建筑结构的隔震\减振和振动控制

摘要：传统的抗震设计方法是考虑结构的延性来耗散地震能量，但问题在于它是用结构承重构件本身来抵御地震，为了经济起见往往使承重构件在塑性阶段工作，这样受到一次强烈地震时，结构构件在利用它的延性和自身变形能力耗散地震能量的同时，自身机构也受到了破坏，为解决这个问题，在结构上附加各种耗能阻尼器，以吸收地震能量，减小结构地震反应，从而促进了工程减震技术的迅速发展。本文对建筑结构的隔震、减振和振动控制做了相应的探讨，旨在抛砖引玉。

关键词：建筑结构 隔震、减振和振动控制

Abstract: the traditional seismic design method is to consider the ductility of the structure to dissipate the earthquake energy, but the problem is that it is a structure bearing component itself to withstand an earthquake, for economic reasons often make bearing component in the plastic phase, that is, a strong earthquake structures in using its deformation resistance of the ductility and dissipation of seismic energy at the same time, their own institutions have also been destroyed, in order to solve this problem, additional various energy dissipation dampers in the structure, in order to absorb seismic energy, reduce the earthquake response of the structure, so as to promote the rapid development of engineering shock absorption technology. In this paper, the structure of isolation, damping and vibration control makes the corresponding discussion, aimed at beginning.

Keywords: building structure vibration isolation, vibration and vibration control

中图分类号：TU352.1 文献标识码：A

一.引言

隔震的概念是指在建筑结构地面以下部分设置隔震装置，以减弱地震动输入给地面以上结构的能量，减小结构振动而采取的一种结构抗震技术措施，隔震的概念由来已久，早在我国古代人们已经懂得利用具有柔性和衰减性能的糯米层对地震能量的吸收能力，对一些重要的建筑物基础进行处理，从而起到了隔震效果，在当今社会建筑结构中隔震的概念被广泛运用。

二.传统的抗震方法

地面运动是由于地震引起的，它使地面上的原有建筑被强迫振动，从而结构中产生内力、位移致使结构变形，利用分析的简化动态动力学模型之后，可以得到某种形式机理的结论，再进行修正和补充，减少地震作用下破坏建筑物的程度。

（一）、概念设计的一些原则

①总体屈服机制，例如强柱弱梁

②刚度与延性均衡

③强度均匀，结构在平面和立面上的承载力均匀

④多道抗震防线

⑤强节点设计

⑥避开场地卓越周期区

（二）、分析方法主要有

①地震荷载法②振型分解法③动力时程分析法，现在还发展了push-over法、能力谱等方法，不同方法的运用根据不同建筑个体的具体情况进行分析、归纳、总结而分别进行采用，对实际处置有良好的效果。

（三）、传统抗震方法的缺点与不足

传统抗震结构主要利用塑性变形产生的结构构件来滞回能量消散和塑性变形能，来加以对策，这使得这些地区的能源性能显得尤为重要，一旦由于某些因素导致问题，传统抗震结构影响了抗震性能，造成严重的损害，这是很难进行维修。

1、框架结构

许多研究者建议弱梁体系作为最合适的框架地震体系，该系统可以有效分散能量消耗许多地方结构的存在，甚至可以控制塑性铰的顺序和位置。

2.剪力墙结构

剪力墙结构在横向水平地震大的横向刚度小，抗震等特点，总体水平也是常见斜裂缝或最底层墙体的损坏等现象；针对于剪力墙而言，它的抗侧作用本来就不大，而且剪力墙的主要耗能不会偏离剪力墙的底部，我们知道上部墙体对抵御强震没有丝毫作用，因此剪力墙要承载的负荷还应该包括竖向荷载，此种类型的破坏性很难的修复。

3.框架剪力墙结构

从抗震概念设计，框架剪力墙结构防御的多道地震测线，在地震作用下的整个结构，墙体速度会发生的弹性极限变形、裂缝；墙体开裂后，增加了地震力假定框架大，因为变化的结构刚度，抗震效果也发生变化，但无论是剪墙还是框架，都是主体结构的一部分，损伤坏后的修复工作都是比较困难的。

三.减振、隔震和振动控制的现状

（一）、隔震

1.基地隔震

1)夹层橡胶垫隔震装置

用于隔震装置的橡胶垫块，可用天然橡胶，也可用人工合成橡胶。

2)铅芯橡胶支座

从抗震概念设计，框架剪力墙结构防御的多道地震测线，由一个框架和抗震墙结构，刚性车架小，小小熊地震力，而弹性极限和韧性变形值较小，在地震作用下的整个结构，墙体速度比他们更小的弹性极限变形，裂缝，水平承载下来这段时间内一直没有充分发挥阻力水平;墙体开裂后，增加大了地震力假定框架，因为变化的结构刚度，抗震效果也发生变化。

4)悬挂基础隔震

5)摇摆支座隔震

同原理还有踏步式隔震制作，用于细高的结构物等。

6)滑动支座隔震

上部结构与基础之间设置相互滑动的滑板，为控制滑板间的摩擦力，使之满足隔震要求；在滑板间可以加设滑层。

2.悬挂隔震

悬挂隔震使将结构的全部或大部分质量悬挂起来，是地震动传递不到主体质量上，产生较小的惯性力，从而起到隔震作用，悬挂结构悬杆受力较大，须采用高强钢，而高强钢忍性差，在竖向地震作用时易拉断，为减小竖向地震作用，可在吊点设减震弹簧，并配合使用阻尼器。

3.隔震应用的注意事项

隔震实际上会使原有结构的固有周期演唱，在下列情况下不宜采用隔震设计：

①基础土层不稳定

②下部结构变性大，原有结构的固有周期比较长

③位于软弱场地，延长周期可能引起共振

④制作中出现负反力

4.隔震体系的优点

①明显有效地减轻结构的地震反应，从振动台地震模拟试验结果得知，隔振体系的结构加速度反应只相当于传统结构加速度反应的1/3——1/10，这种减震效果能非常有效地保护结构物或内部设备在强地震冲击下免遭任何毁坏。

②确保安全，在地面剧烈震动时，上部结构仍能处于正常的弹性工作状态。

（二）、被动减震

1.耗能减震

能量消散结构是减少非承重结构部件能源消耗的主要方式，在实际工作中，人们常常把它当做一个系统化的综合体来运用，组成部分一是消能杆件，二是采用阻尼器，当遭遇强烈地震的时候，通过受力的顺序来进行受力的承载，而且在这个过程中，尽量排除了弹性变形首要承载方式，而率先让受力承载进入非弹性变形状态，这样不能能抵御强大的外力作用，也使得保护主体结构成为可能，把强烈地震造成的损失降至最低。

2.冲击减震

冲击吸收弹性碰撞是不可能完全依靠额外的活动来实现的动量和动能耗散降低，从而实现该技术的地震响应之间的交流的质量和结构;结构震动时，摆锤撞击结构使结构震动衰减，另外，摆锤还兼有吸振器的功能。

3.吸振减震

顾名思义，结构受到外力侵袭所产生的震动或者位移，能够被阻尼结构所进行一定的消化，在消化的同时，内部形成新的结构方式来适应动态的新型的外力形式，从而减少震动的目的。

（三）、主动控制减震

主动控制减震体系是利用外部能源，在结构受地震激励震动过程中，瞬时改变结构动力特性和施加控制力，以衰减结构地震反应的自动控制体系，这一个方面主要是借助主动控制体系中的控制器来实现，现在这方面的手段有很多种，随着科技水平的提高，会有新型的方式出现，但目前手段主要还是由三部分组成，①传感器②处理器③致动器；根据控制器的工作方式，主动控制体系分三种类型：①开环控制②闭环控制③开笔环控制，根据外部激励和结构反应的综合信息调整控制力，而在结构震动主动控制装置有①主动拉索②主动调频质量阻尼器③气体脉冲发生器。

（四）、半主动控制和混合控制

半主动控制兼有被动控制和主动控制的优势很多，这也是人们通常喜欢使用这种隔震、防振动措施的原因，它有几个较为显著的特点，一是能耗方面，二是效果方面，三是主动控制性较强，因此它具备通畅调节和改变结构的性能减小地震反应，因此比较适合于改善工程结构的抗震设防。

四.结语

建筑结构的隔震、减振和振动控制是我们实际中要面临的重要问题，对于建筑而言，保证建筑结构的安全性，是维护人民生命和财产安全的保证，我们切不可大意，所以对建筑结构的隔震、减振和振动控制有很强的实际意义。

参考文献：

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