减震技术的基本原理篇1

关键词：建筑工程；结构抗震；技术

1.建筑工程结构抗震技术的基本原理与设计原则

建筑工程结构抗震技术的基本原理是：通过增加建筑物的阻尼来增大对地震所释放能量的吸收和消耗，从而达到减轻振动，减少损害的目的。建筑工程结构抗震技术与传统抗震技术区别是：结构抗震技术是将地震看作一种能量的释放过程，透过增加建筑物的阻尼的方式主动抗震，从而减轻地震对建筑物的破坏。而传统的抗震方法只是将地震看作是一种力的作用，透过增强建筑物的刚度和强度的方式实行被动防震[1]。

建筑工程结构抗震技术设计应该遵循以下原则：

（1）结构应具有连续性。在对建筑物进行设计时，应该使建筑物在结构上具备完整的连续性，这样就能够使建筑物在地震中保持为一个整体，促进其抗震功能的发挥。

（2）保证构件间的可靠连接。在建筑物的设计和施工过程中，应该注重加强建筑物各构件之间的稳固连接，这样就能够使建筑物在地震的能量传递中保持一定的强度和建筑物变形时保持一定的延展性，从而加大建筑物的抗震性能。

（3）增强房屋的竖向刚度。在设计和对建筑物进行施工时，应该使建筑物在横竖两个方向上都具备足够的竖向刚度，同时确保建筑物基础部分的整体性，以避免或者降低地震时建筑物所遭受的损害。

2.两种可靠度的结构体系目标功能水平优化决策模型

已知结构抗震设计的要求为：P（G≥0）≥Pa，（Pa为与结构抗震可靠指标相应的可靠度）。

2.1模型1参数规划法

其中，X为结构设计方案的设计变量向量（其维数假定为n），根据优化层次的不同，可以是与结构布局、拓扑、形状、尺寸等有关的变量。目标函数中，C0（X）为结构的初始造价[2]。方案X的函数，第二项结构失效损失期望中；Psi为设计方案X基于功能i的结构体系可靠度；Cfi为该功能失效的损失值。约束条件中gj（X）≤0为与设计方案有关的约束条件，如构件的强度约束、构造要求约束等；[Psk]-Psk（X）≤0为基于功能的结构体系可靠度约束。

模型1包括两类设计变量：设计方案和基于功能的结构体系目标可靠度。把目标可靠度处理为参数，从而模型1转化为一系列包含目标可靠度参数的优化问题。求解时，首先对目标可靠度取若干不同的值，分别对模型1进行优化设计，选出相应的优化设计方案。利用这些优化设计方案拟合出目标函数对目标可靠度的变化曲线，曲线上目标函数最小值所对应的目标可靠度就是所求的最优目标可靠度。

2.2模型2约束放松法

比较模型1与模型2可以看出：模型2实际上就是在模型1的基础上去掉基于功能的结构体系可靠度所对应的约束条件。即：首先对整个优化模型的约束条件进行放松，然后对结构进行优化设计，以得到相应的优化设计方案，最后从最优设计方案计算出的基于功能的结构体系可靠度，也就是最优目标可靠度。

3四种建筑工程结构抗震控制的常用技术

3.1被动控制

被动控制的防震技术并不包含外部能源的抗震技术，通常是在建筑物的某个部位增加子系统或者对建筑物的某些构建进行结构上的处理以改变其动力特性，被动控制抗震技术可以分为基础隔震以及耗能减震两个类别：

（1）基础隔震。建筑物的基础隔震技术指的是：在建筑物的基础部分构建控制机构来阻隔地震时能量的向上传送，达到减轻建筑物的振动，降低地震破坏的效果[3]。当前研究应用的建筑物隔震技术主要有：摩擦滑移隔震、层橡胶垫隔支撑式摆动隔震珠、滚轴隔震以及混合隔震等。

（2）耗能减震。建筑物耗能减震技术的原理是：将地震能量导向特别的元件或者机构并加以吸收和消耗进而减轻建筑物主体的损耗。建筑物耗能减震技术是：将建筑物的一些部件设计成耗能元件，或者在建筑物的一些部位装配阻尼器在小震以及荷载作用下，这些阻尼器和耗能元件都处于弹性状态，使建筑物的整个结构具各很强的刚度，进而在地震中发挥重要作用。在强烈地震发生时，阻尼器和耗能元件会进入非弹性状态，使建筑物的阻尼大大增加，大量吸收和消耗地震能量，使建筑物的主体振动大大减小，进而达到保护建筑物的效果。

3.2主动控制

建筑工程中的主动控制抗震技术需要外部能源来实现，它需要透过施加和振动力向相反的作用力来进行建筑物减震，这种技术的原理是：传感器对建筑物的外部激励以及动力响应进行监测，然后将信号传送到计算机，计算机再依据程序计算应该施加的作用力的大小，然后经过外部的能源驱动控制系统产生所需求的作用力。当前建筑业已经研究和开发的建筑物主动控制抗震装置主要有：主动拉索系统、主动质量阻尼系统、主动空气动力挡风板系统、主动支撑系统以及气体水冲发生器等。

3.3半主动控制

建筑物半主动控制抗震技术是：使用控制机构来调节建筑物在地震发生时的结构参数来实现减震日的，这项技术对于外部能源的要求不高，只需要弱电装置来供应就可以了。比如，蓄电池等半主动控制抗震技术通常使用开关来控制，透过开关来调节控制器的状态，进而改变建筑物的动力特性。当前建筑业比较常用的建筑物半主动控制减震装置有[4]：可变阻尼系统、可变刚度系统、可控液体阻尼器、主动调节参数质量阻尼系统以及可控摩擦式隔震系统等。

3.4混合控制

建筑物混合控制抗震技术是被动控制与主动控制的综合应用，这种抗震技术充分运用了被动控制与主动控制的抗震优点，它既能够透过被动控制抗震系统吸收和耗散地震能量，又能够运用主动控制抗震系统来达到抗震效果，所以混合控制抗震技术具有非常高的应用价值。当前建筑业比较常用的混合控制抗震装置主要有：阻尼耗能抗震与主动控制抗震相结合的混合控制抗震系统[5]、调谐质量阻尼系统与主动质量阻尼系统组合的混合控制、滑掀体阻尼系统与主动质量阻尼系统结合的混合控制抗震系统，基础隔震抗震与主动控制抗震结合的混合控制抗震系统等

以上四种建筑工程结构抗震技术，主动控制抗震技术拥有最好的抗震效果，但是因为它所需外部能量大，再加上控制系统比较复杂，所以在实际运用上反而不够普遍。被动控制抗震技术实用性比较大，发展迅速，应用最为广泛，加上主动控制抗震技术由于其精确度比较高，价格相对低廉，所以有着很好的市场前景。混合控制抗震技术具各了几种抗震技术的优势所以效果十分突出，前景也非常广阔。

参考文献：

[1]宋雪.关于地震的发生与结构抗震的浅谈[J].硅谷.2008（23）

[2]王光远等著.工程结构与系统抗震优化设计的实用方法[M].中国建筑工业出版社，1999

[3]刘如山，胡少卿，石宏彬.地下结构抗震计算中拟静力法的地震荷载施加方法研究[J].岩土工程学报.2007（02）

[4]苏启旺，孙玉平，赵世春.基于震害的多层砌体结构抗震性能评估方法[J].西南交通大学学报.2011（01）

减震技术的基本原理篇2

关键词： 结构减震， 隔震， 消震， 土木工程

中图分类号：TQ336.4文献标识码： A

前言：传统的结构抗震是弹塑性设计方法， 采用增强结构本身的抗震性能（ 强度、刚度、延性） 来抵御地震作用， 这是被动消极的抗震对策。由于人们对未来地震灾害作用的强度和特性尚不能准确地估计， 按传统抗震方法设计的结构不具备自我调节的能力。因此， 结构很可能不满足安全性的要求， 而产生严重破坏或倒塌， 鉴于结构减震控制技术涵盖范围太大， 下面讨论其中的隔震控制技术及耗能减震技术。

一、结构减震控制的概念及分类

应用结构控制系统是解决结构工程安全性问题的一个可替代的方法，从而为结构控制理论在土木工程中的应用指出了光明的前景。结构控制的概念可以简单表述为： 通过对结构施加控制机构， 由控制机构与结构共同承受振动作用， 以调谐和减轻结构的振动反应， 使其在外界干扰作用下的各项反应值被控制在允许范围内。结构减震控制根据是否需要外部能源输入可分为被动控制、主动控制和混合控制。被动控制是指不需要能源输入提供控制力， 控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息的控制方法。文中所讨论的基础隔震、耗能减震等均为被动控制。

一、隔震控制技术

1 隔震控制技术的基本原理

由地震反应谱知， 随周期的增大， 加速度反应谱逐渐减小， 通常低层建筑物的刚度很大， 因而周期短， 地震时输入其中的加速度较大， 所以如果采取措施加大延长结构基本自振周期， 使其远离场地的卓越周期， 使结构的基频处于地震能量高的频段之外， 将会有效地降低建筑物的输入加速度。同时由地震反应谱还可看出， 当周期增大时， 位移反应谱逐渐增大， 这就是说地震时由于建筑物周期的增大， 反应位移将增加， 若同时再加上阻尼， 反应位移将不会过大， 而且反应加速度下降的效果将更好。

2 常用的隔震装置及其应用

2. 1 橡胶支座的应用

现代用于隔震的橡胶支座由橡胶片和薄片增强钢板粘合硫化加工而成， 容易采用现代橡胶化工技术制造， 如图1 所示。它的水平向刚度较低， 而垂直向刚度则很高。这种形式的橡胶支座首先在桥梁上使用。建筑与桥梁所用的橡胶支座结构基本相同，有类似的结构动力学要求， 也同样具有耐久性、可靠性和包括防火在内的环境耐受性问题， 在地震荷载作用下， 橡胶支座可以隔离水平向的运动分量但在垂直向保持不动。因而既可以隔离由于地铁或公共交通产生的高频振动， 也可以保护结构免受地震或其他振动的伤害。

2. 2 铅芯橡胶支座的应用

铅芯橡胶支座是在叠层橡胶支座中部圆形孔中压入铅而成的， 是对橡胶支座的一大改进。由于铅具有较低的屈服点和较高的塑性变形能力。铅芯具有提高支座的吸能能力， 确保支座有适度的阻尼， 同时又具有增加支座的初始刚度， 控制风反应和抵抗微震的作用。铅芯橡胶支座既具有隔震作用， 又具有阻尼作用， 因此可单独使用， 无需另设阻尼器， 使隔震系统的组成变得比较简单， 可以节省空间， 在施工上也较为有利。

三、耗能减震技术

1 耗能减震技术的基本原理

结构耗能减震技术是在结构物某些部位设置耗能装置， 通过耗能装置产生摩擦， 弯曲弹塑性滞回变形耗能来耗能或吸收地震输入结构中的能量， 以减小主体结构地震反应， 从而避免结构产生破坏或倒塌， 达到减震控震的目的。而装有耗能（ 阻尼） 装置的结构称为耗能减震结构。耗能减震结构具有减震机理明确、减震效果明显、安全可靠、经济合理、技术先进、适用范围广等特点。

2 常用的耗能减震装置及应用

2. 1 摩擦耗能装置

摩擦耗能器是根据摩擦做功而耗散能量的原理而设计的， 目前已有多种不同构造的摩擦耗能器， 如Pall 型摩擦耗能器， 摩擦筒制震器， 限位摩擦耗能器， 摩擦滑动螺栓节点及摩擦剪切铰耗能器等。摩擦阻尼器种类很多， 但都具有很好的滞回特性， 滞回环呈矩形， 耗能能力强， 工作性质稳定等， 图2 即为回复力特性曲线。

2.2 钢弹塑性耗能器

软钢具有较好的屈服后性能， 利用其进入弹塑性范围后的良好滞回特性， 目前已研究开发了多种耗能装置， 如加劲阻尼装置、锥形钢耗能器、圆形（ 或方框） 钢耗能器、双环耗能器、加劲圆环耗能器、低屈服点钢耗能器等。这类耗能器具有滞回性能稳定、耗能能力大， 长期可靠并不受环境与温度影响的特点。图3 即为典型的回复力特性曲线。

2.3 粘弹性阻尼器

典型的粘弹性阻尼器是由两个T 型约束钢板夹一块矩形钢板而组成， T 型约束钢板与中间钢板之间夹了一层粘弹性材料， 在反复轴向力作用下， 约束T 型钢板与中间钢板产生相对运动， 使粘弹性材料产生往复剪切滞回变形来增加结构的阻尼， 耗散输入的振动能量， 从而减小结构的振动反应。

四、结构减震控制的最新研究及未来发展趋势

由地震反应谱知，随周期的增大，加速度反应谱逐渐减小，通常低层建筑物的刚度很大，因而周期短，地震时输入其中的加速度较大，所以如果采取措施加大延长结构基本自振周期，使其远离场地的卓越周期，使结构的基频处于地震能量高的频段之外，将会有效地降低建筑物的输入加速度，从而达到减震的作用。基础隔震是在建筑结构底部与基础顶面之间设置隔震控制体系，使上部结构与基础分离。通过隔震体系隔离地震波向上部结构的输入，延长结构基本周期，减小输入上部结构的地震能量，降低建筑物地震反应，使结构加速度反应减小，实现地震时建筑物只发生较轻微的运动和变形，从而保障建筑物的安全。目前隔震研究的重点和今后的发展在以下两个问题上：

1 近场强地震条件下， 沿断层破裂方向有一个很强的加速度与位移脉冲。当位移脉冲超出隔震系统的最大允许位移时， 结构会与限位装置发生碰撞， 对结构产生冲击。这种冲击对结构的安全是有害的。

2 结构阻尼的分布影响结构动力特征已经为人们所认识， 通过在结构的特定部位设置阻尼器控制结构的动力特性， 减弱结构在地震中的动力反应使结构更安全是目前隔震研究中的热点， 目前主要集中在新型阻尼器的研究上， 如何使阻尼器在小位移下就可以有效地产生所需的阻尼。

五、 结语

目前， 世界上许多国家开展了结构减震技术与理论的研究，并致力于该技术的推广应用。结构减震控制技术是一门科学性和技术性很强的应用科学，在结构设计中应用减震控制技术， 能很好地减小地震反应从而降低抗震等级， 同时建筑物的总造价增大不多。另外， 随着结构减震技术的发展， 减震系统造价不断减低， 减震房屋的经济效益会越来越突现。结构减震技术代表着未来抗震技术的发展方向， 值得大力推广应用。

参考文献：

[1] 周福霖. 工程结构减震控制[M] . 北京： 地震出版社， 1977.

[2] GB 5001122001， 建筑抗震设计规范[S] .

减震技术的基本原理篇3

关键词：房屋基础隔震 原理 技术要点 优势 现状

2008年的5・12汶川地震在给我们带来伤痛的同时也引起了各界对房屋建设的关注，对于每一名房屋设计和建设者来说如何提高房屋的抗震能力成了必须思考和探索的问题。广木线穿心店站的货运楼在其周围房屋基本倒塌的情况下仍然可以保持房屋上部结构的基本完整性这一特殊的现象为我们有效提高房屋抗震性能提供了一种可能。经过调查发现该楼房在修建过程中应用房屋基础隔震技术，这就提示我们房屋基础隔震技术能有效提供房屋抗震性能，而这一点在国家现行的GB 50011.2001建筑抗震设计规范中得到证明。下面就介绍一下房屋基础隔震技术的基本原理和优越性，并且探讨一下其应用的方法。

1、房屋基础隔震技术的基本原理

房屋基础隔震技术的基本原理就是在房屋的上部结构同地基之间实现柔性连接――一般是在上下结构的中间增加水平刚度低且具有适当的隔震和增加结构系统的柔性，使上部结构得以同可能造成破坏的地面运动分离，以达到降低房屋上部结构的地震能量加速，且提高房屋对于地震的抵抗能力的目的。可以说基础隔震技术通过“以柔克刚”的方式使得房屋的抗震性能大大提高。当地震破坏程度较小时，“隔震装置的初始刚度足以使房屋屹立不动”，在遇到破坏性大的地震时这种设计就可以保持房屋的基本结构让房屋不至完全倒塌，就像5・12地震中的广木线穿心店站的货运楼。

房屋结构应用基础隔震措施后，其周期是没有应用基础隔震结构的2～3倍，依据反应谱理论可知较长的隔震建筑的周期可以使地震对房屋的影响大幅度减小。但就传统对原理的解释来看，这种隔震设计一般多用于层数较少的楼房，而目前我国在高层建筑中也开始了基础隔震技术的使用。虽然，这用传统的理论很难解释其合理性，但是从实际运用中来看，我们仍旧可以发现其合理因素所在，即就隔震能力本身而言基础隔震技术降低房屋上部结构的地震能量加速。

2、房屋基础隔震设计的优越性

无论是从理论上还是实践中基础抗震设计较传统抗震设计在抗震能力和节约成本方面都有很大的优势。

2.1 抗震能力更好 明显有效地提高了地震对房屋结构的影响。基础隔震技术使得房屋结构的加速度降低60%左右，也就是相当于没有运用基础抗震技术结构的1/10～1/4。如此一来房屋上部结构的地震反应也刚体平动十分类似，从而能让房屋的整体结构得到有效的保护，同时也因结构的震动得以保持在较为轻微的水品内而让房屋的内部设施。同时在地震时，应用了基础抗震设计的房屋能够保持上部结构的弹性工作状态的正常运作，这可以给某些重要的建筑物以可靠的保护。

2.2 节约成本 从目前国内的房屋建设实例来看，采用了基础隔震设计的房屋在初始造价上往往较非基础隔震设计的房屋高，但是我们在计算隔震设计的经济性时不能只考虑初始的工程费用，而应该从其抗震性能、抗震安全性、震后维护等方面来进行评估。首先，房屋基础隔震可以有效的保护房屋内部的浮放设备，防止内部物品的破损，减少了受灾群众的经济损失和次生灾害的发生。其次，抗震措施简单明了，隔震设计仅考虑隔震装置，“这样就可以把设计、试验、制造的注意力集中到这些构件上”，因此建筑结构的设计与施工得以简化。最后，地震后无需对隔震建筑进行过多的维修。

3、房屋基础隔震设计的应用方法

3.1 隔震装置的选择 现阶段常用的隔震装置有：加铅芯的多层橡胶支座、橡胶隔震支座、摩擦滑动层隔震装置、阻尼器。这些隔震装置都各有其优缺点，具体什么选择还得按照房屋的总体设计需要来，但总的来讲要想隔震装置在地震中发挥作用，保证房屋整体的抗震性能和安全性，就必须就有适当的阻尼及消能能力基础隔震装置必须具有一定的阻尼、消能能力和竖向承载能力。下面我们就以叠层橡胶隔震支座为例。叠层橡胶隔震支座一般用天然橡胶或者人工合成橡胶制作，呈圆柱形，直径在300mm以上1000mm以下，单个可以承重500KN到700KN。其有点是有很好的自复能力。其缺点是“由于上部结构的粱是由叠层橡胶支座为其竖向支座的，为了减小梁的跨度，就需要放置比较多的叠层橡胶支座，那么就提高了整个隔震体系的成本。”

3.2 确定水平向减震系数 水平向减震系数取值必须大于等于0.25，而且隔震作用发挥后，地震作用的总水平应该是隔震结构相对的减震系数的百分之七十。

3.3 基础设计要点 当我们进行抗震设计的基础设计时可以不考虑隔震产生的减震效果，只需按原设防烈度着手设计即可。

3.4 隔震层设计要点 隔震层能在地震中起到应有作用是设计的根本，因而就必须确保整体隔震结构得以协调工作，这样一来我们在将具有合适刚度的梁板体系安排在隔震结构的项部的同时要做到让该层隔震装置的两种负荷――永久、可变负荷的“竖向平均压应力限值不超过相关规范规定，且在罕遇地震下不出现拉应力。”还有一点需要我们注意，就是虽然在前面已经列出了防烈度的相应系数，但是考虑到在遇到竖向地震是隔震层的相对无力，在上部结构设计是我们有必要把水平向换算烈度提高。基础隔震设计不是单靠哪一个部分就能够完成的，要想使得隔震设计的性能得到良好的发挥，就必须保证设计的每个部分都不能脱节，要重视连接点的重要性，从全局出发着手设计。

3.5 隔震层设计注意事项 隔震层的抗震性能还收其以下结构的影响，因此我们要注意一下的设计要点：①对于支柱、支墩等地相连且有相当大的承重任务的结构，在设计时要以高标注也就是罕见破坏性地震作为隔震底部相关力如竖向力和水平力的计算依据。②要具体问题具体分析，不同的地区对于隔震建筑地基有这不同的要求和标准，所以我们在作出精确计算和设计时不能忽略相应地区抗震防烈度。

参考文献：

[1]张文福.房屋基础隔震的概念与设计方法.石油规划设计.1998年第3期

减震技术的基本原理篇4

【关键词】抗震设计；性能减震；结构减震思路；结构减震技术

1 土木工程结构抗震性能原理分析

1.1 基本原理

当代土木工程抗震的研究已经进入到了一个新的阶段，人们对位移、能量等对建筑的影响进行了深入的研究。在上个世纪的末期学者对地震的研究中提出了性能抗震的设计方式，即土木减震结构在设计中满足使用功能外，利用不同的位移指标对结构进行性能调整，从而产生抗震效果。此种结构设计实际上就是对地震破坏进行定量或者半定量的控制，对地震的反应和损伤程度进行评价与预防，使其在预期的控制范围，从而在最经济的条件下控制地震造成的负面影响，其不仅仅可以保证生命安全也可以从性能目标上对建筑结构进行控制。性能目标所包括的有土木工程的场地、结构、重要性、投资效益、地震损失与重建因素等，以此对不同的抗震设计要求可以规定其结构到达适当的性能标准，即土木工程结构在某一个地震设防的水准下达到最大的损伤程度。同时其控制可以从土木工程的经济性上进行控制，即出现损坏时降低其使用功能与恢复的费用，将损失控制在最小。

目前结构抗震性能设计的方法有：承载力、位移分析、能量设计等，这些设计方式所考虑的基础不同也就形成了不同的结构抗震设计结果。基于承载力的设计已经成为了国际规范采用的主要设计标准。能量设计则是在上个世纪中期被提出，提出结构和内部设施被破坏的程度是由地震所产生的输入能量与结构消耗能量共同作用而形成最终的破坏结果，此方法可以直接对结构损坏情况进行评估，但是参数的选择则比较困难，因为无法选定一个相对固定的标准，因此使用起来较为困难。

1.2 性能设计理念

所谓性能抗震是设计就是先选定一个标准，将其确定为设计的目标，利用恰当的设计形式与合理的规划与结构选择、比例确定。保证土木工程的结构与非结构的细部构造设计更加合理，并控制其建造的质量与维护措施，使得工程在一定等级的地震影响下将破坏控制在一定的范围内。总结国内外的性能抗震设计思路主要有：对工程的整体结构进行合理协调；确定建筑的性能水平与性能目标，并保证其合理；概念性设计与西部抗震构造的结合；合理设计方法实现合理的性能目标等。

2 结构性减震技术

2.1 结构减震的基本原理

减震的思路是根据结构的地震反应，通过自动控制或者执行系统，主动的对结构施加一定的控制力，达到减小地震对结构的负面影响。从控制理论上看结构减震的方式主要有两种：一是被动控制技术，此种方法没有外部能源的供给，也称之为无源控制技术。主要包括了隔震与减震两种。主动控制技术则是为系统提供能源供给，也是一种有源减震技术。

2.2 减震技术的优势

目前在实际的土木工程中应用的减震技术有隔震与减震，其中隔震的措施应用较为广泛。此两种方式研究与应用都起始于上个世纪中期，末期技术提高了发展的速度与研究水平。这些积极的结构抗震方法与传统的消极抗震方式相比较优势如下：

2.2.1 结构性抗震与减震可以大幅度降低结构在地震作用中的变形，尽量使非结构件产生较少的破坏，从而减少震后的维修成本，对于一些典型的现代建筑非结构部分如：幕墙、饰面、公用设施等造价逐步提高，甚至可以达到建筑造价的五成以上，因此减少其损坏有现实意义。

2.2.2 可以大幅度降低结构部件受到的地震的影响，从而降低结构抗震的成本支出，提高结构抗震的可靠性。同时隔震方法可以准确的控制传导至结构上的最大地震应力，从而克服了设计抗震结构的难度，不需要准确确定载荷。

2.2.3 隔震与减震设施在地震后会产生变形与损坏，对其进行复位与修理也相对与结构修复更加的简单与经济，因此可以降低建筑震后的恢复费用。

2.3 结构减震的适应性

在对结构减震的实践中，证明采用隔震结合消能减震的技术可以对高烈度的地震进行防范，在7度的地震中检测表明其土木工程结构所承受的地震作用大致相当与5.5级的地震烈度对建筑产生的破坏性影响，其结构在遭遇地震的时候工作范围仍然在弹性范围内，降低了结构在地震中产生的加速度、位移、速度等不良反应，从而减轻或者消除了结构部件的损坏，对土木工程起到了很好的保护效果。同时将隔震与消能减震的设计可以将非线性与大变形组件统一进行控制与保护，利用阻尼器与隔震支座对其进行保护，这样就可以将设计、试验、建造的重点放在这些构件上，使得减震设计更加的具有目的性。因为结构处在弹性变形中因此对其进行分析与设计就更加的简单，分析结果越发可靠。

3 结束语

结构减震的技术从提出到今天已经有了长足的进步，在着几十年的时间里证明其相对于延性设计的方法而言，结构减震技术可以认为是对传统抗震设计的变革。全球多个地区的学者对此都作出了贡献，他们在此研究领域作出了大量的试验与理论研究，整个研究呈现出多元化发展的局面，且都获得了一定的成果。如：日本的学者在减震理论、设计方法、产品开发等方面都处在较为先进的位置。结构减震对地震破坏的控制理论种类多样，而产生的减震装置也类型众多，减震控制技术已经可以应用在大多数的土木工程中，从桥梁到建筑，从多层结构到高层结构，从钢筋混凝土结构到钢结构。在众多结构减震技术中研究成果较为成熟且应用广泛的就是前面提及的隔震与消能减震技术。其中隔震的技术在各类型的减震技术中效果较好，但是其应用的范围较为狭窄，对于超高层或者高宽比较大的土木工程建筑并不适用，因此其研究的方向集中在：高程减震的隔震设计理论与方法研究；从土体-基础-结构共同协调作用入手的隔震结构的受力分析；高阻尼橡胶减震设施、位移支座的开发等。虽然消能减震技术的抗震效果不如隔震技术措施，但是其应用的范围广泛，目前研究发展的重点是：消能减震结构的应用设计；隔震阻尼其的研发与标准化制定。总之，未来的抗震结构设计应在消除地震负面影响的思路上发展，并以此为基础设计出更加实用的隔震与减震结构，保证建筑在地震中受到的破坏最小。

参考文献：

[1]王卫勇. 浅议结构减震在建筑中的应用[J].山西建筑, 2008,(19)

[2]邱晓平.土木工程结构的抗震设计探讨[J].林业科技情报, 2007,(03)

减震技术的基本原理篇5

[关键词]住宅建筑，抗震设计，抗震施工，建筑隔震技术

中图分类号：G91 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）10-0194-01

1 引言

随着人类生活水平的日益提高，人们对自身居住安全的重视程度也越来越高，特别是在高烈度地震区，防震、抗震工作显得尤为重要。地震对建筑物的破坏，多数是由于地面的振动频率与建筑物主要结构构件的自然频率相偶合所致，它留给社会最惨烈的一幕莫过于建筑物的破坏和倒塌。近十年来，全世界平均每年约有1万人在地震中丧生，50万人无家可归。目前，一种以柔克刚的新型抗震技术-隔震技术，正日益受到人们的关注。

2 建筑隔震技术

2.1 “基础隔震”的基本原理

现代建筑“基础隔震”概念的基本原理是在建筑物上部结构与基础之间设置安全可靠的隔震柔性底层，使建筑物与基础隔开。这样，支撑在隔震系统上的整个建筑物在地震时便具有较大的剪切变形能力，使地震的各种破坏力对上部建筑物的直接拉力降至最小，减小上部结构的地震反应（一般可减小至1/5左右），确保建筑物在任何突发强地震中不被破坏和倒塌，是一种立足于“隔”的以柔克剐、以隔减震的积极抗震的方法。可以说，从“抗”到“隔”，是抗震设防策略的一次重大改变和飞跃。

2.2 一隔震体系的优点

2.2.1 明显有效地减轻结构的地震反应

由地震模拟试验结果可知：隔震体系的结构加速度反应只相当于传统结构（基础固定）加速度反应的l/3～1/10。这种减震效果是一般传统抗震结构所望尘莫及的。从而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。

2.2.2 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。这既适用于一般民用建筑结构，确保居民在强地震中的绝对安全，也适用于某些重要结构物和重要设备。

2.2.3 减低房屋造价

据有关数据显示：采用隔震技术建造的房屋比传统抗震房屋节省房屋土建造价：7度区节省3%-6%，8度区节省8%～14%，9度区节省15%～20%。并且安全度大大提高。

2.2.4 抗震措施简单明了

抗震涉及的对象从考虑整个结构物的复杂的不明确的抗震措施转变为只考虑隔震装置，简单明了。结构物本身与一般非地震区的做法无疑，设计施工大大简化。

2.2.5 震后修复方便

地震后，只对隔震装置进行必要的检查更换。而无需考虑建筑结构物本身的修复，地震后可很快恢复正常生活或生产，这带来极明显的社会效益和经济效益。

2.3 建筑隔震橡胶支座隔震的基本原理

在众多基础隔震构件中，建筑隔震橡胶支座是应用比较广泛的。隔震橡胶支座是由柔软的薄橡胶板和坚硬的薄钢板分层交替叠合、模压硫化而成。其中橡胶层与钢板紧密黏结，当橡胶支座承受上部结构的自重和使用荷载时，橡胶层的横向伸展受到钢板的约束，竖向刚度增大，使橡胶支座具有足够的竖向刚度和承载能力，有利于稳定地支承建筑物；当橡胶支座承受水平荷载时，其橡胶层的相对位移大大减小，使橡胶支座可达到很大的位移而不致失稳，并且保持较小的水平刚度。

从“基础隔震”的基本原理和橡胶支座结构功能分析可知，建筑隔震橡胶支座隔震的基本原理是在建筑物或构筑物基底或某个位置上设置橡胶支座，利用橡胶支座水平柔性的隔震层，通过此层吸收和耗散地震能量，以集中发生在隔震层的较大相对位移为代价，阻止或减轻地震能量向上部结构传递，减轻了上部结构地震反应，最终达到减轻上部结构遭受地震破坏的目。的。这种隔震技术不仅可以保证建筑物结构的整体安全，并且能够防止非结构部件的破坏，避免建筑物内部装修、室内设备的损坏及由此引发的次生灾害。

3 结构设计

3.1 结构设计参数

建筑隔震橡胶支座结构设计时的主要参数有：

（1）形状系数，第一形状系数S1主要体现薄钢板对橡胶板的约束效果，第二形状系数S2主要反映橡胶支座在受压时的稳定性。根据国内外研究成果和工程经验，一般取S1≥15，S2=3～6。

（2）外形尺寸。已有研究结果表明：橡胶支座发生的水平变形在高达支座平面尺寸的60%时也是安全的，因此推荐的支座直径为D=DT/O.6（DT为最大水平位移）。实际应用中，一般取D=DT/O.55。橡胶支座的高度日可以根据形状系数和其他有关参数设定，对于Φ400、Φ500、Φ600的支座，一般H分别采用150mm、175mm和200mm比较合适。

（3）夹层钢板厚度。橡胶支座的破坏表现为夹层钢板的断裂，钢板越厚，钢板发生屈服强度和屈服的位移量越大。钢板的厚度t。一般为2～4mm。

（4）胶层厚度及层数。在一定范围内，橡胶支座夹层钢板与胶层厚度之比越大，则支座的竖向承载力越大。

（5）铅芯直径。铅芯的大小直接影响到支座的阻尼，可以根据设计的阻尼性能选定。

3.2 性能设计参数

橡胶支座的性能设计指标主要是指承载能力、刚度、阻尼特性等。

（1）竖向承载力。橡胶支座的S1越大，或者钢板抗拉强度越高、钢板与橡胶板的厚度比越大，则竖向承载力越大。

（2）压剪承载力与水平位移。压剪承载力是指橡胶支座在发生某一规定的水平变形下的竖向承载力。在竖向压应力为10～15MPa情况下，一般要求当支座的极限水平剪切变形达到350%时，橡胶支座也不会出现压剪破坏。

（3）水平刚度。橡胶支座的水平刚度KH.受橡胶材料性能、支座形状系数及压剪条件等诸多因素的影响。当支座S1≥15，S2≥5，竖向压应力≥15MPa，设计剪切应变≤350%时，可以按剪切情况计算KH。

（4）竖向刚度。为确保支座在使用中不产生过大的竖向压缩变形，必须保证支座有足够大的竖向刚度Kv，一般由建筑结构设计时提出。影响Kv的主要因素有橡胶的硬度及弹性模量、支座形状系数（S1、S2），以及竖向压应力和水平剪切变形。

（5）阻尼特性（阻尼比）。橡胶支座的阻尼比基本上代表了隔震结构体系的阻尼比。MRB、HD-MRB和LRB的阻尼比分别为3%～5%、10%～15%、20%～30%，因此LRB不需匹配阻尼器便可单独使用。

3.3 橡胶与钢板的黏合技术

隔震橡胶支座是由薄钢板和薄橡胶板交互叠合、模压硫化而成，钢板与橡胶板的黏合强度关系到支座在承载时钢板对胶层的约束效果及在发生地震时的变形能力，因此黏合强度极为重要。目前钢板采用喷砂处理，涂上由含卤聚合物弹性体、黏合增进剂和偶联剂等组成的热硫化胶黏剂。双涂比单涂更佳，黏合强度一般都在15kN・m-1以上。

4 结语

由于我国幅员辽阔，许多省、市都位于高烈度地区，所以抗震减灾的形势非常严峻，防震、抗震工作量大。用橡胶支座进行建筑物基础隔震的技术已比较成熟，其实际应用价值已得到了验证。加快这一技术的推广应用，特别是在高烈度地震区的应用具有重要意义，市场前景也十分广阔。

参考文献

[1] 曹广明，何嘉焱.浅谈多层砖混建筑抗震设计的几点要求[J].黑龙江科技信息，2010，（18）.

减震技术的基本原理篇6

关键词：结构抗震技术；建筑工程；策略

Abstract: in the construction sector, architectural engineering structure seismic technology is a very important high-tech technology, which can effectively avoid and reduce buildings in the damage sustained by the earthquake. This paper first introduced the construction engineering structure seismic technology's basic principle, then expounds the construction engineering structure seismic design principles, finally, this paper analyses the architecture engineering structure seismic control the common technology.

Keywords: structure seismic technology; Building engineering; strategy

中图分类号：TU352.1+1文献标识码：A 文章编号：

1．建筑工程结构抗震技术的基本原理

在地震发生的时候，地壳内部要释放巨大的能量，这些能量以能量波德形式向周围传递。在地震的波及范围内，它用输入能量的方式破坏建筑物，建筑物会产生激烈的振动，甚至遭到严重破坏而倒塌。地震时建筑物的振动剧烈程度与其本身的阻尼相关，建筑物的阻尼越小，其对地震能量的吸收和消耗就越小，那么振动就越剧烈，反之振动就越轻。

所以，建筑工程结构抗震技术的最基本的思想就是要想方设法增加建筑物的阻尼，以增大对地震所释放能量的吸收和消耗量，从而达到减轻振动、减少损害的目的。这是建筑工程结构抗震技术区别于传统抗震技术的根本所在，结构抗震技术是将地震看作一种能量的释放过程，透过增加建筑物的阻尼的方式主动抗震，从而减轻地震对建筑物的破坏。而传统的抗震方法只是将地震看作是一种力的作用，透过增强建筑物的刚度和强度的方式实行被动防震，效果并不理想[1]。

2．建筑工程结构抗震设计的基本原则

在建筑物的结构抗震技术设计中，为了实现预期的建筑物抗震效果，应该遵循以下原则：

2.1结构应具有连续性

在对建筑物进行设计时，应该使建筑物在结构上具备完整的连续性，这样就能够使建筑物在地震中保持为一个整体，促进其抗震功能的发挥。如果建筑物在地震中不能在结构上保持连续性，就不能有效地吸收和消耗地震能量，从而导致建筑物遭受比较大的损坏。

2.2保证构件间的可靠连接

在建筑物的设计和施工过程中，应该注重加强建筑物各构件之间的稳固连接，这样就能够使建筑物在地震的能量传递中保持一定的强度和建筑物变形时保持一定的延展性，从而有效吸收和消耗地震能量，减少建筑物在地震中遭受的破坏。

2.3增强房屋的竖向刚度

在设计和对建筑物进行施工时，应该使建筑物在横、竖两个方向上都具备足够的竖向刚度，同时确保建筑物基础部分的整体性，在地震中就会具备很好的坚韧性和延展性，以避免或者降低地震时建筑物所遭受的损害。

3.建筑工程结构抗震控制的技术分析

3.1被动控制

被动控制的防震技术并不包含外部能源的抗震技术，通常是在建筑物的某个部位增加子系统，或者对建筑物的某些构建进行结构上的处理，以改变其动力特性。当前，建筑物的被动控制抗震技术已经成为一个研究热点，在很多建筑工程中都有应用，被动控制抗震技术可以分为基础隔震以及耗能减震两个类别。

3.1.1基础隔震

建筑物的基础隔震技术指的是在建筑物的基础部分构建控制机构来阻隔地震时能量的向上传送，以达到减轻建筑物的振动，降低地震破坏的效果。从隔震技术的发展过程来看，它有以下的特点：第一，建筑物隔震技术在建筑业的运用越来越普及，越来越广泛。建筑物隔震技术不但在近几年的一些新建工程中有广泛的运用，在旧有建筑物的防震加固中也时常用到。第二，建筑物隔震技术的结构形式设计日益多样化，已经从传统的砌体结构以及钢筋混凝土结构发展为组合结构、钢结构以及木结构。第三，隔震技术可以选择的隔震装置日益增多。当前研究应用的建筑物震技术主要有：摩擦滑移隔震、层橡胶垫隔震、支撑式摆动隔震、珠及滚轴隔震以及混合隔震等[2]。

3.1.2耗能减震

建筑物耗能减震技术是将建筑物的一些部件设计成耗能元件，或者在建筑物的一些部位装配阻尼器。在小震以及风荷载的作用下，这些阻尼器和耗能元件都处于弹性状态，使建筑物的整个结构具备很强的侧向刚度，进而在地震中发挥重要作用。在强烈地震发生时，阻尼器和耗能元件会进入非弹性状态，使建筑物的阻尼大大增加，大量吸收和消耗地震能量，使建筑物的主体振动大大减小，进而达到保护建筑物的效果。建筑物耗能减震技术的原理是将地震能量导向特别的元件或者机构并加以吸收和消耗，进而减轻建筑物主体的损耗，它有以下特点：第一，安全，凭借耗能装置来消耗地震能量，进而保护建筑物；第二，经济，成本不是很高；第三，合理；第四，维护费用低，适用范围广。当前，比较常用的耗能减震装置有复合型耗能器、摩擦耗能减震装置、粘滞阻尼器、金属阻尼器以及粘弹性阻尼器等。

3.2主动控制

建筑工程中的主动控制抗震技术需要外部能源来实现，它需要透过施加和振动方向相反的作用力来进行建筑物减震。这种技术的原理是：传感器对建筑物的外部激励以及动力响应进行监测，然后将信号传送到计算机，计算机再依据程序计算应该施加的作用力的大小，然后经过外部的能源驱动控制系统产生所需求的作用力。当前建筑业已经研究和开发的建筑物主动控制抗震装置主要有：主动拉索系统、主动质量阻尼系统、主动空气动力挡风板系统、主动支撑系统以及气体脉冲发生器等。

3.3半主动控制

建筑物半主动控制抗震技术是使用控制机构来调节建筑物在地震发生时的结构参数来实现减震目的的，这项技术对于外部能源的要求不高，不需要使用强电，只需要弱电装置来供应就可以了，比如蓄电池等。半主动控制抗震技术通常使用开关来控制，透过开关来调节控制器的状态，进而改变建筑物的动力特性。当前建筑业比较常用的建筑物半主动控制减震装置有：可变阻尼系统、可变刚度系统、可控液体阻尼器、主动调节参数质量阻尼系统以及可控摩擦式隔震系统等[3]。

3.4混合控制

建筑物混合控制抗震技术是被动控制与主动控制的综合应用。这种抗震技术充分运用了被动控制与主动控制的抗震优点，它既能够透过被动控制抗震系统吸收和耗散地震能量，又能够运用主动控制抗震系统来达到抗震效果，所以混合控制抗震技术具有非常高的应用价值。当前建筑业比较常用的混合控制抗震装置主要有：阻尼耗能抗震与主动控制抗震相结合的混合控制抗震系统；调谐质量阻尼系统与主动质量阻尼系统组合的混合控制；滑掀体阻尼系统与主动质量阻尼系统结合的混合控制抗震系统；基础隔震抗震与主动控制抗震结合的混合控制抗震系统，等等。

在以上四种建筑工程结构抗震技术中，主动控制抗震技术拥有最好的抗震效果，但是因为它所需外部能量大，再加上控制系统比较复杂，所以在实际运用上反而不够普及；被动控制抗震技术实用性比较大，当前发展迅速，应用最为广泛；半主动控制抗震技术由于其精确度比较高，价格相对低廉，所以有着很好的市场前景；混合控制抗震技术具备了几种抗震技术的优势，所以效果十分突出，前景也非常广阔。

4.结语

总而言之，随着我国经济社会的不断发展和建筑业抗震技术的不断更新，我国建筑市场的结构抗震需求越来越大，抗震技术特点也日益呈现出多样化的发展趋势。当前建筑业新开发的结构抗震技术在实际应用中有着突出的优势，为新建筑物的结构抗震设计和现有建筑物的结构抗震加固提供了良好的途径。建筑物结构抗震技术克服了传统技术的“硬碰硬”技术缺点，具有效果显著以及安全可靠的特点，在今后的发展中必将日益走向成熟，为我国的建筑物抗震事业提供坚实的技术基础。

参考文献：

［1］王力军.土木工程施工中的结构抗震技术研究[J].中国建设信息，2011(6)。

［2］刘青山.浅论我国建筑物施工中的抗震技术创新[J].华章，2010(4)。

［3］张丽霞.高层建筑的结构抗震技术分析[J].建筑技术开发，2011(16)。

［4］杜大成.论建筑物抗震中的问题与对策[J].国际地震动态，2011(4)。

减震技术的基本原理篇7

关键字：建筑；结构；减震控制；问题

地震是人类所面临的最严重自然灾害之一，随着近年来相继发生的汶川地震、玉树地震和雅安地震，对整个中国而言都是重大的打击，也不得不让人们去反思我国在抗震、减震措施中所存在的不足。传统的建筑物结构抗震采用的是弹塑性设计方法，通过增强结构自身在延性、强度以及刚度方面的抗震性能来抵抗地震产生时的作用。然而这属于被动消极的抗震对策，由于抗震设计的建筑结构不具备自我调节的功能，在地震出现时很可能无法满足安全性的需要。随着现代控制理论被逐渐应用于建筑工程领域当中，并通过几十年的不断发展与完善，结构减震控制在减震效果上明显优于传统的抗震设计方法，在当前世界各国的建筑工程领域中都得到了广泛发展和应用。

一、建筑物结构减震控制的发展概述与分类

1、发展概述

在1972年，美国学者J.T.P.YAO首次提出了结构控制的概念，通过几十年的发展与完善，世界各国都相继开展了建筑结构建筑控制在技术和理论方面的研究，并积极致力于在建筑领域中的推广和应用。我国在《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中也将结构减震控制中的隔震和消震方面的内容纳入其中，并制定了《叠层橡胶支座隔震技术规程》和《建筑隔震橡胶支座标准》这两个相关技术标准规范。

2、建筑物结构减震控制的分类

建筑物结构减震控制可根据是否需要外部能源的输入进行分类，主要分为被动控制（Passive Control）、主动控制（Active Control）与混合控制（Hybrid Control）三类。

（1）被动控制

被动控制是指在建筑物结构的某些部位装设耗能装置，或对结构本身某些构件进行动力特性的改变，控制过程中既不依赖于结构反应的信息也不需要外部能量提供控制力，具有构造简单、易于维护和造价低等方面的特点。被动控制主要包括了基础隔震技术、耗能减震技术和吸震减震技术，其中以改变建筑物结构频率为主的隔震技术是在我国减震控制中应用和研究最多以及最成熟的技术，并在大量工程实际中得到了应用，本文也将着重就基础隔震技术和耗能减震技术方面的问题进行研究和探讨。

（2）主动控制

主动控制是指利用现代控制技术，对建筑物结构的输入外部激励条件和结构反应进行联机实时监测，并根据计算分析结果采用加力装置对建筑结构施加一定的控制力，实现结构的自动调节，使建筑结构在地震或其它作用力下的响应能控制在允许的范围内。主动控制的特点是通过外部能量输入的控制力，能有效起到保护建筑结构避免损伤的目的，然而主动控制系统结构复杂且造价昂贵，所需能量在强烈地震作用下难以实现。当前较常使用的主动控制系统有主动拉锁系统、主动质量阻尼器等等。

（3）混合控制

混合控制是指被动控制与主动控制的协调使用，可兼具被动控制与主动控制的优点，既能大量消耗地震产生时的振动能量，也能确保控制效果的良好，具有较为良好的发展前景和使用价值。当前建筑物结构中较常使用的混合控制为主动控制与基础隔震技术相结合的混合控制。

二、基础隔震技术的应用

基础隔震技术（见下图1所示）的基本原理是在建筑物结构的上部和基础之间设置隔震消能装置，以降低地震发生时能量向建筑结构上部的传输，从而实现减少上部结构振动的作用。对所设置的隔震消能装置要求具有较大的变形能力、有足够的初始强度和刚度而且能够提供较大的阻尼消耗。随着现代叠层橡胶垫在建筑领域中的应用，使基础隔震技术进入了实用化的阶段，我国于上世纪90年代也分别在云南、广东等地建造了一些使用叠层橡胶垫进行隔震的建筑项目。

图1 建筑基础隔震系统示意图

1、叠层橡胶垫支座的应用

由于现代建筑物结构减震控制中的橡胶垫支座主要采用橡胶片与薄片增强铜板进行粘合疏化的方式而加工制成（如下图2所示）。叠层橡胶垫支座的垂直向刚度很高，而水平向刚度较低，在地震荷载作用下叠层橡胶垫支座能够隔离建筑结构的水平方向运动分量，并保持垂直方向的稳定，因而能隔离公共交通对建筑结构所产生的高频振动，并保护结构免受地震或者其它振动所造成的伤害。

图2 橡胶垫支座示意图

2、铅芯橡胶垫支座的应用

铅芯橡胶垫支座是在原有叠层橡胶垫的基础上，在其中部圆形孔中灌入铅而制成的，也是对叠层橡胶垫技术的发展与改进。由于铅具有良好的塑性变形能力以及较低的屈服点，从而使橡胶支座在阻尼比上得到提高，普遍能达到20%～30%。而且铅芯还能有效提高橡胶垫支座的耗能和吸能能力，增加了支座的初始刚度又确保了支座具有适宜阻尼，能起到抵抗微震与控制风反应的作用。

由于铅芯橡胶垫支座具有良好的阻尼作用和隔震作用，因此在建筑物的设置中可以单独使用，不用再另外设置阻尼器，节省了建筑空间而且施工方便，使建筑基础隔震系统的组成相对简单，因此在我国建筑领域得到了较为广泛的应用。

三、耗能减震技术的应用

耗能减震技术的基本原理是在建筑物结构的某些部位设置耗能装置，并通过耗能装置因摩擦或弹塑性变形所产生的能耗以吸收在地震产生时输入到建筑结构中的能量，从而达到减震控制的主要目的。耗能减震技术具有减震效果明显、安全可靠以及经济合理等特点，常用的耗能减震装置主要有摩擦耗能装置、金属弹塑性耗能装置等等，

1、摩擦耗能装置

摩擦耗能装置是按照摩擦做功而消耗能量的原理进行设计和制造的，其基本组成是金属或其它固体材料元件，通过元件之间的相互滑动而产生摩擦力。当前我国已存在较多种不同构造的摩擦耗能装置，例如摩擦筒制震器、摩擦剪切铰耗能器、限位摩擦耗能器以及摩擦滑动螺栓节点等等。摩擦耗能装置的种类虽多，但普遍具有良好的滞回特性和耗能能力。在下图3中，即为常用摩擦耗能装置的回复力特性曲线，图中Q代表了荷重，δ为变形量。

图3 摩擦耗能装置的回复力特性曲线

2、金属弹塑性耗能装置

金属弹塑性耗能装置是通过软钢或者其它软金属材料所制成，其减震控制的原理是将建筑结构振动的部分能量利用金属的屈服滞回进行吸收和消耗，从而达到减震控制的作用。我国在金属弹塑性耗能装置中也有较大的开发与研究，常见的有低屈服点钢耗能器、锥形钢耗能器、加劲圆环耗能器等等。这类耗能装置普遍具有滞回性能和工作性能稳定以及耗能能力大的特点。在下图4中，即为常用金属弹塑性耗能装置的回复力特性曲线，图中Q代表了荷重，δ为变形量。

图4 金属弹塑性耗能装置的回复力特性曲线

总结：

地震作为人类所面临的最严重自然灾害之一，随着当前我国建筑结构逐渐向着高层化和复杂化方向发展，更应当在结构设计中采用适宜的减震控制技术，以有效减轻和抑制地震时的动力反应，降低建筑结构的抗震等级。同时随着减震控制技术的不断发展和完善，在建筑物结构的实际应用中造价因素也不断降低，减震建筑的经济效益正日益突出。减震控制技术作为未来建筑物结构抗震技术的主要发展方向，应加强对相关技术问题的研究与探索，以更好的发挥出在降低地震灾害方面的重要作用，为构建和谐稳定的社会和保障建筑物结构的抗震安全，作出我们应有的贡献。

参考文献：

[1] 张文芳，崔路苗.建筑结构被动减震控制的研究与应用[J].山西建筑，2006（22）.

[2] 汪源浩，王建国，等.超高层建筑结构的减震控制技术与抗震设计要点[J].合肥工业大学学报，2006（3）.

[3] 杜琨.振动控制技术在土木结构工程中的应用[J].安徽福建，2005（3）.

减震技术的基本原理篇8

关键词：结构减震控制技术土木工程

中图分类号：S969.1文献标识码：A文章编号：

引言

随着土木工程建筑高度的不断增加和轻质高强材料的大量使用，高层建筑的刚度日益降低，对地震也越来越敏感。传统的单纯依靠增加结构刚度的抗震方法显然已经不再适应要求，取而代之的是结构减震控制措施。结构减震控制是指在土木工程结构特定部位，设置某种控制装置或施加外力，改变或调整结构的动力特性或动力作用，以减小工程结构振动反应的技术,对建筑物进行振动控制有着重要意义。

1.混凝土结构抗震设计

土木建筑结构构件震害一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱易发生破坏。除剪跨比小短柱易发生柱中剪切破坏外，一般柱是柱端的弯曲破坏。同时，当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时，柱顶剪切破坏严重，破坏部位还可能转移至窗洞上下处，甚至出现短柱的剪切破坏。因此，土木工程中混凝土结构概念设计和细部构造设计对于目前抗震设计方法和未来基于性能抗震设计仍将是很重要的组成部分。

混凝土结构抗震设计原理一是通过调整构建之间承载力的相对大小，实现合理的屈服机制，即“强柱弱梁”、“强墙肢弱连梁”、“强核心区弱构件”。 根据我国抗震规范通过调整汇交在同一节点的梁端截面受弯承载力与柱端截面的正截面承载力的相对关系实现梁铰机制。“强柱弱梁”措施是为了使梁端铰较早地出现，使柱端的塑性铰出现较晚，或根本不出现。梁铰机制之所以优于柱铰机制是因为梁铰分散在结构各层，即使梁端全部形成了塑性铰，结构仍不会形成机构，不至于受震时立即倒塌。二通过调整构件斜截面承载力和正截面承载力之间的相对大小，实现构件延性破坏形态，即“强剪弱弯”。适筋梁或大偏压柱，在正截面破坏时可以达到较好的延性，可以吸收和耗散地震能量，使内力重分布得以充分发展。而钢筋混凝土梁柱在受到较大剪力时，往往呈现脆性剪切破坏。“强剪弱弯”措施，是在进行框架梁、柱设计时，应当人为加大柱端、梁端和节点的组合剪力值，即加大这些部位相对于正截面承载力的抗剪能力，使结构能在大震引起的交替非弹性变形过程中，其任何部位都不会首先发生剪切破坏。

2.隔震控制技术

2.1隔震控制技术的基本原理

隔震控制就是隔离地震对建筑结构的作用。隔震体系通常设置在结构底部与基础顶面之间,使上部结构与基础分离。通过隔震体系隔离地震波向上部结构的输入,延长结构基本周期,降低建筑物地震反应,使结构加速度反应减小,让隔震系统承担地震能,起到减震作用。由地震反应谱知,随周期的增大,加速度反应谱逐渐减小,通常低层建筑物的刚度很大,因而周期短,地震时输入其中的加速度较大,所以如果采取措施加大延长结构基本自振周期,使其远离场地的卓越周期,使结构的基频处于地震能量高的频段之外,将会有效地降低建筑物的输入加速度。同时由地震反应谱还可看出,当周期增大时,位移反应谱逐渐增大,这就是说地震时由于建筑物周期的增大,反应位移将增加,若同时再加上阻尼,反应位移将不会过大,而且反应加速度下降的效果将更好。

2.2常用的隔震装置及其应用

2.2.1橡胶支座的应用

现代用于隔震的橡胶支座由橡胶片和薄片增强钢板粘合硫化加工而成,容易采用现代橡胶化工技术制造,如图1 所示。它的水平向刚度较低,而垂直向刚度则很高。这种形式的橡胶支座首先在桥梁上使用。建筑与桥梁所用的橡胶支座结构基本相同,有类似的结构动力学要求,也同样具有耐久性、可靠性和包括防火在内的环境耐受性问题,在地震荷载作用下,橡胶支座可以隔离水平向的运动分量但在垂直向保持不动。因而既可以隔离由于地铁或公共交通产生的高频振动,也可以保护结构免受地震或其他振动的伤害。

2.2.2铅芯橡胶支座的应用

铅芯橡胶支座是在叠层橡胶支座中部圆形孔中压入铅而成的,是对橡胶支座的一大改进。由于铅具有较低的屈服点和较高的塑性变形能力,可使铅芯橡胶支座的阻尼比达到20 %～30 %。铅芯具有提高支座的吸能能力,确保支座有适度的阻尼,同时又具有增加支座的初始刚度,控制风反应和抵抗微震的作用。铅芯橡胶支座既具有隔震作用,又具有阻尼作用,因此可单独使用,无需另设阻尼器,使隔震系统的组成变得比较简单,可以节省空间,在施工上也较为有利。目前我国使用的最普遍的是铅芯橡胶支座,普通橡胶支座亦有少量应用,高阻尼叠层橡胶支座

目前我国尚无使用。

3.结构性减震技术

3.1 结构减震的基本原理

减震的思路是根据结构的地震反应，通过自动控制或者执行系统，主动的对结构施加一定的控制力，达到减小地震对结构的负面影响。从控制理论上看结构减震的方式主要有两种：一是被动控制技术，此种方法没有外部能源的供给，也称之为无源控制技术。主要包括了隔震与减震两种。主动控制技术则是为系统提供能源供给，也是一种有源减震技术。

3.2 减震技术的优势

目前在实际的土木工程中应用的减震技术有隔震与减震，其中隔震的措施应用较为广泛。此两种方式研究与应用都起始于上个世纪中期，末期技术提高了发展的速度与研究水平。这些积极的结构抗震方法与传统的消极抗震方式相比较优势如下：

3.2.1 结构性抗震与减震可以大幅度降低结构在地震作用中的变形，尽量使非结构件产生较少的破坏，从而减少震后的维修成本，对于一些典型的现代建筑非结构部分如：幕墙、饰面、公用设施等造价逐步提高，甚至可以达到建筑造价的五成以上，因此减少其损坏有现实意义。

3.2.2 可以大幅度降低结构部件受到的地震的影响，从而降低结构抗震的成本支出，提高结构抗震的可靠性。同时隔震方法可以准确的控制传导至结构上的最大地震应力，从而克服了设计抗震结构的难度，不需要准确确定载荷。

3.2.3 隔震与减震设施在地震后会产生变形与损坏，对其进行复位与修理也相对与结构修复更加的简单与经济，因此可以降低建筑震后的恢复费用。

3.3 结构减震的适应性

在对结构减震的实践中，证明采用隔震结合消能减震的技术可以对高烈度的地震进行防范，在7度的地震中检测表明其土木工程结构所承受的地震作用大致相当与5.5级的地震烈度对建筑产生的破坏性影响，其结构在遭遇地震的时候工作范围仍然在弹性范围内，降低了结构在地震中产生的加速度、位移、速度等不良反应，从而减轻或者消除了结构部件的损坏，对土木工程起到了很好的保护效果。同时将隔震与消能减震的设计可以将非线性与大变形组件统一进行控制与保护，利用阻尼器与隔震支座对其进行保护，这样就可以将设计、试验、建造的重点放在这些构件上，使得减震设计更加的具有目的性。因为结构处在弹性变形中因此对其进行分析与设计就更加的简单，分析结果越发可靠。

4.结束语

结构减震控制技术是一门科学性和技术性很强的应用科学,在结构设计中应用减震控制技术,能很好地减小地震反应从而降低抗震等级,同时建筑物的总造价增大不多。另外