结构振动控制欧进萍 结构振动控制技术

第一章绪论地震作用(中国发生的14次地震)地震作用(国外发生的16次地震)钢结构(扭转)Torsionbyeccentricstiffnessinplan 多高层钢筋混凝土结构 TaiwanEarthquake1999.

9.211:472,300底层大空间LessonsfromEarthquakes: damagebyweakfirststory(onlycolumns)低层剪断滑移LessonsfromEarthquakes: damagebyweakfirststory(onlycolumns)中间层刚度突变,剪断LessonsfromEarthquakes: damagebyweakstoryinmiddleheight平面不规则单层LessonsfromEarthquakes: Lowrisebuildingsalsoarewereseverelydamaged房屋内部设备仪器倒塌破坏LessonsfromEarthquakes: Facilitiesinsidethebuildingswereseverelydamaged被动控制形式PassiveControlSystems研究结构振动控制技术目的控制结构的振动响应保证结构安全;提高结构的舒适性;避免因结构振动引起的公众恐慌。

振动控制技术简介及发展历史(1)被动控制a、隔震1881年,日本河合浩藏提出了结构基础隔震的概念。

1924年,日本鬼头健三郎,提出了基础轴承隔震方案。1978年,美国Kelly等,提出叠层橡胶支座隔震方案及技术。b、耗能减振1970年开始,Kelly提出在结构中设置非结构构件的耗能元件—金属软钢屈服耗能器,包括:扭转梁,弯曲梁、U型钢器件等,这一思想是对结构抗震延性设计的一个重要发展。

阻尼器被动减振应用。80年代开始TMD,TLD,TLCD的应用。(2)主动控制20世纪50年代,日本Kobori提出结构变刚度减震概念。

1972年,Yao应用现代控制理论,提出了土木工程结构振动控制的概念,开创了结构主动控制的新里程。结构主动控制特点:能取得很好的效果,需要很大外部能量的输入。(3)结构半主动控制近几十年来,半主动控制发展迅速。

半主动变刚度,半主动变阻尼:电流变、磁流变。半主动控制特点:输入能量很小,控制效果接近主动控制。3、讲授内容隔震、TMD控制原理、TLD/TLCD减振、阻尼器减振,半主动变刚度、半主动变阻尼、混合控制,半主动与混合控制,主动控制与智能控制:主动控制、智能控制、自适用控制。

参考书目《结构振动与控制》—李宏男《结构振动控制:被动耗能减振,主动、半主动和智能控制》—欧进萍《高耸结构振动控制》—王肇民《结构工程中的被动消能系统》—T.

T.Soong等第二章基底隔震1、概念基底隔震:在基础和上部结构间设置隔震层,使之与固结于地基中的基础顶面分开,限制地震动向结构物的传递。

隔震层水平刚度显著低于结构的侧向刚度。目前基底隔震主要用于隔离水平地震作用。2、原理通过设置隔震装置系统形成隔震层,延长结构的周期,适当增加结构的阻尼,使结构的加速度反应大大减少,同时使结构的位移集中于隔震层,上部结构像刚体一样,自身相对位移很小,结构基本上处于弹性工作状态,从而建筑物不产生破坏或倒塌。

a、提高了结构地震安全性及舒适感。b、防止了非结构构件破坏和建筑物内物品振动、移动和翻倒。4、基底隔震方法(1)橡胶垫隔震:竖向刚度大,水平刚度为竖向的1%。

橡胶垫层隔震支座:普通叠层橡胶支座;铅芯叠层橡胶支座;高阻尼叠层橡胶支座。(2)滑、转动支座a、聚四氟乙烯支座:对输入的地震波频率不敏感,隔震范围广;b、回弹滑动支座;c、滚轴、滚珠支座;d、摩擦锤支座(FPS)e、摇摆支座f、踏步式支座5、隔震装置性能隔震装置是指将结构与地基隔离的装置和机构,它一般由隔震器和阻尼器组成。

要求隔震器具有承受荷载的能力、大变形性能和在大地震后帮助隔震器迅速恢复到原位的能力。

(1)普通叠层橡胶支座的力学性能a、竖向变形性能b、水平大变形引起的竖向变形c、水平变形性能b、水平变形性能b、多质点体系平动分析模型当上部结构相对较柔、层间变形较大时(如多层框架结构),隔震房屋可简化成多质点体系。

c、多质点体系平动—摇摆分析模型当上部结构层间刚度相对较小、垂直荷载较大,而采用的多层橡胶垫的橡胶总厚度较大时。

可能产生明显的坚向变形。在这种情况下,不仅要考虑结构的水平振动,而且还要考虑结构的摇摆振动,它的分析模型如图:振动方程:2)、R—FBI(回弹滑动支座)、FPS(摩擦锤支座)模型世界中,美,日三国隔震结构工程应用应用层数:中国19层,已建近450幢美国29层,已建近100幢日本42层,已建近1200幢中国应用数量:1991年~现在已建450幢(广东,西昌,新疆,云南,山西…….

)我国隔震技术的