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1、阻尼和阻尼在结构中作用研究 摘要:阻尼对结构的振动反应有重要的影响，阻尼比是阻尼作用在结构体系振动过程中耗能减震能力的参数。目前结构设计通常对某一类结构的阻尼比取为常数中的定值，这不能完全真实反映建筑物的阻尼,且未能反映同一类结构阻尼比的变化规律。本文通过对阻尼的机理、阻尼的影响因素，阻尼的作用，阻尼比的计算，阻尼比在结构设计中的取值，阻尼在结构中的应用等进行具体分析，以便结构设计者对阻尼有更好的了解及，对结构进行更好的、适当的调整。关键词:阻尼，阻尼比中图分类号：P142文献标识码：A引言阻尼
2、（英语：damping）是指物体或系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征，使振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用。阻尼技术在航天、航空、军工、机械等行业中广泛应用，二十世纪七十年代，人们开始逐步地把这些阻尼技术应用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中，阻尼技术能在结构中振动中耗能减震，并被广泛应用[1]。9一．阻尼的机理阻尼的机理有两种形式：一种是因摩擦阻力生热，使系统的机械能减小，转化为内能，这种阻尼叫摩擦阻尼；另一种是系统引起周围质点的震动，使
3、系统的能量逐渐向四周辐射出去，变为波的能量，这种阻尼叫辐射阻尼。阻尼比（ζ）指阻尼系数与临界阻尼系数之比，表达结构体标准化的阻尼大小，是无单位量纲。阻尼比（ζ）一般可分为：ζ=0；01共4种情况。阻尼比ζ=0即不考虑阻尼系统；结构常见的阻尼比都在ζ在0~1之间。二．阻尼的作用主要有以下五个方面[3]：（1）有助于减少结构的共振振幅，从而避免结构因震动应力达到极限造成机构破坏；（2）有助于结构系统受到瞬时冲击后，很快恢复到稳定状态；（3）有助于减少因结构振动产生的声辐射，降低机械性噪声及损害。许多结
4、构构件主要是由振动引起的，采用阻尼能有效的抑制共振，从而降低损害；（4）有助于提高其动态性能，较高的抗震性和动态稳定性；9（5）有助于降低结构传递振动的能力。在结构的抗震的隔振结构设计中，合理地运用阻尼技术，可使抗震效果显著提高。三．阻尼的计算经过近百年的研究，已经提出了各种各样的阻尼计算方法，在此仅做在简单探讨。阻尼主要分为两大类：粘滞阻尼和滞回阻尼(复阻尼)。线性粘滞阻尼是最常用的一种阻尼模型，阻尼力F的大小与运动质点的速度v的大小成正比，方向相反，记作F=-cv，c为粘性阻尼系数，其数值须由
5、振动试验确定。无论对简谐振动还是非振动得到的振动方程均是线性方程，求解方便，能够方便地表达阻尼对频率、共振等的影响，是应用最为广泛的阻尼模型。滞回阻尼假定应力应变间存在一相位差，从而振动一周有耗能发生。已经提出了各种各样的滞回阻尼模型，其特点是可以得到不随频率改变的振型阻尼比，因而一般认为能较好地反映上部结构阻尼。这对于一般分析而言，计算比较复杂，因而复阻尼实际应用并不多。四．阻尼比在结构设计中的取值对基本处于弹性状态情况的结构，各国的阻尼比取值并非完全一致，我国各种结构中阻尼比取值如下表：阻尼比
6、取值汇总五．阻尼的影响因素1.广义阻尼的影响因素：91.1材料阻尼，这是能量耗散的主要原因；1.2周围介质对振动的阻尼；1.3节点、支座联接处的阻尼；1.4通过支座基础散失一部分能量。建筑结构阻尼的影响因素：一般认为建筑结构振动过程中耗能因素分为外部阻尼和内部阻尼。外部阻尼分为：空气阻尼、地基土内摩擦、地基中波的辐射耗能等。外部阻尼作用机理复杂、影响因素众多,在结构设计中通常忽略。内部阻尼指建筑结构本身具有的阻尼性能,作用形式为结构材料内摩擦与连接处干摩擦，包括建筑材料阻尼和结构形式阻尼。2.1材
7、料阻尼钢筋混凝土是钢筋、粗、细骨料和水泥等组成的复杂材料,内部微观缺陷较多,如钢筋和水泥石、骨料和水泥石结合面处的缝隙,阻尼性能主要来源于缺陷处界面摩擦阻尼,其阻尼比要高于钢材。文献[4,5,6]通过试验研究了钢筋混凝土的阻尼性能，认为普通钢筋混凝土阻尼性能的影响因素主要是:混凝土强度、构件的纵向钢筋配筋率和维护结构。2.1.1混凝土强度对阻尼比的影响9根据阻尼产生机理的分析,材料内部缺陷越大,其阻尼性能越强,阻尼比也就越大。对于混凝土而言,随着强度的提高,混凝土的密实度增大,弹性模量提高,因此内
8、部缺陷减小,其阻尼比必然降低。这与文献[4]通过试验研究结论相符。2.1.2配筋率对阻尼比的影响钢筋改变了混凝土内部的结构,引起构件阻尼性能的改变。当纵向配筋率为1%时,钢筋混凝土构件的阻尼比最大,随着配筋率的提高,阻尼比开始减小。文献[5]通过试验研究还得出如下结论:配箍率对构件的阻尼性能影响不大。2.1.3维护结构（砌体）对阻尼比的影响砌体是由砌块和砂浆组砌而成的结构,在荷载的作用下,结构的变形主要来源于砌筑砂浆,因此砌体结构的阻尼性能也决定于砂浆的阻尼性能,文献[7,8]分析
