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鄭州中天建筑節(jié)能有限公司
消能器 阻尼器 減震器的分類描述
消能器又稱阻尼器，是一種建筑工程用減震裝置。依據(jù)其自身功能可分為兩類：速度有關(guān)型和位移有關(guān)型。速度有關(guān)型分為：液體黏滯消能器與黏彈性黏滯消能器；位移有關(guān)型分為：摩擦型消能器與金屬變形消能器。隨著研究深入和大量工程應(yīng)用推廣，消能減震技術(shù)得到了較快發(fā)展，相應(yīng)的適應(yīng)于消能減震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析理論和設(shè)計(jì)方法也得到了完善，并逐步進(jìn)入有關(guān)的設(shè)計(jì)指南、規(guī)程和規(guī)范中。
消能器又稱為阻尼器，其核心在于耗散能量，根據(jù)消能器工作原理的不同，主要有摩擦消能器、金屬屈服型消能器、粘彈性消能器和粘滯型消能器。調(diào)頻質(zhì)量和調(diào)頻液體等通過(guò)改變結(jié)構(gòu)頻率吸收能量的裝置也是一種消能器。此外,利用電/磁流變液體、壓電材料和電/磁致伸縮材料等智能材料可制成主動(dòng)控制和半主動(dòng)控制的變阻尼裝置。
減震優(yōu)越性
消能減震構(gòu)造系統(tǒng)與傳統(tǒng)構(gòu)造系統(tǒng)對(duì)比，具有如下優(yōu)越性：
（1）安全性
傳統(tǒng)抗震構(gòu)造系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是將主體構(gòu)造（梁、柱、墻）作為消能構(gòu)件。依照傳統(tǒng)抗震規(guī)劃辦法，容許構(gòu)造構(gòu)件在地震中呈現(xiàn)不一樣程度的損壞。因?yàn)榈卣鸬牟恍胁聹y(cè)性，構(gòu)造在地震中的損壞程度難以操控，特別是呈現(xiàn)超越設(shè)防烈度的強(qiáng)震時(shí)，構(gòu)造就更難以保證安全。
消能構(gòu)造因?yàn)樵O(shè)有非承重消能構(gòu)件，他們具有較大的耗能才能，在強(qiáng)震中首先耗能，耗費(fèi)輸入構(gòu)造的地震能量，衰減構(gòu)造的地震反響，維護(hù)主體構(gòu)造免遭損壞，然后保證構(gòu)造在強(qiáng)震中的安全性。
國(guó)內(nèi)外耗能減震構(gòu)造的振蕩臺(tái)實(shí)驗(yàn)標(biāo)明，消能減震構(gòu)造與傳統(tǒng)抗震構(gòu)造對(duì)比，地震反響削減40~60%。
（2）經(jīng)濟(jì)性
傳統(tǒng)抗震構(gòu)造系統(tǒng)采用“硬抗”地震的辦法，通過(guò)加強(qiáng)構(gòu)造、加大構(gòu)件斷面，加大配筋等路徑進(jìn)步構(gòu)造的抗震功能，使構(gòu)造的造價(jià)明顯進(jìn)步。
消能減震構(gòu)造系統(tǒng)是通過(guò)“柔性耗能”來(lái)削減構(gòu)造的地震反響，能夠減小構(gòu)件截面、削減構(gòu)件配筋，而其抗震功能反而進(jìn)步了。工程經(jīng)歷標(biāo)明，消能減震構(gòu)造系統(tǒng)與傳統(tǒng)抗震構(gòu)造系統(tǒng)對(duì)比，可節(jié)約造價(jià)5%~10%。若用于已有構(gòu)造的改造加固，可節(jié)約造價(jià)愈加可觀。 [1]
應(yīng)用背景
金屬消能器是消能器的一種常見類型，利用金屬屈曲吸收地震能量，由于其性能穩(wěn)定、成本較低且加工方便的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。
目前廣泛采用的金屬消能器主要有拉壓型、彎曲型和剪切型消能器。其中，剪切型消能器剛度大，控制側(cè)移方便，但其容易發(fā)生面外鼓曲，造成滯回環(huán)捏縮，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全截面屈服，且邊角處存在明顯的應(yīng)力集中，容易提前出現(xiàn)裂縫，大大削弱了消能器的疲勞壽命，影響消能器正常工作。此外，此消能器的耗能部件與固定部件主要采用焊接的方式，存在殘余應(yīng)力，而局部殘余應(yīng)力可能已使材料屈服，因而顯著影響著消能器的減震效果。
為了解決這種問(wèn)題，工程界提出了三種解決方法：
1.焊接加勁肋，該方法存在殘余應(yīng)力和變形；
2.開縫，該方法會(huì)切斷拉力場(chǎng)，從而削弱剛度；
3.另設(shè)裝置約束面外變形，該方法構(gòu)造復(fù)雜。 [2]
性能檢驗(yàn)
對(duì)黏滯流體消能器，由第三方進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，其數(shù)量為同一工程同一類型同一規(guī)格數(shù)量的20%，但不少于2個(gè)，檢測(cè)合格率為100%，檢測(cè)后的消能器可用于主體結(jié)構(gòu)；對(duì)其他類型消能器，抽檢數(shù)量為同一類型同一規(guī)格數(shù)量的3%，當(dāng)同一類型同一規(guī)格的消能器數(shù)量較少時(shí)，可以在同一類型消能器中抽檢總數(shù)量的3%，但不應(yīng)少于2個(gè)，檢測(cè)合格率為100%，檢測(cè)后的消能器不能用于主體結(jié)構(gòu)。
對(duì)速度相關(guān)型消能器，在消能器設(shè)計(jì)位移和設(shè)計(jì)速度幅值下，以結(jié)構(gòu)基本頻率往復(fù)循環(huán)30圈后，消能器的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)誤差和衰減量不應(yīng)超過(guò)15%；對(duì)位移相關(guān)型消能器，在消能器設(shè)計(jì)位移幅值下往復(fù)循環(huán)30圈后，消能器的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)誤差和衰減量不應(yīng)超過(guò)15%，且不應(yīng)有明顯的低周疲勞現(xiàn)象。 [3]
布置方法
根據(jù)不同類型消能減震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng),當(dāng)消能器最大出力相同、消能器總出力接近時(shí),減震效果由高到低,對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式依次為鋼框架、混凝土框架、框架剪力墻結(jié)構(gòu)和框架核心筒結(jié)構(gòu)。在框架結(jié)構(gòu)中摩擦消能器和非線性粘滯消能器減震效果優(yōu)于金屬消能器和線性粘滯消能器,其中摩擦消能器更有利于控制變形,非線性粘滯消能器更有利于控制地震力和構(gòu)件內(nèi)力；而在框架剪力墻和框架核心筒結(jié)構(gòu)中安裝粘滯消能器后,框架柱負(fù)擔(dān)小，減震效果較好。
隨地震強(qiáng)度減小,在多遇地震下,非線性粘滯消能器和摩擦消能器的減震效果提升,線性粘滯消能器減震效果不變,金屬消能器不屈服耗能相當(dāng)于不屈曲的鋼支撐。由不同地震波和地震強(qiáng)度下消能減震結(jié)構(gòu)與原無(wú)消能結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn),消能器發(fā)揮作用后,能夠有效減小不同地震波作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的離散性,縮小各樓層層間位移角和層剪力的差異,使結(jié)構(gòu)變形更加均勻。
多遇地震作用下消能減震結(jié)構(gòu)附加消能器計(jì)算及驗(yàn)算表明,規(guī)范方法和自由振動(dòng)衰減計(jì)算消能器附加阻尼比準(zhǔn)確性高。其中,自由振動(dòng)衰減法操作簡(jiǎn)單，物理概念明確,具有良好的工程實(shí)用價(jià)值。
使用逐層布置法布置消能器能夠獲得優(yōu)良的減震效果,使得結(jié)構(gòu)各樓層層間變形趨于均勻。隨消能器數(shù)量增加消能器減震效率降低,消能器超過(guò)一定數(shù)量后，增加消能器減震效果低下。 [4]
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