第九章_建筑物震害的工程控制

1、2021-10-151第十章第十章 建筑物震害的工程控制建筑物震害的工程控制 第一節(jié)第一節(jié) 建筑抗震設(shè)計概述建筑抗震設(shè)計概述 第二節(jié)中、日、美三國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范簡介（見第二節(jié)中、日、美三國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范簡介（見P231P246） 第三節(jié)第三節(jié) 抗震概念設(shè)計抗震概念設(shè)計第四節(jié)第四節(jié) 隔震與減震隔震與減震 2021-10-152第一節(jié)第一節(jié) 建筑抗震設(shè)計概述建筑抗震設(shè)計概述一、抗震設(shè)計的目的與目標一、抗震設(shè)計的目的與目標 二、抗震設(shè)計準則二、抗震設(shè)計準則 三、抗震設(shè)計標準三、抗震設(shè)計標準 四、抗震設(shè)計方法四、抗震設(shè)計方法 2021-10-153一、抗震設(shè)計的目的與目標一、抗震設(shè)計的目的

2、與目標n抗震設(shè)計的抗震設(shè)計的目的目的：減輕結(jié)構(gòu)的地震破壞，避免人員傷亡，減少：減輕結(jié)構(gòu)的地震破壞，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟損失，同時使地震時不可缺少的緊急活動得以維持和進行。經(jīng)濟損失，同時使地震時不可缺少的緊急活動得以維持和進行。n抗震設(shè)計的抗震設(shè)計的目標目標：滿足經(jīng)濟與安全之間的合理平衡：滿足經(jīng)濟與安全之間的合理平衡： E收益投資可能的損失最大收益投資可能的損失最大 收益：工程建成后的直接與間接收獲；收益：工程建成后的直接與間接收獲；投資：興建工程的資金及維護資金；投資：興建工程的資金及維護資金；損失：人身傷亡，物質(zhì)財產(chǎn)的直接損失，及間接損失，以及政治、損失：人身傷亡，物質(zhì)財產(chǎn)的直接損失，及間

3、接損失，以及政治、社會、經(jīng)濟影響等。社會、經(jīng)濟影響等。n假若不考慮非結(jié)構(gòu)損失，則上式可近似改寫為：假若不考慮非結(jié)構(gòu)損失，則上式可近似改寫為： C工程造價修復(fù)費最小工程造價修復(fù)費最小 式中，式中，C為結(jié)構(gòu)抗震總費用。為結(jié)構(gòu)抗震總費用。 2021-10-154一、抗震設(shè)計的目的與目標（續(xù)一）一、抗震設(shè)計的目的與目標（續(xù)一）n由于震害與修復(fù)費是隨機變量，因此總費用由于震害與修復(fù)費是隨機變量，因此總費用也是一個隨機變量，故式也是一個隨機變量，故式(9-2)(9-2)需采用概率方需采用概率方法計算。一般取數(shù)學(xué)期望，即法計算。一般取數(shù)學(xué)期望，即 EC=EC=工程造價工程造價EE修復(fù)費修復(fù)費 2021-10

4、-155二、抗震設(shè)計準則二、抗震設(shè)計準則n抗震設(shè)計基本準則：抗震設(shè)計基本準則：“小震不壞，中震可修，大震小震不壞，中震可修，大震不倒不倒”。n設(shè)計結(jié)構(gòu)，必須滿足三個主要準則：設(shè)計結(jié)構(gòu)，必須滿足三個主要準則： （1）結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準期內(nèi)，在發(fā)生超越概率）結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準期內(nèi)，在發(fā)生超越概率63.2%的地震動時的地震動時(常遇地震常遇地震) ，應(yīng)無任何損失。，應(yīng)無任何損失。n（2）結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準期內(nèi)，在發(fā)生超越概率）結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準期內(nèi)，在發(fā)生超越概率10%的的地震動時地震動時(少遇地震少遇地震) ，允許非結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到破壞，但，允許非結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到破壞，但必須保證主要構(gòu)件不受明顯損壞，使得結(jié)構(gòu)稍加修必須保

5、證主要構(gòu)件不受明顯損壞，使得結(jié)構(gòu)稍加修復(fù)后仍能繼續(xù)工作。復(fù)后仍能繼續(xù)工作。 （3）結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準期內(nèi)，在發(fā)生超越概率）結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準期內(nèi)，在發(fā)生超越概率23%的地震動時的地震動時(罕遇地震罕遇地震)，應(yīng)不倒塌。，應(yīng)不倒塌。2021-10-156二、抗震設(shè)計準則二、抗震設(shè)計準則(續(xù)二續(xù)二)n為滿足結(jié)構(gòu)抗震的三個準則，抗震設(shè)計應(yīng)分別進為滿足結(jié)構(gòu)抗震的三個準則，抗震設(shè)計應(yīng)分別進行三個水準的抗震驗算行三個水準的抗震驗算: 第一水準第一水準: 進行小震下結(jié)構(gòu)允許彈性變形驗算；進行小震下結(jié)構(gòu)允許彈性變形驗算； 第二水準第二水準: 進行中震下結(jié)構(gòu)承載能力驗算；進行中震下結(jié)構(gòu)承載能力驗算； 第三水準第三水準:

6、 進行大震下結(jié)構(gòu)彈塑性極限變形驗算。進行大震下結(jié)構(gòu)彈塑性極限變形驗算。 2021-10-157二、抗震設(shè)計準則二、抗震設(shè)計準則(續(xù)三續(xù)三)n與某一烈度超越概率相對應(yīng)的重現(xiàn)期與某一烈度超越概率相對應(yīng)的重現(xiàn)期RTRT可按下式可按下式計算：計算： 式中式中P PT T為時間為時間T T內(nèi)該地震烈度的超越概率。內(nèi)該地震烈度的超越概率。n一般結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期為一般結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期為5050年，小震是平均年，小震是平均5050年年一遇的地震；中震是平均一遇的地震；中震是平均475475年一遇的地震；大震年一遇的地震；大震是平均是平均1624162424752475年一遇的地震。年一遇的地震。 )1ln(T

7、PTRT2021-10-158三、抗震設(shè)計標準三、抗震設(shè)計標準n根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性，可將結(jié)構(gòu)分為三大類：根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性，可將結(jié)構(gòu)分為三大類： 重要結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)如遭受破壞，會造成重大經(jīng)濟損失或重要結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)如遭受破壞，會造成重大經(jīng)濟損失或嚴重的社會后果；嚴重的社會后果；次要結(jié)構(gòu)：如結(jié)構(gòu)破壞，不易造成人員傷亡和較大的次要結(jié)構(gòu)：如結(jié)構(gòu)破壞，不易造成人員傷亡和較大的經(jīng)濟損失；經(jīng)濟損失；一般結(jié)構(gòu)：除了上述的大量普通結(jié)構(gòu)。一般結(jié)構(gòu)：除了上述的大量普通結(jié)構(gòu)。 n一般結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期通常為一般結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期通常為5050年；重要結(jié)構(gòu)的設(shè)年；重要結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期通常大于計基準期通常大于5050年；次要結(jié)構(gòu)的設(shè)計

8、基準期通年；次要結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期通常小于常小于50年年 2021-10-159四、抗震設(shè)計方法四、抗震設(shè)計方法n結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計計算方法可以分為以下幾種：結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計計算方法可以分為以下幾種： 1、靜力法：、靜力法： 把地震作用當作等效的靜力荷載進行抗震計算；把地震作用當作等效的靜力荷載進行抗震計算； 2、反應(yīng)譜法：、反應(yīng)譜法： 利用振型分解原理和反應(yīng)普理論進行結(jié)構(gòu)最大地利用振型分解原理和反應(yīng)普理論進行結(jié)構(gòu)最大地震反應(yīng)分析；震反應(yīng)分析； 3、動力分析法：、動力分析法： 選定輸入地震波，對結(jié)構(gòu)的運動平衡微分方程選定輸入地震波，對結(jié)構(gòu)的運動平衡微分方程進行數(shù)值積分，求得結(jié)構(gòu)在整個地震時程作用下的進行數(shù)

9、值積分，求得結(jié)構(gòu)在整個地震時程作用下的地震反應(yīng)地震反應(yīng)2021-10-1510第二節(jié)中、日、美三國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第二節(jié)中、日、美三國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范簡介規(guī)范簡介（見（見P231P246） 2021-10-1511第三節(jié)第三節(jié) 抗震概念設(shè)計抗震概念設(shè)計n什麼是什麼是概念設(shè)計概念設(shè)計？ 在著手進行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，著眼于結(jié)構(gòu)在著手進行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，著眼于結(jié)構(gòu)的總體地震反應(yīng)，靈活運用抗震設(shè)計準則，既的總體地震反應(yīng)，靈活運用抗震設(shè)計準則，既注意總體布置上的大原則，又考慮關(guān)鍵部分的注意總體布置上的大原則，又考慮關(guān)鍵部分的細節(jié)，從而全面、合理地解決結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中細節(jié)，從而全面、合理地解決結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

10、中的基本問題。的基本問題。2021-10-1512第三節(jié)第三節(jié) 抗震概念設(shè)計（續(xù)一）抗震概念設(shè)計（續(xù)一）一、結(jié)構(gòu)形式的選擇一、結(jié)構(gòu)形式的選擇 1、 結(jié)構(gòu)體型結(jié)構(gòu)體型 指結(jié)構(gòu)的外型。實際震害表明，結(jié)構(gòu)體型對結(jié)指結(jié)構(gòu)的外型。實際震害表明，結(jié)構(gòu)體型對結(jié)構(gòu)抗震有顯著的影響。體型簡單，對抗震有利；體構(gòu)抗震有顯著的影響。體型簡單，對抗震有利；體型復(fù)雜，對抗震不利。型復(fù)雜，對抗震不利。 2、結(jié)構(gòu)規(guī)則性、結(jié)構(gòu)規(guī)則性 指結(jié)構(gòu)剛度，質(zhì)量的均衡性與對稱性。結(jié)構(gòu)體指結(jié)構(gòu)剛度，質(zhì)量的均衡性與對稱性。結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜，必定不規(guī)則。但結(jié)構(gòu)體型簡單，并不等同型復(fù)雜，必定不規(guī)則。但結(jié)構(gòu)體型簡單，并不等同于結(jié)構(gòu)規(guī)則。結(jié)構(gòu)規(guī)則有利于抗

11、震，不規(guī)則不利于于結(jié)構(gòu)規(guī)則。結(jié)構(gòu)規(guī)則有利于抗震，不規(guī)則不利于抗震。抗震。 2021-10-1513第三節(jié)第三節(jié) 抗震概念設(shè)計（續(xù)二）抗震概念設(shè)計（續(xù)二）二、抗震結(jié)構(gòu)概念二、抗震結(jié)構(gòu)概念 1、總體屈服機制、總體屈服機制 2、剛度與延性均衡、剛度與延性均衡 3、強度均勻、強度均勻 4、多道抗震防線、多道抗震防線 5、強節(jié)點設(shè)計、強節(jié)點設(shè)計 6、避開場地卓越周期區(qū)、避開場地卓越周期區(qū) 2021-10-1514二、抗震結(jié)構(gòu)概念二、抗震結(jié)構(gòu)概念1、總體屈服機制、總體屈服機制 n從經(jīng)濟合理的觀點出發(fā)，在強烈的地震作用下應(yīng)允許結(jié)構(gòu)進入從經(jīng)濟合理的觀點出發(fā)，在強烈的地震作用下應(yīng)允許結(jié)構(gòu)進入彈塑性狀態(tài)工作。通過

12、結(jié)構(gòu)某些構(gòu)件屈服所產(chǎn)生的塑性變形來彈塑性狀態(tài)工作。通過結(jié)構(gòu)某些構(gòu)件屈服所產(chǎn)生的塑性變形來消耗地震能量，從而達到抗震的目的。消耗地震能量，從而達到抗震的目的。n結(jié)構(gòu)的屈服機制有兩種（見圖結(jié)構(gòu)的屈服機制有兩種（見圖8.12 ） 局部機制（簡稱局部機制（簡稱L機制）機制） 總體機制（簡稱總體機制（簡稱T機制）機制）n比較兩種機制可發(fā)現(xiàn)：比較兩種機制可發(fā)現(xiàn)： T機制的抗震性能優(yōu)于機制的抗震性能優(yōu)于L機制機制 。 （1）L機制耗能構(gòu)件少，機制耗能構(gòu)件少，T機制耗能構(gòu)件多；機制耗能構(gòu)件多； （2）L機制對構(gòu)件的延性要求高，機制對構(gòu)件的延性要求高，T機制對構(gòu)件的延性要求低。機制對構(gòu)件的延性要求低。 2021

13、-10-1515二、抗震結(jié)構(gòu)概念（續(xù)一）二、抗震結(jié)構(gòu)概念（續(xù)一）2、剛度與延性均衡、剛度與延性均衡 n試驗和實踐都證明，框架結(jié)構(gòu)具有良好的延性性能。但是，純試驗和實踐都證明，框架結(jié)構(gòu)具有良好的延性性能。但是，純框架剛度差，在地震作用下結(jié)構(gòu)變形較大，可能造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)框架剛度差，在地震作用下結(jié)構(gòu)變形較大，可能造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如隔墻、門、窗等）的破壞，從而需要大量的修復(fù)費。件（如隔墻、門、窗等）的破壞，從而需要大量的修復(fù)費。n為提高框架結(jié)構(gòu)的剛度，常設(shè)剪力墻、支撐等加勁構(gòu)件。這些為提高框架結(jié)構(gòu)的剛度，常設(shè)剪力墻、支撐等加勁構(gòu)件。這些加勁構(gòu)件剛度大，但延性較差，一旦破壞，幾乎喪失承載力。加勁構(gòu)件剛度大

14、，但延性較差，一旦破壞，幾乎喪失承載力。因此，注意加勁結(jié)構(gòu)剛度與延性的均衡十分重要。因此，注意加勁結(jié)構(gòu)剛度與延性的均衡十分重要。n砌體結(jié)構(gòu)剛度大，但延性差。為提高其延性，常加設(shè)鋼筋混凝砌體結(jié)構(gòu)剛度大，但延性差。為提高其延性，常加設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)造柱。構(gòu)造柱連同圈梁，實際形成一個弱的框架。土構(gòu)造柱。構(gòu)造柱連同圈梁，實際形成一個弱的框架。 2021-10-1516二、抗震結(jié)構(gòu)概念（續(xù)二）二、抗震結(jié)構(gòu)概念（續(xù)二）3、強度均勻、強度均勻 n強度均勻指結(jié)構(gòu)在平面和立面上的承載力均勻一致。圖強度均勻指結(jié)構(gòu)在平面和立面上的承載力均勻一致。圖8.15是一是一個平面上強度不均勻的鋼支撐框架結(jié)構(gòu)，在個平面上強度不均

15、勻的鋼支撐框架結(jié)構(gòu)，在1978年日本宮城縣年日本宮城縣地震中遭到破壞。該結(jié)構(gòu)在同一方向上有兩榀框架設(shè)有支撐，地震中遭到破壞。該結(jié)構(gòu)在同一方向上有兩榀框架設(shè)有支撐，而有一榀框架未設(shè)支撐。因支撐框架剛度大，一開始大部分荷而有一榀框架未設(shè)支撐。因支撐框架剛度大，一開始大部分荷載由它來承擔(dān)。而一旦支撐破壞，內(nèi)力重新分配，非支撐框架載由它來承擔(dān)。而一旦支撐破壞，內(nèi)力重新分配，非支撐框架的受力迅速增大，超過其設(shè)計承載能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。的受力迅速增大，超過其設(shè)計承載能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。n結(jié)構(gòu)在立面上強度均勻，可以避免結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)集中。結(jié)構(gòu)在立面上強度均勻，可以避免結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)集中。n如果結(jié)構(gòu)某一樓層的

16、強度相對較小，則在地震作用下，這一層如果結(jié)構(gòu)某一樓層的強度相對較小，則在地震作用下，這一層首先屈服，同時通過該層塑性變形的發(fā)展，使其它樓層不繼續(xù)首先屈服，同時通過該層塑性變形的發(fā)展，使其它樓層不繼續(xù)屈服。這樣結(jié)構(gòu)塑性變形集中在一層，很容易使該層發(fā)生破壞，屈服。這樣結(jié)構(gòu)塑性變形集中在一層，很容易使該層發(fā)生破壞，從而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的破壞。從而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的破壞。 2021-10-1517二、抗震結(jié)構(gòu)概念（續(xù)三）二、抗震結(jié)構(gòu)概念（續(xù)三）4、多道抗震防線、多道抗震防線 n結(jié)構(gòu)多道抗震防線的概念，一是要求結(jié)構(gòu)具有較高的靜不定次結(jié)構(gòu)多道抗震防線的概念，一是要求結(jié)構(gòu)具有較高的靜不定次數(shù)；二是要求結(jié)構(gòu)在延性變形

17、階段具有良好的吸能能力；三是數(shù)；二是要求結(jié)構(gòu)在延性變形階段具有良好的吸能能力；三是要求結(jié)構(gòu)中盡量具備多重抗側(cè)力體系。要求結(jié)構(gòu)中盡量具備多重抗側(cè)力體系。n一般說來，結(jié)構(gòu)靜不定次數(shù)越高，對結(jié)構(gòu)抗震越有利，但這不一般說來，結(jié)構(gòu)靜不定次數(shù)越高，對結(jié)構(gòu)抗震越有利，但這不是充分條件。是充分條件。n一些薄弱部位的塑性變形集中可能造成結(jié)構(gòu)局部屈服機制的形一些薄弱部位的塑性變形集中可能造成結(jié)構(gòu)局部屈服機制的形成，從而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的嚴重破壞甚至倒塌。因此，需要在結(jié)成，從而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的嚴重破壞甚至倒塌。因此，需要在結(jié)構(gòu)的適當部位設(shè)置一系列有利的屈服區(qū)，使這些不危及整體結(jié)構(gòu)的適當部位設(shè)置一系列有利的屈服區(qū)，使這些不

18、危及整體結(jié)構(gòu)安全的部位在地震時率先形成塑性鉸；同時，通過保證各鉸構(gòu)安全的部位在地震時率先形成塑性鉸；同時，通過保證各鉸的屈服轉(zhuǎn)動能力，使結(jié)構(gòu)所吸收地地震能量耗散在整個結(jié)構(gòu)平的屈服轉(zhuǎn)動能力，使結(jié)構(gòu)所吸收地地震能量耗散在整個結(jié)構(gòu)平面和高度上。面和高度上。n通過設(shè)置人工塑性鉸和阻尼耗能裝置，會更有利于結(jié)構(gòu)發(fā)揮良通過設(shè)置人工塑性鉸和阻尼耗能裝置，會更有利于結(jié)構(gòu)發(fā)揮良好的抗震性能。好的抗震性能。 2021-10-1518二、抗震結(jié)構(gòu)概念（續(xù)四）二、抗震結(jié)構(gòu)概念（續(xù)四）5、強節(jié)點設(shè)計、強節(jié)點設(shè)計 n在在1978年日本的一次地震中，鋼結(jié)構(gòu)建筑的破壞，絕年日本的一次地震中，鋼結(jié)構(gòu)建筑的破壞，絕大多數(shù)是由連接破

19、壞造成的。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點過大多數(shù)是由連接破壞造成的。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點過早破壞，也會使結(jié)構(gòu)不能充分發(fā)揮作用，使結(jié)構(gòu)達不早破壞，也會使結(jié)構(gòu)不能充分發(fā)揮作用，使結(jié)構(gòu)達不到原定抗震能力。到原定抗震能力。n提高節(jié)點的抗震設(shè)計強度，加強節(jié)點的抗震構(gòu)造措施，提高節(jié)點的抗震設(shè)計強度，加強節(jié)點的抗震構(gòu)造措施，對各類建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等都有十分重要的意義。對各類建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等都有十分重要的意義。 2021-10-1519二、抗震結(jié)構(gòu)概念（續(xù)五）二、抗震結(jié)構(gòu)概念（續(xù)五）6、避開場地卓越周期區(qū)、避開場地卓越周期區(qū) n結(jié)構(gòu)對于不規(guī)則地震波的反應(yīng)是類共振反應(yīng)而不會發(fā)生共振反結(jié)構(gòu)對于不規(guī)則地震波的反應(yīng)是類共振反

20、應(yīng)而不會發(fā)生共振反應(yīng)。即使如此，當?shù)卣饎拥淖吭街芷谂c結(jié)構(gòu)物的周期相接近時，應(yīng)。即使如此，當?shù)卣饎拥淖吭街芷谂c結(jié)構(gòu)物的周期相接近時，也會使結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴重破壞。也會使結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴重破壞。n由于地震動受發(fā)震機制、震級、距離、場地等多種因素的復(fù)雜由于地震動受發(fā)震機制、震級、距離、場地等多種因素的復(fù)雜影響，具有較強的不確定性。因此，試圖在設(shè)計階段就使結(jié)構(gòu)影響，具有較強的不確定性。因此，試圖在設(shè)計階段就使結(jié)構(gòu)自振周期完全避開地震動的卓越周期是不太現(xiàn)實的。但是，如自振周期完全避開地震動的卓越周期是不太現(xiàn)實的。但是，如果注意到場地的卓越周期對地震動卓越周期有強烈影響，還是果注意到場地的卓越周期對地震動卓越周期有強

21、烈影響，還是可以在一定程度上防止結(jié)構(gòu)在地震時發(fā)生強烈的共振反應(yīng)。可以在一定程度上防止結(jié)構(gòu)在地震時發(fā)生強烈的共振反應(yīng)。 2021-10-1520第四節(jié)第四節(jié) 隔震與減震隔震與減震一、一、概述概述二、基底隔震二、基底隔震 三、懸掛隔震三、懸掛隔震 四、耗能減震四、耗能減震 五、沖擊減震五、沖擊減震 六、吸振減震六、吸振減震 七、主動控制減震七、主動控制減震 2021-10-1521一、一、概述概述n地震引起結(jié)構(gòu)振動的全過程是：由震源產(chǎn)生地地震引起結(jié)構(gòu)振動的全過程是：由震源產(chǎn)生地震動，通過傳播途徑傳遞到結(jié)構(gòu)上，從而引起震動，通過傳播途徑傳遞到結(jié)構(gòu)上，從而引起結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)。結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)。n通過在不

22、同部分采取振動控制措施，就成為不通過在不同部分采取振動控制措施，就成為不同的積極的抗震方法。同的積極的抗震方法。 2021-10-1522一、一、概述（續(xù)一）概述（續(xù)一）震震 源源傳播途徑傳播途徑結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)反反 應(yīng)應(yīng)消消 震震隔隔 震震被被 動動 減減 震震主主 動動 減減 震震基基底底隔隔震震懸懸掛掛隔隔震震耗耗能能減減震震沖沖擊擊減減震震吸吸振振減減振振2021-10-1523一、一、概述（續(xù)二）概述（續(xù)二）1、消震、消震 通過減弱震源振動強度達到減小結(jié)構(gòu)振動的方法。通過減弱震源振動強度達到減小結(jié)構(gòu)振動的方法。2、隔震、隔震 通過某種裝置，將地震動與結(jié)構(gòu)隔開，減弱或改變地震動對結(jié)通過某種裝

23、置，將地震動與結(jié)構(gòu)隔開，減弱或改變地震動對結(jié)構(gòu)作用的強度或方式，達到減小結(jié)構(gòu)振動的目的。構(gòu)作用的強度或方式，達到減小結(jié)構(gòu)振動的目的。 隔震方法：基底隔震隔震方法：基底隔震 懸掛隔震懸掛隔震3、被動減震、被動減震 通過采用一定的措施或附加子結(jié)構(gòu)，吸收或消耗地震傳遞給主通過采用一定的措施或附加子結(jié)構(gòu)，吸收或消耗地震傳遞給主結(jié)構(gòu)的能量，達到減小結(jié)構(gòu)振動的目的。結(jié)構(gòu)的能量，達到減小結(jié)構(gòu)振動的目的。 被動減震方法：被動減震方法： 耗能減震耗能減震 沖擊減震沖擊減震 吸震減震吸震減震4、主動減震、主動減震 根據(jù)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，通過自動控制系統(tǒng)的執(zhí)行機，主動給結(jié)根據(jù)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，通過自動控制系統(tǒng)的執(zhí)行機，

24、主動給結(jié)構(gòu)施加控制力，達到減小結(jié)構(gòu)振動的目的。構(gòu)施加控制力，達到減小結(jié)構(gòu)振動的目的。 2021-10-1524一、一、概述（續(xù)三）概述（續(xù)三）n兩大類減震方法：兩大類減震方法： （1）被動控制方法。這種方法無外部能源供給，也稱無源控制技術(shù)。包括）被動控制方法。這種方法無外部能源供給，也稱無源控制技術(shù)。包括隔震技術(shù)和被動減震技術(shù)。隔震技術(shù)和被動減震技術(shù)。 （2）主動控制方法。這種方法有外部能源供給，也稱有源控制技術(shù)。）主動控制方法。這種方法有外部能源供給，也稱有源控制技術(shù)。 n與傳統(tǒng)的消極抗震方法相比，減震方法優(yōu)點：與傳統(tǒng)的消極抗震方法相比，減震方法優(yōu)點： （1）減小地震作用，降低結(jié)構(gòu)造價，提高

25、結(jié)構(gòu)抗震可靠度。隔震方法能夠）減小地震作用，降低結(jié)構(gòu)造價，提高結(jié)構(gòu)抗震可靠度。隔震方法能夠控制傳到結(jié)構(gòu)上的地震力，克服確定荷載的困難?？刂苽鞯浇Y(jié)構(gòu)上的地震力，克服確定荷載的困難。 （2）減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形，保證非結(jié)構(gòu)構(gòu)件不破壞，減小震后維）減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形，保證非結(jié)構(gòu)構(gòu)件不破壞，減小震后維修費用，對現(xiàn)代建筑，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的造價占總造價的修費用，對現(xiàn)代建筑，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的造價占總造價的80以上。以上。 （3）隔震、減震裝置的更換或維修比更換、維修結(jié)構(gòu)構(gòu)件方便、經(jīng)濟。）隔震、減震裝置的更換或維修比更換、維修結(jié)構(gòu)構(gòu)件方便、經(jīng)濟。 （4）精密加工設(shè)備、核工業(yè)設(shè)備等結(jié)構(gòu)物，只能用隔震、減震

26、的方法滿足）精密加工設(shè)備、核工業(yè)設(shè)備等結(jié)構(gòu)物，只能用隔震、減震的方法滿足嚴格的抗震要求嚴格的抗震要求 2021-10-1525二、基底隔震二、基底隔震1、原理、原理 n基底隔震是在結(jié)構(gòu)物地面以上部分的底部設(shè)置隔震層，限制地震動向結(jié)構(gòu)物基底隔震是在結(jié)構(gòu)物地面以上部分的底部設(shè)置隔震層，限制地震動向結(jié)構(gòu)物的傳遞。的傳遞。n基底隔震，主要用于隔離水平地震作用。隔震層的水平剛度顯著低于上部結(jié)基底隔震，主要用于隔離水平地震作用。隔震層的水平剛度顯著低于上部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度。此時可近似為上部結(jié)構(gòu)是一個剛體，如圖構(gòu)的側(cè)向剛度。此時可近似為上部結(jié)構(gòu)是一個剛體，如圖8.18所示。設(shè)結(jié)構(gòu)所示。設(shè)結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量為的總質(zhì)量

27、為m，絕對水平位移為，絕對水平位移為y，地震動的水平位移為，地震動的水平位移為xg，隔震層的水平剛，隔震層的水平剛度為度為k，阻尼系數(shù)為，阻尼系數(shù)為c，則底部隔震系統(tǒng)的運動平衡方程為：，則底部隔震系統(tǒng)的運動平衡方程為： n上部結(jié)構(gòu)絕對位移（加速度）振幅與地震動位移（加速度）振幅的比值上部結(jié)構(gòu)絕對位移（加速度）振幅與地震動位移（加速度）振幅的比值R為為 nR稱為絕對隔震傳遞率。稱為絕對隔震傳遞率。R值越小，表明隔震效果越好值越小，表明隔震效果越好。n地震動與隔震結(jié)構(gòu)的頻率比地震動與隔震結(jié)構(gòu)的頻率比大于時，隔震系統(tǒng)才有隔震能力。而且頻率比大于時，隔震系統(tǒng)才有隔震能力。而且頻率比越大，隔震能力越強。

28、越大，隔震能力越強。ggkxxckyycym 2222222maxmaxmaxmax4)1(41ggxyxyR 2021-10-1526二、基底隔震（續(xù)一）二、基底隔震（續(xù)一）基底隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則基底隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則 ：n在滿足必要的豎向承載力的的同時，隔震裝置的水平剛度應(yīng)盡在滿足必要的豎向承載力的的同時，隔震裝置的水平剛度應(yīng)盡量小，以降低隔震結(jié)構(gòu)的自振頻率，使之低于地震動的優(yōu)勢頻量小，以降低隔震結(jié)構(gòu)的自振頻率，使之低于地震動的優(yōu)勢頻率范圍，保證結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的衰減較大。率范圍，保證結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的衰減較大。 n在風(fēng)荷載作用下，隔震結(jié)構(gòu)不能有太大的位移不能太大。因此，在風(fēng)荷載作用下，隔

29、震結(jié)構(gòu)不能有太大的位移不能太大。因此，結(jié)構(gòu)底部隔震系統(tǒng)常需安放風(fēng)穩(wěn)定裝置，使得在小于設(shè)計風(fēng)載結(jié)構(gòu)底部隔震系統(tǒng)常需安放風(fēng)穩(wěn)定裝置，使得在小于設(shè)計風(fēng)載的風(fēng)力作用下，隔震層幾乎不產(chǎn)生變形；而在超過設(shè)計風(fēng)載的的風(fēng)力作用下，隔震層幾乎不產(chǎn)生變形；而在超過設(shè)計風(fēng)載的地震力作用下，風(fēng)穩(wěn)定裝置退出工作，隔震裝置開始工作。地震力作用下，風(fēng)穩(wěn)定裝置退出工作，隔震裝置開始工作。 2021-10-1527二、基底隔震（續(xù)二）二、基底隔震（續(xù)二）1、方法、方法 （具體原理和應(yīng)用見（具體原理和應(yīng)用見P255P260）（1）滾子隔震）滾子隔震 n主要有滾軸隔震和滾珠（球）隔震兩種。主要有滾軸隔震和滾珠（球）隔震兩種。 （2

30、）橡膠墊塊隔震）橡膠墊塊隔震 （3）懸掛基礎(chǔ)隔震）懸掛基礎(chǔ)隔震 （4）搖擺支座隔震）搖擺支座隔震 （5）滑動支座隔震）滑動支座隔震 2021-10-1528三、懸掛隔震三、懸掛隔震1、方法、方法n懸掛隔震是將結(jié)構(gòu)的全部或大部分質(zhì)量懸掛起來，使地面運動懸掛隔震是將結(jié)構(gòu)的全部或大部分質(zhì)量懸掛起來，使地面運動傳遞不到主體質(zhì)量，產(chǎn)生不了慣性力，從而起到隔震作用。具傳遞不到主體質(zhì)量，產(chǎn)生不了慣性力，從而起到隔震作用。具體原理見圖體原理見圖8.35和和P261。 2、應(yīng)用、應(yīng)用 n懸掛結(jié)構(gòu)在橋梁、房屋建筑、火電廠鍋爐架等方面有大量應(yīng)用。懸掛結(jié)構(gòu)在橋梁、房屋建筑、火電廠鍋爐架等方面有大量應(yīng)用。著名的著名的4

31、3層香港匯豐銀行新大樓，采用的就是懸掛結(jié)構(gòu)。層香港匯豐銀行新大樓，采用的就是懸掛結(jié)構(gòu)。n懸掛結(jié)構(gòu)懸桿受力大，需采用高強鋼。而高強鋼韌性差，在豎懸掛結(jié)構(gòu)懸桿受力大，需采用高強鋼。而高強鋼韌性差，在豎向地震作用下易拉斷。為減小豎向地震作用，可在吊點設(shè)減震向地震作用下易拉斷。為減小豎向地震作用，可在吊點設(shè)減震彈簧，并配合使用阻尼器。彈簧，并配合使用阻尼器。 2021-10-1529四、耗能減震四、耗能減震 1 1、方法、方法n耗能減震是通過采用附加子結(jié)構(gòu)或一定措施，消耗地震傳遞給耗能減震是通過采用附加子結(jié)構(gòu)或一定措施，消耗地震傳遞給結(jié)構(gòu)的能量。結(jié)構(gòu)的能量。n地震時，結(jié)構(gòu)在任意時刻的能量方程為：地震時

32、，結(jié)構(gòu)在任意時刻的能量方程為：EtEsEf 式中，式中，Et為輸入結(jié)構(gòu)的能量，為輸入結(jié)構(gòu)的能量，Es為主體結(jié)構(gòu)的耗能；為主體結(jié)構(gòu)的耗能；Ef為為附加子結(jié)構(gòu)的耗能。附加子結(jié)構(gòu)的耗能。n主結(jié)構(gòu)耗能組成：主結(jié)構(gòu)耗能組成： EsEvEcEeEy 式中，式中，Ev為結(jié)構(gòu)振動動能；為結(jié)構(gòu)振動動能；Ee為結(jié)構(gòu)振動勢能；為結(jié)構(gòu)振動勢能；Ec為結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)粘滯阻尼耗能；粘滯阻尼耗能；Ey為結(jié)構(gòu)塑性變形耗能。為結(jié)構(gòu)塑性變形耗能。n耗能減震原理：耗能減震原理： 從能量的觀點，地震輸入結(jié)構(gòu)的能量是一定的，通過耗能從能量的觀點，地震輸入結(jié)構(gòu)的能量是一定的，通過耗能裝置消耗掉一部分能量，則結(jié)構(gòu)本身需消耗掉的能量減小，意裝置

33、消耗掉一部分能量，則結(jié)構(gòu)本身需消耗掉的能量減小，意味著結(jié)構(gòu)反應(yīng)減小。味著結(jié)構(gòu)反應(yīng)減小。 從動力學(xué)的觀點出發(fā)，耗能裝置的作用，相當于增大結(jié)構(gòu)從動力學(xué)的觀點出發(fā)，耗能裝置的作用，相當于增大結(jié)構(gòu)阻尼，從而使結(jié)構(gòu)反應(yīng)減小。阻尼，從而使結(jié)構(gòu)反應(yīng)減小。2021-10-1530四、耗能減震四、耗能減震 （續(xù)一）（續(xù)一）2 2、耗能裝置耗能裝置 n耗能裝置可以是安放在結(jié)構(gòu)物能產(chǎn)生相對位移的阻尼器，也可耗能裝置可以是安放在結(jié)構(gòu)物能產(chǎn)生相對位移的阻尼器，也可以是由結(jié)構(gòu)物的某些非承重構(gòu)件設(shè)計成的耗能構(gòu)件。以是由結(jié)構(gòu)物的某些非承重構(gòu)件設(shè)計成的耗能構(gòu)件。n這些耗能裝置在風(fēng)或小震作用下應(yīng)具有較大的剛度。但強烈地這些耗能裝

34、置在風(fēng)或小震作用下應(yīng)具有較大的剛度。但強烈地震發(fā)生時，耗能裝置應(yīng)率先進入非彈性狀態(tài)，產(chǎn)生較大的阻尼，震發(fā)生時，耗能裝置應(yīng)率先進入非彈性狀態(tài)，產(chǎn)生較大的阻尼，大量消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量。大量消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量。n試驗表明，耗能裝置可消耗地震輸入能量的試驗表明，耗能裝置可消耗地震輸入能量的90以上。以上。 n工程結(jié)構(gòu)抗震采用的耗能裝置工程結(jié)構(gòu)抗震采用的耗能裝置 n阻尼器：阻尼器：軟鋼阻尼器軟鋼阻尼器 、擠壓鉛阻尼器、擠壓鉛阻尼器 、摩擦阻尼器、摩擦阻尼器 、粘彈性阻尼器、粘彈性阻尼器 n耗能支撐耗能支撐 ：耗能交叉支撐耗能交叉支撐 、摩擦耗能支撐、摩擦耗能支撐 、耗能偏心支撐、耗能偏心支撐 、

35、耗能隅撐、耗能隅撐 n耗能墻耗能墻 ：帶豎縫剪力墻帶豎縫剪力墻 、周邊耗能墻、周邊耗能墻 、水平縫摩擦墻、水平縫摩擦墻 、阻尼器剪力墻、阻尼器剪力墻 （具體原理和應(yīng)用見（具體原理和應(yīng)用見P263P268。 ）2021-10-1531五、沖擊減震五、沖擊減震1 1、 原理原理n沖擊減震是依靠附加活動質(zhì)量與結(jié)構(gòu)之間的非完全彈性碰撞達沖擊減震是依靠附加活動質(zhì)量與結(jié)構(gòu)之間的非完全彈性碰撞達到交換動量和耗散動能而實現(xiàn)減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的技術(shù)。具體到交換動量和耗散動能而實現(xiàn)減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的技術(shù)。具體工作原理見工作原理見P268P271。nS.F.Masri研究平穩(wěn)隨機振動的沖擊減震問題，獲得以下結(jié)論：研究

36、平穩(wěn)隨機振動的沖擊減震問題，獲得以下結(jié)論： （1）沖擊減震器能夠減輕平穩(wěn)隨機振動，但減震效果不如抑制）沖擊減震器能夠減輕平穩(wěn)隨機振動，但減震效果不如抑制簡諧振動的效果。簡諧振動的效果。 （2）沖擊減震器的最優(yōu)活動間隙與安裝部位的位移有關(guān)。）沖擊減震器的最優(yōu)活動間隙與安裝部位的位移有關(guān)。 （3）主振結(jié)構(gòu)阻尼越小，沖擊減震效果越好。）主振結(jié)構(gòu)阻尼越小，沖擊減震效果越好。 （4）如沖擊減震系統(tǒng)的激勵是高斯過程，它的響應(yīng)仍然接近高）如沖擊減震系統(tǒng)的激勵是高斯過程，它的響應(yīng)仍然接近高斯過程。斯過程。 2 2、 1 應(yīng)用（見應(yīng)用（見P272） 2021-10-1532六、吸振減震六、吸振減震n吸振是通過附加子結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的振動發(fā)生轉(zhuǎn)移，即吸振是通過附加子結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的振動發(fā)生轉(zhuǎn)移，即使結(jié)構(gòu)的振動能量在原結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)之間重新分配，使結(jié)構(gòu)的振動能量在原結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)之間重新分配，從而達到減小結(jié)構(gòu)振動的目的。從而達到減小結(jié)構(gòu)振動的目的。n目前工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用的吸振裝置主要有三種，它們是：目前工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用的吸振裝置主要有三種，它們是：被