减震技术

结构在地震中任意时刻的能量方程为：

输入能量=结构动能+结构势能+材料耗能+滞回耗能+阻尼器耗能

对于特定的地震作用，输入能量一定。震动停止后，结构势能和动能都为0。而材料耗能占比很小，一般5%左右。因此，当地震作用过后能量方程变为：

输入能量≈滞回耗能+阻尼器耗能

滞回耗能建立于结构构件损伤基础上，因此滞回耗能越多，结构损伤越大。传统结构由于没有“阻尼器耗能”一项，因此一般大震过后结构破坏严重。而减震建筑，由于阻尼器的存在，“滞回耗能”减小，进而减小了主体结构的破坏。

目前市场运用相对比较成熟的阻尼器产品包括以下几类：

一、粘滞阻尼器

粘滞阻尼器是一种以粘滞材料为阻尼介质的，被动速度型耗能减震装置。主要用于结构振动的能量吸收与耗散，适用于各种地震烈度区的建筑结构、设备基础工程等，安装、维护、更换都简单方便。

阻尼器一般由前耳环、防尘罩、活塞杆、缸筒、后耳环等部分组成，阻尼器内部填充有阻尼介质。

作为结构保护系统的一部分，粘滞流体阻尼器在结构相对运动过程中，提供反向粘滞阻尼力。粘滞阻尼器的阻尼力来自于结构内部的相互作用，包括：

1.阻尼介质与活塞之间的相互作用;

2.阻尼介质与油缸之间的相互作用;

3.介质之间的相互作用;

4.活塞杆与密封件之间的相互作用。

在阻尼器工作过程中，这些相互作用过程实现了机械能转换为热能并耗散掉。

粘滞阻尼器的主要安装方式

安装浇筑预埋件应严格按照图纸要求，避免偏移、保证标高和垂直度等，焊接平整，无裂纹夹渣，无漏焊、虚焊等问题出现。

产品优点：

1.粘滞阻尼器耗能效率高，达到90%，不增加结构刚度，不会改变结构的自振周期；

2.外形美观、结构紧凑、安装方便、便于维护更换；

3.低速运动阻力小，小震耗能效果好；

4.液压介质稳定、抗燃、耐老化，密封性好；

5.性能稳定，既可用于抗震，也可用于抗风。

二、屈曲约束耗能支撑

屈曲约束耗能支撑(BRB)是一种安装在建筑结构中，承载—消能双功能构件，平时起承载作用，地震时耗能。屈曲约束支撑一方面可以避免普通支撑拉压承载力差异的显著缺陷，另一方面具有金属阻尼器的耗能能力，在结构中扮演“保险丝”的角色，使得主体结构基本处于弹性范围内。其外观尺寸又可以比普通支撑更小，进而其连接节点就可以做的更加经济、美观，减少工程造价。

屈曲约束支撑一般由芯材、约束套管、无粘结隔离材料和填充材料组成。

约束耗能支撑结构体系既满足结构对侧向刚度的要求，又可避免普通支撑受压发生屈曲的缺点，既有良好的滞回耗能能力，用途广泛.其应用领域：高层建筑、体育场馆、航空港站，文卫设施、会展中心、工业厂房等。

产品优点：

1.延性性能好，达2%-5%，减少相邻结构受力；

2.连接方法简单，布置灵活，法兰连接，螺栓连接、焊接、销焊均可；

3.小震和中震时无需更换，大震视主体结构的破坏情况定。

三、金属屈服型阻尼器

金属屈服型阻尼器(亦称软钢阻尼器)，简称MYD。是采用特种金属材料(软钢)或合金为材料制作的一种易屈服、高耗能的结构防震(振)装置，主要利用特种软钢板材屈服后的非弹性特点来耗散地震等外部激励输入结构中的能量，属于位移相关型消能减震(振)装置。抗震(振)性能不受温度影响，是目前各类消能减震装置中较具经济效益的产品。其主要结构形式有：剪切型、弯曲型等。

剪切型软钢阻尼器

弯曲型软钢阻尼器

常用软钢核心材料

产品优点：

1.屈服位移小，小震下进入屈服状态耗能，且阻尼器本身具有一定刚度，同时为结构提供刚度和阻尼；

2.外形简洁，结构相对紧凑，安装方便，安装空间小；

3.力学性能稳定，抱证在大震设计位移下的滞回耗能能力，大震后易于更换；

4.防火功能优良，耐久性好，免维护。

四、摩擦阻尼器

摩擦阻尼器的发展始于20世纪70年代，经过几十年的发展，形成了多种形式，其原理是通过构件间的摩擦滑移消耗输入的能量，对于带有摩擦阻尼器的结构，在正常使用载荷作用下，摩擦阻尼器为结构提供附加刚度而本身不滑移，在中大震作用下，摩擦阻尼器通过产生滑移产生摩擦力，将建筑物的振动能量转化为热能，为结构提供附加阻尼，从而减少结构响应。

摩擦阻尼器主要包括中间钢板，两外侧钢板以及钢板之间的摩擦材料。

连接方式主要有：墙式连接、支撑式连接、连梁式连接

摩擦阻尼器的优点：

1、屈服位移小，滞回曲线基本是矩形的，性能稳定，减震效果明显；

2、循环耐久性好，大震也不会损坏，不需要后期维护；

3、力学模型简单，结构减震分析和设计简便易行；

4、结构简单，成本较低。

缺点：

紧固面受力不均匀、易松弛，束固力不稳定。

五、粘弹阻尼器

粘弹性阻尼器是一种对震动产生的加速度与位移进行全面控制的粘弹性阻尼器。在建筑结构层间变形时，固定在上下梁间的阻尼钢板中间所夹得粘弹性体产生剪应变，将建筑物的震动能量转换为热能，从而实现抑制建筑物震动的目的。

粘弹阻尼器的安装方式

优势与特点：

1.可同时用于地震和风震；

2.小变形即进入耗能状态，减震效果优于位移型阻尼器；

3.老化性能好，具有良好的耐久性。

缺点：

1.温度变化影响阻尼力大小；

2.单个阻尼力小。

六、调谐质量阻尼器

调谐质量阻尼器又叫动力吸振器，是结构被动控制措施的一种，主要用于抗风和人体舒适性，由主结构和附加在主结构上的子结构(TMD)组成，其中包括质量系统、刚度系统和阻尼系统等，具有质量、刚度、阻尼的综合特性。通过改变质量活刚度调整子结构的自振频率，使其接近主结构基本频率活激励频率，当主结构受激励而振动时，子结构就会产生一个与结构振动方向相反的惯性力作用在主结构上，使主结构的振动反应衰减并受到控制。

运用：

大跨度结构(桥梁、观众席、大型楼梯、体育场馆屋顶)以及细长建筑结构(烟囱、高层建筑)更容易被他们本身模态的高频振幅(如风、行进中活跳跃的行人)所激励。由于建筑物的大小及他们的低阻尼系统，因此低固有频率是这类型建筑物的典型特征。调谐质量阻尼器可以对这些建筑物及设施起到非常有效的减震效果。

产品特点：

1.双向定位装置，可以有效防止受到侧力出现的左右摇摆，甚至发生失控或倾覆现象；

2.调谐质量阻尼器调谐刚度可以根据需要适当调节，调节范围为设计刚度的±15%，提高控制效果；

3.结构紧凑合理，占用体积小，最小高度控制在500mm内，空间利用率低。