顆粒阻尼技術(shù)應(yīng)用在建筑工程上的初步試驗(yàn)

EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.顆粒阻尼應(yīng)用在建筑上試驗(yàn)初探摘要：分析了顆粒阻尼技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)可能性，并指出了顆粒阻尼在建筑物上應(yīng)用的具體位置和安裝方式；通過單層和多層鋼框架模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，探討了砂子、鋼珠等材料作為建筑結(jié)構(gòu)顆粒阻尼材料的減振性能和減振效果。實(shí)驗(yàn)表明：粗砂作為建筑結(jié)構(gòu)的顆粒阻尼材料，可以提供較大的等效阻尼比，能夠明顯減輕結(jié)構(gòu)的大震反應(yīng)。關(guān)鍵詞：顆粒阻尼；建筑物；減振控制；振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)1引言將一定粒徑的顆粒材料（如鐵砂、鉛粒等）裝入相應(yīng)的結(jié)構(gòu)空腔內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，顆粒體在結(jié)構(gòu)空腔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與腔壁碰撞，同時(shí)顆粒之間也相互碰撞和摩擦，從而消耗振動(dòng)能量，這種耗能作用稱為顆粒阻尼(ParticleDamping，簡稱PD)。PD技術(shù)具有應(yīng)用環(huán)境范圍廣，對(duì)原結(jié)構(gòu)改動(dòng)小，產(chǎn)生的附加質(zhì)量小，作用頻帶寬，布置靈活，減振效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，且具有與溫度獨(dú)立性，也無材性退化與疲勞效應(yīng)等問題，使得其適用性大大增強(qiáng)，是二十世紀(jì)九十年代以來，航空航天、機(jī)械等領(lǐng)域減振控制的研究熱點(diǎn)之一，而在建筑物上應(yīng)用則很少有研究。本文探討了顆粒阻尼在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用問題，包括顆粒阻尼材料的選取及其在結(jié)構(gòu)中的可能安放位置，并通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)對(duì)砂及鋼珠的減振效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。2PD在建筑物內(nèi)的安裝位置在建筑物中應(yīng)用PD技術(shù)，占用一定的建筑空間，但不能占用使用空間和使用面積。通過對(duì)比，以下位置可作為PD技術(shù)的應(yīng)用空間。(1)建筑隔墻位置。隔墻是較為理想的顆粒阻尼技術(shù)應(yīng)用位置，對(duì)于輕質(zhì)砌塊隔墻，可以在其砌筑過程中安裝PD（如圖1a所示）；(2)地暖的水管之間位置。地暖是目前冬季需要采暖的城市正在推廣使用的地面采暖方式，熱水管及其面層的空間高度在100mm左右，水管之間有300-400mm的空間填充輕骨料混凝土。顆粒阻尼器可以布置在水管之間（如圖1b所示）；(3)梁側(cè)。在梁側(cè)安裝PD，既不占用使用空間，隱蔽性又較好（如圖1c所示）；(4)屋頂保溫隔熱層。保溫隔熱層是所有位置中最理想的顆粒阻尼安裝位置，顆粒阻尼布置在保溫材料或找坡層中（（如圖1d所示）。abcd圖1PD安裝位置3PD材料的選取3.1材料初選目前，阻尼顆粒主要選用比重較大的金屬顆粒，如鋼顆粒、碳化鎢顆粒等。這類顆粒體積小、比重大，可以很好地發(fā)揮相互間的沖擊和摩擦等耗能作用，但其造價(jià)昂貴，不適合在建筑物中應(yīng)用?？紤]到土木工程的特點(diǎn)及砂粒和卵礫的粉體力學(xué)性質(zhì)與低廉的價(jià)格，選用砂?；蚵训[作為顆粒阻尼材料將會(huì)具有良好工程應(yīng)用前景。由于砂本身粗細(xì)不均，需要按照顆粒直徑篩選，并盡量選擇顆粒等級(jí)相似的砂。為準(zhǔn)確分析，選取篩取不同粒徑的砂(粗砂:1～2mm；細(xì)砂：0.5mm以下)和直徑在5mm以上的卵石，烘干后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3.2實(shí)驗(yàn)篩選慎將自頻咐為艱3.7H似z罰、阻尼比挖為酬0.75雅%桶的單層鋼框架誠縮尺模型槐（如圖鍬2昆所示）塌安裝于淹電磁奶振動(dòng)臺(tái)上，在昏粘接于其頂部驅(qū)的不銹鋼圓盤朗中盛放一定質(zhì)石量（與結(jié)構(gòu)總揚(yáng)質(zhì)量比傭?yàn)槌?0伙%?。┑膿谱枘犷w粒辛，為對(duì)比減振斗效果址，將同質(zhì)量的拒鐵塊附于結(jié)構(gòu)精表面進(jìn)行配重漂對(duì)比削。霸通過振動(dòng)臺(tái)輸涼入則不同頻率，不斥同加速度峰值每的朗正弦波，測(cè)試吃模型的拜加速度逼反應(yīng)撿。測(cè)試久結(jié)果管表明，義模型拒加速度超反應(yīng)怪達(dá)到杜0.4蚊g遺后，盤內(nèi)的挎粗罵砂開始運(yùn)動(dòng)，奶而細(xì)砂則需要客更高的加速度獄，卵礫聞起動(dòng)加速度較居粗砂因略低較。旺不同阻尼材料熱的龜模型姐加速度殖反應(yīng)滴不同，但均比撈盤俯內(nèi)乓未加奔砂時(shí)明顯鞭減討輕半，姻說明勵(lì)三種材料都有鋪一定的阻尼效夠果，其中接結(jié)構(gòu)的箱加速度符反應(yīng)以粗砂跳最小，沿卵石雅最大。哪瞬時(shí)阻尼比羅對(duì)比領(lǐng)（見圖泡4盞）伶表明納粗砂和卵石阻玻尼比較大，細(xì)困砂較小。綜合插以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果吹，粗砂減震效斤果最為理想。環(huán)圖最2綠畏單層框瓶架鈔呼女周概圖俊3勺加十層鋼框架澡3.4雷昆環(huán)境振動(dòng)和地炭震動(dòng)作用下定砂顆粒阻尼賓減振效果試驗(yàn)處為進(jìn)一步考查痕砂顆粒阻尼晃（以下簡客稱呆SPD嫌）燦的減振效果，軋制作了暴一睬個(gè)清前三階頻率分初別而為糧1.79贊Hz鳥、辣5.44錄Hz木、舅和碗9.08Hz誓的拘1腎1燭層鋼框架踏縮尺漫模型尤（如蘭圖駱3消所示）爺，選定粗砂作殊為暖顆粒歐阻尼材料姐，并輔以鋼珠砌作為對(duì)比材料臨。發(fā)根據(jù)橡振動(dòng)臺(tái)輸入革振動(dòng)波君及其加速度峰權(quán)值僻的不同甚、機(jī)顆粒阻尼爸材料及其質(zhì)量徒和位置的不同務(wù)，挪共進(jìn)行了崇近制4乳0用種工況的試驗(yàn)于。挑其中，傷振動(dòng)臺(tái)輸入分玉別為丸ElCen固tro勤波、寧河波和廊某高架橋交通侄誘發(fā)振動(dòng)的實(shí)由測(cè)記錄（簡稱灣環(huán)境振動(dòng)波）安，承表亭1跡列出了滅ElCen誘tro閱波輸入下的振雁動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)工況注。醋試驗(yàn)結(jié)果茂表明闖（如忌圖撓4蹦所示）姥：蓮添加顆粒阻尼春器后時(shí)的攪加速度廳反應(yīng)充均小于不加阻到尼器的對(duì)比工似況綱，這說明砂阻哀尼處器任起到了風(fēng)良好無的減震效果乳；睬從表1振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)工況（ElCentro波輸入）工況號(hào)加速度峰值(g)阻尼材料質(zhì)量比位置（層）10.2粗砂2%1020.2粗砂2%7-1030.2粗砂3.5%7、1040.2粗砂3.5%4-1050.4粗砂2%1060.4粗砂2%7-1070.4粗砂3.5%7、1080.4粗砂3.5%4-1090.2鋼珠2%10100.2鋼珠2%7-10110.4鋼珠2%10120.4鋼珠2%7-10退減椅震率來咳看屯，頂部減震效吳果明顯，減震誦率造可寄達(dá)蹈到召5齊0菠％，底部減震法率勿也廁不低僑于笛10%潤；幸3.5%擔(dān)質(zhì)量比突工況的端減震效果要惑比紅2昏%烘質(zhì)量比序的麗工況山好一些眉，澡也就銜是說閱質(zhì)量比增大后竟，減震效果有材一定提高；鋼料珠傲的躍減震效果略好戒于同等情況下殿的粗砂，但謊前者在棉經(jīng)濟(jì)和躍耐腐蝕方面處等于劣勢(shì)貧；蓋分散和集中布策表1振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)工況（ElCentro波輸入）工況號(hào)加速度峰值(g)阻尼材料質(zhì)量比位置（層）10.2粗砂2%1020.2粗砂2%7-1030.2粗砂3.5%7、1040.2粗砂3.5%4-1050.4粗砂2%1060.4粗砂2%7-1070.4粗砂3.5%7、1080.4粗砂3.5%4-1090.2鋼珠2%10100.2鋼珠2%7-10110.4鋼珠2%10120.4鋼珠2%7-10才a偏三種材料引起典瞬時(shí)阻尼比對(duì)淺比痕拿利班b雷加細(xì)砂前后加竊速度對(duì)比歉圖懇4肢減振效果對(duì)比步圖粒5童減震和未減震言模型怒各層加速度時(shí)圓程阿曲線4結(jié)論繼通過振動(dòng)臺(tái)試擔(dān)驗(yàn)，對(duì)顆粒阻符尼技術(shù)在建筑款物振動(dòng)控制中茶的應(yīng)用進(jìn)行了淡探索腎，棒研究結(jié)果祖表明鉛，們粗砂取材方便挺，價(jià)格低廉，昨可以作為阻尼自材料毒在建筑上應(yīng)用蕉；系建筑物的隔墻信、地面、屋頂埋等位置都可以股放置顆粒阻尼元器咸；覆粗騎砂熱顆粒阻尼腥器謝需到振動(dòng)振動(dòng)斃加速度達(dá)闖到品0.4駛g室后才有較好的圖減振效果，因品此幣對(duì)建筑物的長大勒震反應(yīng)具有良額好的抑制多作用獅，找對(duì)小震及四環(huán)境振動(dòng)的減籍振效果不明顯碼。參考文獻(xiàn)與徐志偉，陶寶置祺喚，斷營黃協(xié)通清演.NOP饞D刊顆粒減振機(jī)理津的理論及實(shí)驗(yàn)虜研雖究偽[J]漫.紹航空學(xué)報(bào)黎.隸2001腔，待22(3)權(quán)，鄉(xiāng)347-35閣0首,,做乞ngong.秀Energ秤ydiss療ipatio恒npred餡iction界ofpa前rticle茫dampe嚼rs[J]挺.垂Journ信alof椒Sound陶andVi介bratio筐n持，冊(cè)2009助，炒(319)旗9魯1帶–蜘118.旱毛寬民驗(yàn),段師漢民柳,耗黃其柏禍,捧陳天寧貫,虜黃協(xié)儉清板.NOP敏D馬的橢球狀散體遙元建描模捧[J]冊(cè).庭工程力學(xué)蛛.符2000贊,丙17(6)葛,短65-72斑Friend肚R.D.避,擦KinraV蝴.K.20世00粒.容Partic憂leImp第actDa培mping.僚撈[J]寒.Soun閱dVib.背2000因,場1(6):9扯3~118盤Poppl購ewell積N.惰,分Semerc于igilS枝.E.Per躺forman奴ceof竄thebe榮anbag風(fēng)dampe酒rfor唇asinu綿soidal曾exter鳥nalfo驢rce[J]甘.Journ朱alof告Sound壺andVi冰bratio鼻n氣,京1989騎,盆133(2)耗:193-2抹33.遮陳天寧直,垂陳花玲雞,撇黃協(xié)統(tǒng)清雕.烤豆包消振器的濁阻尼