土木工程最新进展--工程结构抗震：消能减震(振) 技术

土木工程最新进展--工程结构抗震：消能减震(振) 技术

李施辰

重庆交通大学，  重庆 400041

摘要：随着科学技术与经济的繁荣发展，人们对建筑结构的安全性和舒适性有了更高的期望与要求。如今，地震、 海啸、台风等极端自然灾害频发，使人们更加重视结构的抗震、抗风性能。由此可见，结构的抗震设计和技术研 究与应用有着深远的意义。文章简要介绍了我国建筑抗震设计的发展，和几种在工程中常见的抗震设计和技术及

其工作原理。最后，对结构抗震技术的发展和展望进行了分析。

关键词：土木工程；地震；抗震设计；减震产品

Thelatestprogressincivilengineering

-Engineeringstructureseismicresistance:technologyofenergydissipationanddamper LiShichen

(ChongqingJiaotongUniversity, Chongqing 400041, China

Abstract:Withthedevelopmentofscienceandtechnologyandeconomicprosperity,peoplehavehigherexpectations andrequirementsforthesafetyandcomfortofbuildingstructures.Nowadays,earthquakes,tsunamis,typhoonsand otherextremenaturaldisastersoccurfrequently,whichmakespeoplepaymoreattentiontotheseismicandwind resistanceperformanceofstructures.Itcanbeseenthatseismicdesignandtechnicalresearchandapplicationof structureshavefar-reachingsignificance.Thispaperbrieflyintroducesthedevelopmentofseismicdesignofbuildings inChina,severalcommonseismicdesignandtechnologyinengineeringandtheirworkingprinciples.Finally,the developmentandprospectofstructuralaseismictechnologyareanalyzed.

Keywords:civilengineering;earthquake;seismicdesign；dampingproduct

E-mail：745202569@qq.com

引言

土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称，既指工程建设的对象，即建在地上、地下、水 中的各种工程设施，也指所应用的材料、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修等技术。也就 是说土木工程涉及的领域十分广阔，它和人类的日常生活密切相关，在国民经济发展中起着举足轻重 的作用。

同时，土木工程也是一门与时俱进的学科，随着科学技术和社会生产力的不断提升，土木工程领 域的各个方面也都有着不断的创新与发展。而我国结构抗震规范与相应的研究开展得相对较晚，但是

结构抗震设计的研究却有着非常深远的意义。

1背景介绍

1.1结构抗震设计的意义

地震，又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造 成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地震的主要原因。我国位于世界两大地震带――环太平洋地震带 与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃。当前的科技水平尚无法预测地震的到来，未来相当长的一段时间内，地震也是无法预测的。所以对于地震，我们更应该做的是提高建筑抗震等级、 做好防御，而不是预测地震。

2抗震技术

2.1  主动控制技术

主动控制是指通过建筑物使用外部的能源，使之与地震所传递的作用进行对抗，形成反向的动力，从而减少地震造成的影响，达到建筑物的防震目的。主动控制技术的工作原理是在建筑物的外部设置多个传感器，通过对地震的反应和激励作用来进行触 发响应后，进行信息传递和地震作用力数值计算，再借助建筑外部的驱动系统来对抗地震作用力。

2.2  被动控制技术

被动控制技术是指将建筑物内部的系统支撑点进行扩张，形成一个小部分的结构动能增加。现阶 段我国使用被动形式的控制技术主要运用再一些建筑物的减震、防震功能设计中。

2.2.1  隔震结构

隔震系统一般由隔震器、阻尼器、地震微振动和风反应控制装置等构成，隔震器支撑建筑物的重量，具有弹性，能提供一定的水平刚度。阻尼器能

吸收和消耗地震能量，防止结构产生较大位移。隔震结构是通过设置隔震装置系统形成隔震层，隔震层能够集中变形，借此将地震能耗散，使地震释放的能量不能作用到上部结构。

2.2.2  耗能减震结构

结构耗能减震技术是在结构某些部位设置耗能 装置，利用耗能装置产生摩擦、弯曲和弹塑性滞回 变形耗能来耗散地震传递给结构的能量，从而减小主体结构的地震反应，达到减震控震的目的。

振动控制原理：采用辅加减震装置，改变能量耗散方式实现结构减震。

E:有激励传给结构的总能量

Ek：结构动能

Es：结构弹性应变能

Eh：结构非弹性变形耗散能

Ed：辅助减震(振)装置耗散能

装有耗能装置的结构称为耗能减震结构。耗能器具有较宽的适用范围，不同类型不同高度的结构都适用，同时，耗能器不改变结构的基本形式，因此，耗能部件外的结构就按普通结构要求设计。

3减震产品

位移型：防屈曲支撑、防屈曲钢板剪力墙、摩擦阻尼器；

速度型：粘滞阻尼器、粘弹性阻尼墙、磁流变阻尼器；

其他：调谐质量阻尼器、主被动复合质量阻尼器。

3.1  阻尼器介绍

阻尼器，是一种提供运动的阻力，耗减运动能 量的装置。为了使受到冲击而产生的震动很快衰减， 所制成的增加阻尼的装置。在建筑、桥梁、铁路等 结构工程中被广泛运用。

3.1.1  阻尼器种类

粘滞阻尼器(VFD)、调谐质量阻尼器(TMD)、磁 流变阻尼器、粘弹性阻尼器、摩擦阻尼器、金属阻 尼器等等。

3.2减震产品的有点及应用

3.2.1  防屈曲支撑

防屈曲支撑与框架结构配合，代替普通钢支撑， 解决普通支撑受压易屈曲的问题；代替剪力墙，解决结构刚度及地震作用过大引起的超筋设计困难的 问题；构成工业厂房抗侧力体系，代替柱间斜撑， 解决普通支撑承载力、安全储备不足的问题。  

 3.2.2装配式自复位防屈曲支撑

在装配式自复位防屈曲支撑结构中，防屈曲支 撑作为耗能装置，组合碟簧作为复位装置。通过控 制相对活动板之间的位移来调节初始预压力的大  小，从而决定支撑的复位功能。该结构的优点是： 全装配，易拆装。

3.2.3  钢板剪力墙

与传统的钢筋混凝土剪力墙相比，钢板剪力墙 具有下列有点：易于实现预制装配、延性好、耗能 能力强、有效减小剪力墙的截面面积、与外框架柱 有较好的匹配性等。

3.2.4  调谐质量阻尼器

调谐质量阻尼器由惯性质量、刚度元件和阻尼 原件等组成。通过共振的原理，将结构振动的能量 吸收到TMD系统中，再通过阻尼元件耗散系统的振 东能量。

具有以下有点：构造简单，阻尼力可调、无接 触，耐久性好。可以提高高柔结构(高层建筑、桥 塔、电视台等)和大跨结构(大跨屋面、车行天桥 等)在强风荷载、中小地震、人性激励等动力作用 下的舒适度和安全性。

4.抗震设计理论发展趋势分析

近些年来，地震灾害频发，具有高人口、建筑、财产密度的现代化城市在地震等强自然灾害面前展现了它的脆弱性，这使得传统的结构抗震思想和技术需要与时俱进，不断发展和进步。

首先，在抗震设防理念与性能目标方面，针对现代城市的经济损失问题，一些学者提出了柔性城市的概念。不再仅仅是简单地基于生命安全和减少直接经济损失为目标，而是注重提高灾后城市的恢复能力，从而在短时间内让城市恢复到正常运转的程度。

其次，在结构地震响应分析和抗震性能评估方面，基于概率性地震损伤评估与决策能更加准确地把握结构在考虑地震作用、材料、结构等各种随机因素的影响，由此得到的结构响应分析和性能评估也更为准确。

最后，基于结构的抗震性能关注重点已经从结构抗震减震转向震后结构功能可恢复与快速恢复，

新的具有更好震后功能恢复特性的结构体系也不断

涌现，包括具有自复位特性的各种新型结构体系以

及可更换、易更换的牺牲性保护体系，此外，更加灵活多样的减、隔震措施和体系也将不断涌现，这也将是未来结构抗震技术的一个重要发展方向。

5．结语

本文简单阐述了近现代国内外的建筑抗震理

论、技术和设计的发展，以及一些常见的减震产品

及其应用，为了更好的应对各种灾害的破坏，抗震

设计理论方法及相应产品都值得更加深入的发展和

革新。

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