结构顶层加速度反应,但对减小基底剪力和顶层位移反应效果不明显;抗震时,质量泵对高振型效果较好,但对第一振型影响不显著。