消能減震技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

張?jiān)鰪?qiáng) 楊萍

摘 要 目前地震災(zāi)害仍然是首要解決的問(wèn)題，當(dāng)今推廣的消能減震技術(shù)已發(fā)揮重要作用，本文對(duì)減震技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明和總結(jié)，以及應(yīng)用狀況。消能減震結(jié)構(gòu)已得到較好的應(yīng)用，但對(duì)于其位置優(yōu)化和在罕見地震下的應(yīng)用還在進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞 消能減震 地震 優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TU352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

當(dāng)今世界，地震仍然是破壞力強(qiáng)、范圍廣的自然災(zāi)害，地震發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的房屋倒塌，人員傷亡，給社會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而傳統(tǒng)的抗震方式就是在建筑結(jié)構(gòu)中人為設(shè)置薄弱環(huán)節(jié)，在地震發(fā)生時(shí)使其吸收地震能量按照設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)使次要部位發(fā)生破壞，而保護(hù)結(jié)構(gòu)的主體部位不發(fā)生倒塌。雖然使建筑物在大震中免于倒塌，極大的保障了人民的生命安全，但是難以有效控制結(jié)構(gòu)的破壞程度和經(jīng)濟(jì)損失。近年來(lái)提出的消能減震方案，與傳統(tǒng)的方案相比減震結(jié)構(gòu)更加安全。

1消能減震概況

消能減震結(jié)構(gòu)中附加的耗能元件為消能器，而附加消能器耗能機(jī)理不同，則將其分為速度相關(guān)型和位移相關(guān)型阻尼器兩大類消能器，黏滯阻尼器是根據(jù)黏性液體在活塞中或平板中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生黏滯阻力制成的無(wú)剛度、速度相關(guān)型阻尼器。這種阻尼器在較寬的頻率范圍內(nèi)都表現(xiàn)出穩(wěn)定的阻尼特性，而且對(duì)環(huán)境溫度的不敏感性及良好的耐久性等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)消能減震項(xiàng)目中，黏彈性阻尼器是由黏彈性材料和鋼板硫化而成的，通過(guò)黏彈性材料的剪切或拉壓來(lái)耗散能量的被動(dòng)減震裝置。

2消能減震技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

隨著消能減震技術(shù)的快速發(fā)展，特別是消能減震技術(shù)的出現(xiàn)，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)不再受到場(chǎng)地地震烈度的限制，應(yīng)用地區(qū)和范圍也越來(lái)越廣。特別是粘滯阻尼器的研究，減震層布置位置和布置形式的研究。

減震加固技術(shù)研究在國(guó)外在消能減震方面起步較早，Taylor公司最先研究黏滯阻尼器，并將其推廣使用。美國(guó)和日本起步較早，其次是加拿大。對(duì)粘彈性阻尼器國(guó)外學(xué)者做了大量的理論和試驗(yàn)研究，我國(guó)在這方面的研究起步相對(duì)較晚，隨著研究的深入，在實(shí)際工程中的應(yīng)用也逐漸增多。

葉正強(qiáng)等在2001年總結(jié)分析了多類型的黏滯阻尼器及其相應(yīng)的耗能機(jī)理。而后開發(fā)了雙出桿黏滯阻尼器。黏滯阻尼器本身沒(méi)有剛度，在耗能的同時(shí)只能提供附加阻尼。林紹明于2013年利用有限元分析軟件，用非線性時(shí)程分析計(jì)算了設(shè)有黏滯減震層的高層建筑結(jié)構(gòu)。其研究表明：在結(jié)構(gòu)中設(shè)置一減震層，布置在中部時(shí)，結(jié)構(gòu)的頂層位移降低較為明顯，若在上層，底層剪力則降低明顯。燕樂(lè)緯等人提出了基于遺傳算法關(guān)于黏滯阻尼器在高層結(jié)構(gòu)布置方法，但這種方法只是適用于多發(fā)地震并沒(méi)有在罕遇地震或者近場(chǎng)脈沖地震下的。對(duì)于阻尼器布置只考慮了層間位移的影響，而沒(méi)有列舉其他因素如層間剪力的影響來(lái)優(yōu)化布置。黏滯阻尼器優(yōu)化目標(biāo)主要集中在通過(guò)優(yōu)化減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)，并沒(méi)有考慮長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。新西蘭的 A.M. Puthanpurayil 等則提出了一種復(fù)合目標(biāo)優(yōu)化方法，該方法同時(shí)考慮了初始成本與總體預(yù)期損失。

國(guó)內(nèi)具有代表性消能減震應(yīng)用實(shí)例，江蘇省的百年財(cái)富中心其中采用的是筒式黏滯消能器如北京飯店、北京火車站、北京展覽館等。這些工程實(shí)例可以得出，消能減震器的結(jié)構(gòu)形式靈活、損傷部位可控、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)都有較大的潛力，而減震結(jié)構(gòu)的布置可以直接影響到減震結(jié)構(gòu)的抗震能力。針對(duì)粘彈性阻尼器的理論和數(shù)值分析方面的研究較少，且?guī)缀鯖](méi)有涉及到減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期如何設(shè)定阻尼器布置方式以及投放量的棘手問(wèn)題。

3結(jié)語(yǔ)

雖然目前消能減震技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，但仍有許多問(wèn)題需要討論和研究： 同時(shí)如何針對(duì)結(jié)構(gòu)類型合理選擇阻尼器類型、阻尼器參數(shù)、阻尼器布置位置以實(shí)現(xiàn)震效果優(yōu)化還需更多更深入的探討。在關(guān)于黏滯阻尼器的減震性能方面需要設(shè)置性能目標(biāo)和目標(biāo)水準(zhǔn)，評(píng)價(jià)阻尼器的減震性能。對(duì)黏滯阻尼器和黏彈性阻尼器的組合優(yōu)化位置也需要進(jìn)行探討和研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 張紅，左婭菲.地震災(zāi)害對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響及對(duì)策研究[J].對(duì)策與戰(zhàn)略2015（02）：145-146.

[2] 葉正強(qiáng)，李愛群，程文鑲，等.采用黏滯流體阻尼器的工程結(jié)構(gòu)減振設(shè)計(jì)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2001（04）：61-66.

[3] 林紹明，周云，鄧雪松.帶黏滯減震層高層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析[J].土木工程學(xué) 報(bào)，2013，10（46）：71-81.

[4] 燕樂(lè)緯，陳洋洋，周云.基于數(shù)字序列編碼遺傳算法的高層結(jié)構(gòu)黏滯阻尼器優(yōu)化布置[J].振動(dòng)與沖擊，2015，34（03）：101-107.

[5] Puthanpurayil，A.M&O.Lavan.;&R.P.Dhakal; .Multi-objective loss optimization of seismic retrofitting of moment resisting frames using viscous dampers[C].16th World Conference on Earthquake Engineering.Santiago，1321.