8.1隔震和消能减震结构设计概述在线视频

大家好

本节主要介绍隔震和消能减震结构设计概述

主要包括减震控制的分类

和隔震以及减震结构设计的一般规定

首先来看减震控制分类

对于传统的抗震结构

其抗震设防目标为小震不坏

中震可修

大震不倒

这就要求结构具有一定的

承载力和变形能力

从而来抵抗地震作用

吸收地震能量

因此在强烈地震中必将造成结构构件、内部装饰、装修以及设备的破坏

从而造成巨大的

经济损失

因此

传统的抗震结构具有一定的局限性

而对于结构减震控制是对结构施加控制系统或者是控制装置

由控制装置与结构共同承受地震作用

消耗地震能量

从而减轻结构的地震反应

保护结构

构件

内部设施等

那么对于减震控制

大概分这样的几类

第一

被动控制

它不需要外部能源的输入提供控制力

控制过程不依赖于结构的反应和外界干扰信息的控制方法

如基础隔震、消能减震、吸能减震等

被动控制一般是在结构的某些部位附加耗能装置或子结构系统

或者是对结构自身的某些构件做构造上的处理

以改变结构体系的动力特性

比如说改变它的自振周期

改变它的阻尼等等

具体我们来看一下

a 图是基础隔震

它是在上部结构和基础之间做了隔震层

隔震层包括隔震支座、阻尼器等，隔震层的水平刚度比较小

但是具有比较大的阻尼

因此延长了结构的自振周期

通过阻尼消耗地震能量

通过延长

结构的自振周期来减小结构的地震反应

第二个图是消能减震

它是在结构中增加了一些耗能装置

比如说阻尼器、支撑等等

在地震的时候通过这些耗能装置来

消耗地震能量

从而保护主体结构

第三个图是吸能减震

比如说利用我们建筑物常见的水箱来做吸能减震

由于水箱里面的水具有一定的惯性

所以说对结构施加反向的作用力来控制结构的地震反应

这些都不需要外部能源的输入

所以说属于这种被动控制

第二类是主动控制，它需要外部能源输入

提供控制力

控制的过程依赖于结构的反应或者是外部干扰信息的控制方法

主动控制系统由传感器、运算器和施力作动器三部分来组成

比如说这个图我们在结构上布置一些加速度传感器

当地震发生时

通过加速度传感器监测结构的地震反应

输入计算机之后

通过相应的控制算法计算出来

对于结构需要施加的作用力

通过作动器对结构施加作用力来控制结构的反应

当然这个需要要求

一个是我们的控制算法

要非常的迅速

当然在目前肯定是可以实现的

主要困难在于对于作动器施加在结构上的作用力

这个

由于结构的体量是很大的

所以说需要的作动力是非常大的

那么这个能不能短时间内快速的实现对结构的反作用力的施加

这是目前的一个关键的问题

三、半主动控制：不需要外部能源输入

直接提供控制力

控制过程依赖于结构反应信息

或外界干扰信息的控制方法

半主动控制以被动控制为基础

利用控制机构来主动调节系统内部参数

对被动控制系统的工作状态进行切换

使结构处于最优状态

它不需要外部能源

所以说这个控制力的施加相对来说会容易实现一些，它的控制过程也是要根据结构的反应

来进行计算，来调整被动控制系统的参数

来对结构施加控制力

目前来说半主动控制

相对来说还容易实现一些

第四

混合控制是主动控制和被动控制的联合应用

使其协调起来

共同工作

这种控制系统充分利用了被动控制和主动控制各自的优点

既可以通过被动控制系统大量耗散振动能量

又可以利用主动控制来保证控制效果

比如像这个图

我们在结构下部做了隔震层

这属于被动控制

然后在结构上仍然布置加速度传感器

监测结构的加速度反应

然后

通过控制算法计算出来作动器需要施加的作用力

通过作用力的施加来控制结构的反应

通过

做了被动控制系统之后

输入的反应已经被控制了一部分

减小了一部分

所以说在这个时候

所需要施加的控制力相对来说就会比较小

所以说更容易实现一些

这就是混合控制

第二

隔震与消能减震结构设计的一般规定

隔震结构设计是在房屋基础底部或者是下部结构与上部结构之间

设置由橡胶隔震支座

和阻尼装置等部件组成的具有整体复位功能的隔震层

以延长整个结构体系的自振周期

减少

输入上部结构的水平

地震作用，达到预期防震效果

那么根据这个要求

可以看到它既可以做基础隔震

也可以做

层间隔震

那么基础隔震就是在基础和上部结构之间（设置隔震层）

层间隔震就是在下部结构与上部结构之间设置隔震层

对于隔震层

我们国家规范目前要求采用的是橡胶隔震支座和阻尼装置来组成的

当然隔震支座还有滑板支座等等

但是对于目前我们国家规范要求主要还是由橡胶隔震支座

来组成

那么对于隔震层设置之后

由于隔震层的水平刚度很小

所以说延长了结构的自振周期

减少了输入到上部结构的水平地震作用

也就是做隔震设计

它主要减小的是水平地震作用的输入

而对竖向地震作用

目前还没有达到很好的隔震效果

消能减震结构设计是在房屋结构中设置阻尼器

通过阻尼器的相对变形

和相对速度提供附加阻尼

以消耗输入结构的地震能量

达到预期防震减震要求，消能减震设计

就是在结构中设置一些阻尼器

通过阻尼器增大结构的阻尼

从而消耗输入到结构的地震能量

达到减震的效果

首先来看适用范围

隔震与消能减震结构适用于对抗震安全性和使用功能要求较高的

或者是有专门要求的建筑

比如说城市的生命线工程及重要建筑

如核电站、医院、消防、电力、通信

还有救灾指挥中心、机场航站楼等这些重要建筑都可以采用

隔震和消能减震结构，以及各类一般的工业与民用建筑

这是对于新建工程

与此同时

隔震与消能减震结构

还可以用于旧有建筑物的抗震加固

比如说对于一些历史性建筑物

我们对它进行加固改造的时候

就可以采用

隔震或者是消能减震来进行设计

第二

抗震设防目标：采用隔震或消能减震设计的建筑

当遭遇到本地区的多遇地震、设防地震和罕遇地震影响时

可按高于规范规定的基本设防目标来进行设计

我们的基本设防目标

是三水准设防

那么采用了隔震和消能减震设计

由于它们能够提供良好的结构的抗震性能

所以说可以提高它的

设防目标

比如说对于隔震建筑

我们可以要求中震不坏

大震可修，极大震不倒

从而提高我们结构的抗震性能

第三

隔震装置和消能部件的设计要求

首先对于隔震装置和消能部件的性能参数

经试验确定

比如说对于橡胶支座

它的水平刚度

它的阻尼比需要进行试验来确定，阻尼器

它的阻尼也需要根据试验来确定

第二

隔震装置和消能部件的设置部位

应采取便于检查和替换的措施

这主要是由于比如说橡胶支座或者是阻尼器

在经历一次地震之后

可能会出现若干的问题

所以说要便于检查和替换

第三

设计文件上应注明对隔震装置和消能部件的性能参数的要求

安装前应按规定进行检测

确保性能符合要求

比如说对于隔震支座水平刚度要求达到多少

阻尼器阻尼比要求达到多少

都要进行一个说明

另外一个运到现场之后还要进行检测

看看是否达到（设计）要求

这是对于隔震装置和消能部件的一些基本要求

好

本节内容结束

谢谢大家