阻尼比ζ-广东工业大学.ppt

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第4章 结构隔震、消能和减震控制 传统的抗震设计方法 传统的抗震设计方法:“小震不坏,中震可修,大震不倒” 结构进入弹塑性状态 常规做法 加大构件截面,提高结构刚度 存在问题: 安全性问题 发生突发性的超过设防烈度地震 适应性问题 建筑物内部重要的设备、仪器、计算机网络、急救指挥系统、通讯系统、医院医疗设备对建筑物的抗震性能有更高要求 经济性问题 以“抗”为主,构件断面越大,结构刚度越大,地震作用也越大…. 建筑技术的发展要求 高强轻质材料的应用 4.1结构隔震、消能和减震控制总论 4.1.1 结构控制的减震机理 结构减震控制——通过改变或调整结构的动力特性或动力作用 在建筑结构的特定部位 装设某种装置(如隔震支座), 装设某种机构(如消能支撑、消能剪力墙、消能节点,消能器等) 装设某种子结构(如调频质量等) 施加外力(外部能量输入) 使结构的动力反应(加速度、速度、位移)明显减少,并得到合理的控制 确保结构本身及结构中的人、仪器、设备、装潢等的安全和处于正常的使用环境状态 一般结构的动力方程式: 4.1.2 结构控制度内容及分类 第一种分类 按技术方法分 第二种分类 按是否有外部能源输入分 第三种分类 按与结构频率相关性分 图4.1 结构减震控制按技术方法分类 图4.2 结构减震控制按是否有外部能源输入分类 图4.3结构减震控制按结构频率相关性分类 4.1.3 结构控制的特点和优越性 减震控制结构的地震反应与传统抗震结构的地震反应的比值大约为: 隔震结构 8%~50% 消能结构 40%~60% TMD被动控制结构 40%~60% 主动或半主动控制结构 10%~50% 表4.1 结构控制的特点及优越性 4.1.4结构减震控制的应用范围及技术成熟性 4.2 结构隔震 4.2.1结构隔震体系的基本特性 结构隔震体系——结构物底部(或某层间部位)设置隔震装置而形成的结构体系 1.承载特性 隔震装置 竖向承载能力 2.隔震特性 隔震装置 可变的水平刚度特性 强风或微小地震 具有足够的刚度 中强地震 变柔 3.复位特性 隔震装置 水平弹性恢复力 4.阻尼消能特性 隔震装置 足够的阻尼 4.2.2 结构隔震体系的减震机理 1.结构隔震动力分析模型 2.隔震结构加速度反应分析 结构体系动力微分方程式: 隔震结构体系的固有频率ωn、阻尼比ζ: 设地面的场地特征频率为ω,地面地震加速度反应为 ,由式(4.4)可求出 定义 为隔震结构“加速度反应 衰减比” 当已知: 隔震结构体系要求的“加速度反应衰减比”Ra 场地特征频率与隔震装置的固有频率之比 求得隔震层所要求的阻尼比 3.结构隔震减震分析 (1)当 时,Ra1 结构体系为隔震结构体系,结构的地震反应被衰减, 越大,Ra越小,减震效果越好; (2)当 时,Ra1 结构体系为传统抗震结构体系,结构的地震反应被放大; (3)当 时,Ra1 传统抗震结构与场地共振 一般场地的特征周期Tg=0.25~0.90s,特征频率ω=1.1~4.0Hz 一般的多层房屋,结构的自振周期Tn=0.2~1.2s, 自振频率ωn =0.8~5.0Hz 采用夹层橡胶隔震支座的隔震结构,能使结构的自振周期延长至Tn=2~5s, 自振频率ωn =0.2~0.5Hz,一般能满足 的要求。 4.2.3结构隔震的优越性及应用范围 1.结构隔震的优越性: (1)明显有效地减轻结构的地震反应 试验结果 强震记录 加速度1/2~1/12 (2)确保安全 上部结构层间位移小,加速度反应小,弹性状态 (3)房屋造价增加少 上部结构造价减小,隔震装置增加造价(5%),总造价增加不多,对高烈度地区总造价降低。 (4)抗震措施简单明了 主要是隔震层的设计 (5)震后无须修复 建筑物不损坏,只要检查隔震装置 (6)上部结构的建筑设计限制较小 超高砌体房屋,大开间灵活单元多层住宅房屋,不规则建筑结构物 2.结构隔震的工程应用 隔震与消能减

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