结构隔震与消能减震设计的基础知识

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1、第八章:隔震减震与结构控制初步第八章:隔震减震与结构控制初步8.1结构抗震设计思想的演化与发展8.2隔震的原理与方法8.3减震的原理与方法8.4结构主动控制初步8.1结构抗震设计思想的演化与发展产生传递引起震源地震波建筑物所在场地结构的地震反应8.1结构抗震设计思想的演化与发展地震位移反应地震剪力小大小大地震内力8.1结构抗震设计思想的演化与发展地震动作用下结构位移过大,实践上的困难延性结构体系刚性结构体系反应接近地面地震运动一般不发生结构强度破坏导致材料的浪费柔性结构体系减少结构物的刚性避免结构与地面运动发生类共振减轻地震力8.1结构抗震设计思想的演化与发展“延性结构体系”

2、基本要求实现延性结构体系设计是工程师所追求的抗震基本目标适当控制结构物的刚度与强度结构构件进入非弹性状态后仍具有较大的延性通过塑性变形消耗地震能量“坏而不倒”8.1结构抗震设计思想的演化与发展当地基本烈度地震建筑物可能进入非弹性破坏状态装修与内部设备破坏延性结构体系的结构被动抵御地震作用作用导致巨大经济损失某些生命线工程损失更是难以估量延性结构体系的应用也有了一定的局限性隔震、减震、制振技术8.1结构抗震设计思想的演化与发展隔震：地震动结构隔离装置隔开减小结构振动主要方法基底隔震悬挂隔震8.1结构抗震设计思想的演化与发展香港汇丰银行（悬挂隔震）南加州大学医院（隔震结构）8.1

3、结构抗震设计思想的演化与发展减震：地震结构减轻结构振动耗能装置或附加子结构耗能主要方法耗能减震冲击减震吸振减震8.1结构抗震设计思想的演化与发展主动控制（狭义的制震技术）自动控制系统施加控制力地震结构减小结构振动8.1结构抗震设计思想的演化与发展研究、探索并部分应用于工程实践的时期。隔震技术实用阶段减震制振技术8.2隔震原理与方法8.2.1隔震原理隔震基底隔震悬挂隔震结构物地面以上部分隔震层隔开限制地震动向结构物的传递固结于地基中的基础8.2隔震原理与方法8.2.1隔震原理8.2隔震原理与方法基底隔震结构设计应注意:(1).在满足必要的竖向承载力的前提下，隔震装置的水平刚度应

4、尽可能小，以使结构周期尽可能远离地震动的卓越周期范围(2).保证隔震结构在强风作用下不致有太大的位移。通常要求在隔震结构系统底部安装风稳定装置或用阻尼器与隔震装置联合构成基底隔震系统。8.2.1隔震原理8.2隔震原理与方法8.2.2隔震分析模型隔震建筑系统动力分析模型单质点模型多质点模型空间分析模型8.2隔震原理与方法8.2.2隔震分析模型--单质点模型动力平衡方程:—结构的总质量；—隔震层的阻尼系数和水平刚度；—上部简化刚体相对于地面的加速度、速度与位移；—地面加速度过程。上部结构侧移刚度远大于隔震层的水平刚度上部结构近似为一个刚体单质点模型8.2隔震原理与方法8.2.2隔

5、震分析模型—多质点模型隔震层简化等效粘滞阻尼比计算式为：水平刚度为k阻尼系数为c结构层隔震支座数量第i个隔震支座的水平动刚度第i个隔震支座的等效粘滞阻尼比。水平动刚度计算式为:8.2隔震原理与方法8.2.2隔震分析模型隔震装置隔震层以上结构的水平地震作用有效降级采用水平向减震系数的概念反映这一特点层间剪力最大比值0.530.350.260.18水平向减震系数0.750.500.380.25层间剪力最大比值与水平向减震系数的对应关系水平向减震系数不宜低于0.25，且隔震结构的总水平地震作用不得低于非隔震结构在6度设防时的总水平地震作用8.2隔震原理与方法8.2.3常用隔震装置-

6、-橡胶支座隔震8.2隔震原理与方法1.橡胶支座隔震—实例南加州大学医院（隔震结构）橄榄景医院（抗震结构）1994年1月17日，美国圣菲尔南多发生洛杉矶地震，震级M=6.7，直下型地震基础加速度0.49g顶层加速度0.21g加速度折减系数为1.8底层加速度0.82g，顶层加速度2.31g,加速度放大系数为2.8橡胶支座隔震系统的更优越8.2隔震原理与方法橡胶支座隔震—实例8.2隔震原理与方法橡胶支座隔震橡胶支座钢板叠层橡胶支座铝芯橡胶支座石墨橡胶支座在天然橡胶中加入石墨大幅度提高橡胶支座的阻尼实际中应用还不多8.2隔震原理与方法橡胶支座隔震钢板：限制橡胶片的横向变形使座竖向刚度

7、较纯橡胶支座大大增加橡胶片：总厚度越小所能承受的竖向荷载越大钢板叠层橡胶支座支座内阻尼较小，常需配合阻尼器一起使用8.2隔震原理与方法橡胶支座隔震叠层橡胶支座中间钻孔灌入铝芯提高支座大变形时的吸能能力集隔震器与阻尼器于一身，因而可以独立使用8.2隔震原理与方法橡胶支座隔震：水平刚度是竖向刚度的1%左右具有显著的非线性变形特征小变形，刚度大，抗风有利大变形，橡胶剪切刚度下降，结构频率降低，结构反应减少橡胶剪应变超过50%以后，刚度又逐渐有所回升，起到安全阀的作用，有利于防止建筑的过量位移8.2隔震原理与方