不同基体材料粘弹性阻尼器的试验研究

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1、第一章绪论2．1前言地震是一种不可预知的、破坏性极强的自然灾害现象，我国是世界上地震灾害最严重的国家之一，近些年来在我国所发生的地震带来了惨痛的灾难和巨大的经济损失。随着我国经济的高速发展，各种新型、复杂的高层建筑、公共建筑、大跨度桥梁等拔地而起，地震所导致的各种人员和财产损失也更大，我国的防震减灾能力面临着更大的考验，因此开展土木工程结构抗震技术的研究具有重要战略意义。传统土木工程结构抗震设计方法的思想是通过增强结构的承载力和变形来抵抗地震，通过结构主体构件的开裂损坏吸收地震能量。然而由于地震的随机性

2、，准确估算其强度和特性往往是不可能实现的，依据传统土木工程抗震方法设计的结构有可能无法满足安全性要求，甚至发生破坏和倒塌。针对以上传统抗震方法的不足，结构振动控制通过对结构安装抗震装置，在地震作用下抗震装置和结构协同工作，吸收并耗散地震能量，这是一种更为有效的抗震设计方法。华裔学者姚治平在1972年将控制技术引入土木工程，并首次提出了结构振动控制的概念【1】。随后近40年来，结构振动控制技术在土木工程领域的理论和实践发展证明了其在结构抗震抗风领域的潜力。结构振动控制可分为被动控制、智能控制和混合控制。被

3、动控制通过在结构的某些部位附加控制装置，或对结构的某些构件作构造上的处理，从而改变结构体系的动力特性。这些控制装置和构造的处理也使得结构耗散或转移振动能量，阻止振动在结构体系内部传播。被动控制系统构造简单、造价低廉、易于维护且无需外部能源支持，基础隔震、耗能减震和吸振减震等是目前常用的被动控制技术，而这其中粘弹性阻尼器是一种典型的被动减震控制装置。智能控制又可以分为主动控制和半主动控制。主动控制需要外部能源，应用现代控制理论，对输入地震动和结构反应进行实时观测和计算分析，计算结果通过伺服加力装置并以结构

4、控制力的形式反馈给结构，自动调控结构在地震作用下的响应，以达到保护结构免遭损伤的目的。主动控制装置主要有主动质量阻尼系统(AⅣD)、主动支撑系统(ABS)、主动拉索系统(ATS)、气体脉冲发生器控制系统(PG)和主动空气动力挡风板控制系统(ADA)等【2】。半主动控制则属于参数控制，其工作状态通过主动控制机构调节并使得结构参数最优化，从而保证结构控制状态的最优化。目前，半主动控制系统主要有：可变阻尼系统(A、17D)、可变刚度系统(AvS)、可控(电流变或磁流变)液体阻尼器、主动调谐参数质量阻尼系统(A

5、1附D)和可控摩擦式隔振系统等【2】。混合控制则是主动控制装置和被动控制系统在同一结构上共同工作，被动控制系统用来耗散振动能量而主动控制系统则用来保证控制效果。目前混合控制系统主要有以下几种：主动质量阻尼系统(舳)与调谐质量阻尼系统(n仍)或调谐液体阻尼系统(ⅡD)相结合的混合控制、主动控制与基础隔震相结合的混合控制和主动控制与耗能减震装置相结合的混合控制等【2】o东南大学硕士学位论文2．2粘弹性阻尼减震技术研究现状典型粘弹性阻尼器构造如图1-1所示，由两侧的约束钢板层和中间的粘弹性材料层构成。两侧的钢

6、板主要起着约束和限制粘弹性层运动方向的作用，粘弹性材料是粘弹性阻尼器的核心构件，地震作用下粘弹性材料会发生反复剪切变形并耗散能量，从而减轻地震作用，减小结构动力反应，保护主体结构安全。粘弹性阻尼器是一种典型的被动控制装置，下文从粘弹性材料、粘弹性阻尼器和粘弹性阻尼减震结构等三方面对研究现状进行综述。图卜1粘弹性阻尼器2．2．1粘弹性材料在国外，美国、日本和西欧等发达国家已经研制出不同种类、满足不同工程需要的粘弹性材料并形成标准化生产。美国的3M公司，英国的CmA．GEIGY公司、德国的Bayer公司和日

7、本的聚氨酯工业株式会社等【3】都研制了满足不同使用环境的系列化产品。2004年，H匈ime【4】等制备了碳纤维复合阻尼材料，该材料具有较优异的阻尼性能且硬度较高。2006年，美国3M公司【5】研制了丙烯酸聚酯基体的粘弹性材料，并对由该材料制成的粘弹性阻尼器进行了性能试验研究。2007年，M．Patri等【6】利用互穿聚合物网络改性技术制备了sBR胁偶dA(聚甲基丙烯酸甲酯)聚合物，与SBR硫化胶相比该聚合物阻尼温域得到拓宽，阻尼峰值明显增大。2009年，Rez∞i等【7】采用熔融共混法和热压技术制各了碳

8、纤维增强型聚丙烯复合材料，实验结果表明碳纤维长度的增加有利于阻尼性能的提高。2011年，M嘲yuk等【8】采用共混改性技术，将苯乙烯、丁二烯共聚乳液与丙烯酸酯乳液、乙烯．乙酸乙烯酯乳液等共混，制各了复合阻尼材料，该复合阻尼材料具有较高的强度和优越的阻尼性能。2011年，U硒r糊等【9】将单丙烯酰基封端的丙烯酸丁酯预聚物与双丙烯酰基封端的丙烯酸丁酯预聚物共聚制备了具有大量悬垂链的聚丙烯酸丁酯(PBA)弹性体，并发现悬垂链的分子运动产生了一个新