当前世界环境

介绍

在地震结构升级中，由地震引起的横向力减少之一是使用阻尼器。在地震期间，对结构施加高能。这种能量以两种类型的动力学和电位（应变）应用于结构，并且它被吸收或摊销。如果结构没有阻尼，它的振动将是连续的，但由于材料阻尼，振动减小。以下等式中提出了由地震引起的输入能量：

E = E_K.+ E_S.+ E_N+ E_D.…(1)

式中，E为地震输入能量，E_K.是动能，e_S.弹性范围和E中是可逆应变能量_H是由于非弹性变形和E_D.是附加阻尼器的平摊能量。在隔震系统中，利用消能系统，给自己分配一个特殊的位置。阻尼增加可以通过使用各种方法，如软金属的流动，两个金属相互摩擦和活塞运动内的黏性物质或粘弹性材料，如橡胶类物质。

阻尼对结构响应的影响

阻尼增大减小了结构响应(加速度和位移)，低频时(接近于零)阻尼效应对谱量没有影响，高频时对响应加速度影响较小。图1和图2显示了在频率为0.3到2.5秒时阻尼增加的最大效果。

图1阻尼对加速度响应谱[2]的影响 点击这里查看图形

图2:阻尼对位移响应谱[2]的影响 点击这里查看图形

类型的阻尼器

阻尼器按其摩擦性能、金属(流动)性能、粘滞性、粘弹性等进行分类;形状记忆合金和质量阻尼器。在使用阻尼器的优点中，我们可以推断出高的能量吸收，易于安装和更换，以及与其他结构构件的协调。．

摩擦阻尼器

在这种类型的阻尼器中，地震能量用于克服接触表面的摩擦。这些阻尼器的其他特性可以归类为避免服务负载中的疲劳(由于在负载下的非主动阻尼器)，以及它们的性能独立于加载速度和环境温度。这些减震器与支撑平行安装(期刊，2006)．

图3:采用摩擦阻尼器对结构承载力曲线的影响 点击这里查看图形

在图4中，旋转摩擦阻尼器显示。由于非常简单的行为和易于安装和制作，这种类型的阻尼器被转换为一种最常见的摩擦阻尼器类型。(警告,2004)

图4：你在改造中唱歌旋转摩擦阻尼器[5] 点击这里查看图形

PVD阻尼器

它是另一种类型的摩擦阻尼器，由于易于安装，是在结构中使用最广泛的阻尼器之一(Warn,2004)。PVD阻尼器可用于为柔性结构(如弯曲钢框架)创造必要的阻尼，或为结构的相对刚度提供有效的阻尼(Naeim,1995)。PVD阻尼器的设计适用于位移能产生必要阻尼的地方，如安装金属骨架支撑或混凝土弯矩框架。

图5:T.安装PVD阻尼器的地方 点击这里查看图形

第一个建筑是由伊朗设计师设计的，采用罗宾逊公司的PVD阻尼器，它是一个私人业主的建筑，面积为164/5平方米，将建在6层。这座建筑位于雷伊。建筑面积约112平方米。而它的主要骨架是钢型和螺钉螺母型。在这栋建筑中，这种改造新技术被用于抗震系统。PVD阻尼器的数量是12个100 KN的阻尼器。另一个高层建筑设计在德黑兰北部，罗宾逊公司的19个阻尼器为350、600、850千KN PVD，目前正在订购阶段。

图6:对鲁宾逊公司PVD阻尼器的研究 点击这里查看图形

在设备和相关的阻尼器上，如铅橡胶轴承和铅阻尼器，被用作最好的和最成功的保护设备对不同的结构抗震。它们是由新西兰DSIR物理和工程实验室的Rabinson公司发明的。在过去的30年里，它们被广泛用作最好的阻尼器。PVD阻尼器是基于铅橡胶轴承等铅塑性变形而设计的。对于橡胶铅轴承，铅所产生的阻尼力小于与橡胶相关的弹性力，而对于PVD，铅所产生的阻尼力远大于橡胶弹性力。目前，PVd在许多桥梁、塔、建筑物上都被用作有效的阻尼器。PVD阻尼器的优点包括(Hwang et al.，1994):

1. PVD阻尼器在低排量时效果显著。例如，一个1MN PVd阻尼器可以有效地作用于0.5 mm到5 mm的位移。
2. PVD阻尼器不需要维护，没有任何润滑或绕线部件。
3. PVD阻尼器的性能类似于金属阻尼器。

有阻尼器设备，使用引线，它们在全球中安装了数千不同的结构。但是，由于传统系统，长时间的长期保护具有不同意义的高升高结构是不可能的，否则是不经济的[8]。拉比森公司发明了PVD阻尼器作为解决方案。它可以减少短期和长期的结构。该阻尼器可用于阻尼在高层结构中的小波动和风。此外，我们可以减少由地震造成的更换。PVD是一个阻尼器可以在小到+/- 50微米的小替代品中创造大量的滞后阻尼。通过在结构中分配PVD阻尼器，我们可以增加尺寸结构阻尼。该阻尼器适合保护具有多种不同时期的结构波动。最后，它为结构产生了高度阻尼。 Practical design range for a PVD sample with a capacity of 200 KN based on obtained results include that it is in the range of +-50 micrometer to +-10mm. greater displacement need a larger type but its sensitivity will decrease.

棺罩摩擦阻尼器

摩擦阻尼器的另一种类型是Pall摩擦阻尼器。(图1-2-1-2)。这个阻尼器包括一个支撑和一些带有摩擦螺钉的钢板。它们应该安装在支撑的中间。钢板通过高强度螺栓相互连接，它们通过一定的力相互滑动。

图7:使用Pall摩擦阻尼器[12]。 点击这里查看图形

图8:采用Pall摩擦阻尼器对[12]进行改造 点击这里查看图形

金属阻尼器(提交)

在这种阻尼器中，传递给结构的能量消耗在阻尼器中使用的单元的屈服和非线性行为。在这些阻尼器中，金属非弹性变形被用于如可成形金属如钢和铅的能量耗散。在所有的常规结构中，能量消耗都是基于钢构件屈服后的变形。

图9:金属阻尼器的样品 点击这里查看图形

在支架中，使用屈服金属阻尼器是比较常见的。这些阻尼器通常是由一些平行的钢板创造的。并与支撑系统结合，承担吸收和能量耗散的作用。支撑的这一部分可以作为结构的导火索。通过关注非线性行为，防止其他主要和次要结构部件的非线性行为和损伤。

图10:使用提交的效果结构上的金属阻尼器容量曲线[13] 点击这里查看图形

x形金属阻尼器具有显著的性能。这种类型的阻尼器的独特特点是大量屈服于钢体积，提供滞回阻尼和非凡的能量耗散。这些阻尼器除了提供阻尼外，还具有较高的横向刚度。因此，它们被命名为附加阻尼和刚度(ADAS)。

图11:X-ADAS阻尼器 点击这里查看图形

图12:T-ADAS阻尼器 点击这里查看图形

这些减震器安装在顶部人字形跟踪和地板梁之间。通过良好的连接，这些阻尼器可以安装在混凝土框架中。

铅注入阻尼器(LED)

该减振器由双腔气缸、活塞和内引活塞组成。在地震过程中，由于活塞的运动，铅从大室流向小室。在塑性变形时，动能作为热量被浪费掉了。在图1-1-2-3中，显示了铅阻尼器喷射的纵断面(Saiidi et al.，1999)。

图13:铅阻尼器[12]纵断面 点击这里查看图形

形状记忆合金(SMA

形状记忆合金(SMA)是由下列金属制成的:

1. 它们的柔韧性与橡胶片的柔韧性非常相似。
2. 经过多次变形后，它们可以通过加热恢复到原始状态。

镍和钛合金除了具有这些性能外，还具有良好的耐腐蚀性能。

图14:修复St.francis的屋顶 (意大利)SMA阻尼器 点击这里查看图形

粘滞阻尼器

在这个阻尼器中，通过使用缸内的粘性流体，能量被耗散。由于易于安装，适应性和与其他成员的协调也不同的尺寸，粘性阻尼器在设计和改造中有许多应用。

图15：粘性阻尼器的观点 点击这里查看图形

图16:[14]型粘滞阻尼器系统详细介绍 点击这里查看图形

这种类型的阻尼器通过三种方式与结构连接:

• 减震器安装在地板或基础上(采用隔震方法)
• 连接硬心包支架中的阻尼器
• 阻尼器安装在斜撑上。
  

图17:安装粘性阻尼器 结构中的楼板和基础 点击这里查看图形

在连接楼板或结构基础上的阻尼器时，我们可以使用阻尼器和隔震器的组合。

图18:使用粘滞阻尼器 在严密的心包支架里 点击这里查看图形

质量阻尼器

块状物放在用作辊的支点上。它允许以质量作为转移到地板的转移横向运动。弹簧和阻尼器被放置在质量和锚固构件之间到地板和框架之间，并且它们相对于“相反相”相对放置，并且有时是相邻的垂直。并且这些锚固构件透射结构横向力。双向传输阻尼器在两个垂直方向上作为弹簧阻尼器制成。它们提供了控制两个垂直结构的结构运动。在地震期间，使用ISMICIC隔离器隔离强力地运动的结构。与其隔离通常在基础上进行的建筑物不同，这种分离是在桥梁的结构和下方的侧面之间施加。这是由于顶部的高惯性力（包括甲板重量）也很容易使用。地震隔离的主要目的是降低结构振动的基础频率，并将其达到比具有主要地震能量的频率的较低值。换句话说，地震隔离增加了结构振动周期和桥梁，并从含有地震主能的时段距离。 So, the input energy to base caused by earthquake is reduced with seismic isolation. Another advantage of seismic isolation is to provide a tool to waste energy. So, inputted energy to structure get wasted in small points and by a controlled manner. Thus, destruction and damaging in particular and few concentrated points will be exist and it will be possible to replace these parts after the earthquake. In general, seismic isolation design lead to reduce the structures responses reduction which are in earthquake conditions (Ryan et al.,2004)．

• 增加的主要时期
• 增加相对阻尼(能量耗散)

桥上的隔离目标与建筑物是完全不同的。在建筑中，为了减少施加在上部的能量并减少压力，隔离器被安装在结构单元中。但在另一座桥上，隔震器被安装在隔震器(背包和底座)下，以减少传递的能量，并将上部甲板(甲板)转移到下部结构(背包和底座)。

图19:[15]建筑中的质量阻尼器模型 点击这里查看图形

铅橡胶阻尼器LRM和橡胶阻尼器HDRB

我们在桥梁设计中使用隔震器是为了达到最大的能量吸收(相对于隔震结构的周期)。所以我们应该使用高阻尼的隔离器。从这个角度来看，LRB隔震器具有30%的固有特性(与振动频率、温度和环境条件无关)。

图20:利用LRB阻尼器对结构进行改造 点击这里查看图形

图21:在Ray-Iran中使用HDRB阻尼器 点击这里查看图形

对于桥梁设计来说，由于运动限制，增加交替期的效果在大多数工程中都很低，但桥梁中的阻尼效应高于建筑工程。

因为在进行稳定性测试之前，隔震器是放置长期载荷和热条件的，其抵抗力也比开采力大得多。隔振器的屈曲稳定性在这些力的作用下得到控制。因此设计原则是重力荷载和侧向地震荷载。因此，桥梁选择阻尼30%的LRB和阻尼不超过10%的HDRB时，阻尼增加是主要因素。1982年，马来西亚的英国公司制造研究所开发了一种天然橡胶化合物。固有阻尼是如此之多，没有必要使用额外的阻尼器，大约10%。这种橡胶化合物的阻尼是通过添加超细碳块、油或树脂和其他特殊填料来获得的。阻尼可达10 ~ 20%，剪切应变相当于100%。其下限10%与低刚度阻尼有关(硬度等于50 ~ 55，硬度决定论)。当剪切模型为0.34 MPa (PSI 50)时，其上部单元涉及高刚度系统(刚度约为70-75)，上部剪切模型约为1.4 MPa (PSI 200)。 The vulcanized methods, pasting and construction of isolators are nor changed and is the same as before. The resulting material in shear strain is less than 20 non-linear and its feature is higher stiffness and damping ( in more strain). And it can minimize response time under load and extremely low seismic loading. In the field of shear strain between 20 to 10 percent, the percent of shear module amount is low and constant. In high strain, due to the strain crystallization process in rubber along with increasing energy dissipation (capacity), and this module value is increased. These stiffness and damping increasing can be used at high strains to system production. And they are hard for small loads (input) and for inputs in design range are linear and flexible. And under unanticipated input levels which are more than design values, they limit displacement. Damping is not vascular isolators nor waste, but it is something between this two things. In a highly viscous linear element, the depreciate energy is proportional to the fourth power of displacement and it is changed in a waste system (Hysterical) as a linear displacement.Experiments carried out on a number of different rubber isolators are on EERC. And depreciate energy is proportional to displacement with 1.5 power. This feature can use to modeling session response which include linear viscous elements and elements of rubber-plastic (elastic-inelastic) elements. Another inherent advantages of HDRB systems is that they cause some reduction in environment vibration. These isolators are created as a filter for high frequency vertical vibrations in traffics with lateral underground railway lines, this effect is shown in a shaking table tests in EERC in 1985. Lead-rubber seismic isolators are like to rubber sessions with low damping but they have a lead core. And a hole is located in their center. Lead has a high initial shear stiffness and low shear flow and they have full elasto plastic behavior and non-fatigue appropriate characteristics in plastic cycle. These lead characteristics lead to this issue the lead-rubber seismic isolators have a high horizontal stiffness against service loads and high energy waste against string seismic loads. And these are on high energy waste and service loads against string seismic loads. Lead cores deformed in shear stress about 10 MPa and this is a physical deformation and cause two linearity response in session. This isolators plates one of the rubber and steel. Steel pages play a role in bearing vertical loads of service and horizontal loads. In vertical service loads, steel plates prevent rubber lateral expansion. And session vertical stiffness can increase significantly, while they have no effect on session horizontal stiffness which are controlled by low shear modulus elastomer. In seismic horizontal loads, steel plates deformed lead core in cutting. The effect of LBR seismic effect on leak length and width displacement and applied forces to basis and energy absorbance and increasing the isolator period is dependent to displacement. Due to the displacing limitation in the longitudinal direction of deck (lack of collision of deck to backpacks during an earthquake), the amount of optimizing energy absorbance by LRB against the performance of its period increasing is the main issue in designing LRB elements designing. Since that the effective part to the performance of LRB energy absorbance is its lead core and it effective part to increasing period is time of structure to height ratio to LRB width. (Ryan et al.,2004)

比较LRB和HDRB(Ryan et al.，2004):

1. LRB的阻尼为30%，而HDRB的阻尼在10%到15%之间。
2. 在启动LRB运动时，由于第一个引线应该从刚性阶段流动到流动阶段，它比HDRB有更大的时间延迟。
3. HDRB价格低于LRB价格。
4. 由于初始超前刚度，HDRB比LRB具有较低的抗地震和抗风运动。
5. HDRB对环境振动的敏感性比LRB更多。
6. LRB的抗震性能优于HDRB。

为了充分利用LRB和HDRB的优点，在新西兰、美国和日本的桥梁中应用LRB和HDRB，进行了这项工作。在新西兰，只有35座桥使用了LRB，而没有使用HDRB。在美国的90座桥中，使用了LRB只有2座桥使用了HDRB。在日本的27座桥中使用了LRB, 7座桥中使用了HDRB。但需要注意的是，在这3个国家的建筑中，LRB相对于HDRB的距离远远大于HDRB。他们只对坦克使用HDRB。

LRB和HDRB阻尼器抗破坏

在角柱中，地震垂直单元或水平力所获得的耦合可能产生破坏力，因此已知的隔震器制造公司为解决隔震器的破坏问题，在隔震器内采用层压橡胶端钢板。它们用螺栓将底板与隔离器内的端板连接。在安装隔震器时，通过抑制螺栓将柱盖板与隔震器子结构和隔震器上部结构连接起来。在柱发生破坏时，隔震器是上部结构和下部结构的完整因素。在采用LRB或HDRB时，采用新西兰著名公司Holmez发明的张力系统来处理较高的抬升。

图22:HDRB阻尼器的安装处理抬升 点击这里查看图形

监管质量阻尼器TMD [14]

TMD是一种被动阻尼器它在20世纪70年代在美国和90年代在日本被发明用来处理风和在结构中产生的地震比如产生的跺脚和振荡人们用它来应对小地震。然后，在日本，主动+TMD系统，如SATMD, HMD AMD, APTMD被考虑用于强地震。

图23：系统基础和TMA的位置[14] 点击这里查看图形

被动地震控制系统

人们在移动火车时或者他们站在公共汽车上，试着通过脚跟依赖脊柱和腹部肌肉来保持平衡。以相同的方式或通过提供相同的结构特征，结构可以在地震时阻尼振动。该系统包括可移动质量，该可移动质量被设置为弹簧，并且它被添加到阻尼部件。并且通过依赖于滞后的频率，它增加了第一结构中的阻尼。并通过将TMD连接到结构，结构地震能量转移到TMD阻尼器中的TMD及其能量贬值（Jangid，2004）。结果，它用于降低结构动态响应。被动控制系统不需要T0电源以提供外部电源。无源控制部件在响应中的反应取决于地震期间的结构运动。在结构被动控制系统中，包括被动部件的能量不能通过被动控制部件（Saiidi，1999）增加其稳定性。被动组件方法强烈依赖于确切的设置，并且必须特别设计每个结构，因为它们无法调整结构变化和可用参数的变化。 And for all conditions, required loads are not optimized. As a result, passive systems can be effective only for violation cases that are designed or adapted, accurately(Jangid,2004).

图24:TMD自适应被动阻尼器 点击这里查看图形

主动地震控制系统(主动)

与无源控制系统相比，有效地控制了主动控制系统结构响应，有效地受到2个因素，

1. 通过特殊数量的输出功率或所需的能量。
2. 决策过程基于测量的实时和涉及的数据。

在这方面，主动控制包括一项广泛的技术。在工程控制方面，主动控制系统由4个相互连接的部件组成，包括:

结构、传感器、计算机控制、控制器和驱动器，每一个都作为横向系统工作。它们是集成的一个系统的输出是另一个系统的输入是一个反馈控制系统。因此，主动系统的优先级被广泛使用由于力量控制它们是由真实的刺激和结构行为产生的。在有源系统中，当输出激励被认为是一个输出时。它被称为开环系统。当用结构响应作为输入时，我们称之为闭环系统。当同时使用激励和响应时，系统称为开闭控制系统(Hwang et al,2007)。

混合半主动系统

混合控制系统的术语是用来混合使用的主动和被动控制系统。半主动系统是从主动控制系统中提取出来的。在这种情况下，所需的输出能量低于主动控制系统。而且只有电脉冲的生产商提供控制系统。半主动控制组件不向结构系统(包括结构控制和刺激控制)添加机械附加能量，保证了输入输出连接的稳定性。半主动控制组件通常可以看作是被动控制组件。特别是基于反馈输出传感器的内部机制产生了更多的阻力或贬值力。所以最优的有源和无源系统的组合能力或对所需部件的减少较少而由于功率较低，具有较高的控制能力。半主动系统是主动和混合系统的一个有吸引力的替代方案。

图25:你在迪拜塔中唱一个TMD阻尼器 点击这里查看图形

2002年在日本的2002年130米DT TowerN(Ryan et al ., 2004)

这座建筑有27层，在第三层，它成为了一个地震隔离器。隔震是预防地震激励的有效方法。但它们对灵自然期逆风有相反的效果。所以设计了隔震器，在强风时，它们是机械固定的。另一方面，由于结构主体为金属结构，在大风作用下的振动足以破坏上层结构，因此采用了2个TMD和2个冰储罐，各270吨，以提高结构对大风中断原因的响应。

图26:130米日本DT塔 点击这里查看图形

塔菲大厦101层(Ryan et al.，2004)

在这个塔内，台湾的塔华环球金融中心是全球最大和最重的调节阻尼器(TMD)。它们就像一个巨大的钟摆，一个巨大的钢芯在每一个建筑运动的前后缓慢移动。这是一项工程壮举，能够限制500米以上的高层建筑的振动。直径5.5米、重量728吨的钢芯由8根钢缆悬挂在塔顶层。88层到92层之间都能看到。它是世界上最高的建筑之一，位于离主断裂带约200米的地方，风和地震是该建筑面临的严重问题。事实上，在泗山地震期间，游客甚至可以用这个TMD拍照。在这个101层的塔楼中，这个钢核心能够承受每个方向1.5米的移动。它们将振动范围降低了30%到40%。

图27：泰弗的101- serrey塔 点击这里查看图形

参考

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