結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)X科技大學(xué)土木工程學(xué)院X年三月結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)X科技大學(xué)土木工程學(xué)院第一章緒論結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下引起的響應(yīng)地震風(fēng)車(chē)輛...常見(jiàn)激勵(lì)第一章緒論結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下引起的響應(yīng)地震常地震作用（中國(guó)發(fā)生的14次地震）1556年中國(guó)陜西華縣8級(jí)地震，死亡人數(shù)高達(dá)83萬(wàn)人。1668年山東郯（tan）城8.5級(jí)，波及8省161縣，史稱(chēng)“曠古奇災(zāi)”。1920年寧夏海原縣8.5級(jí)，死亡24萬(wàn)人。1927年甘肅古浪8級(jí)地震，死亡4萬(wàn)余人。1932年甘肅昌馬堡7.6級(jí)地震，死亡7萬(wàn)人。1933年四川茂縣7.5級(jí)地震。1950年西藏察隅縣8.6級(jí)地震。1966年邢臺(tái)6.8級(jí)、7.2級(jí)地震，共死亡8064人。1970年云南省通?？h7.7級(jí)地震。死亡15621人。1975年遼寧省海城縣7.3級(jí)地震。地震被成功預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)防。1976年唐山7.8級(jí)地震，死亡24.2萬(wàn)人。1988年云南省瀾滄7.6級(jí)(瀾滄)、7.2級(jí)(耿馬)的兩次大地震。2008年汶川8.0級(jí)地震，6.9萬(wàn)人遇難。2010年青海省玉樹(shù)7.1級(jí)地震地震作用（中國(guó)發(fā)生的14次地震）1556年中國(guó)陜西華縣8級(jí)地2003年12月伊朗6.6級(jí)強(qiáng)震，5萬(wàn)人死亡。2004年2月摩洛哥6.5級(jí)地震，

564人死亡。2005年3月蘇門(mén)答臘8.7級(jí)地震，

1300人死亡。2005年3月日本南部7級(jí)地震，

1人死亡，672人受傷。2005年2月伊朗南部6.4級(jí)地震，

602人死亡。2006年5月印尼爪哇6.2級(jí)地震，

5782人死亡。2007年7月日本新潟6.8級(jí)地震，地震造成11人死亡。2006年7月印尼7.7級(jí)強(qiáng)震，

668人死亡。2007年9月印尼7.9級(jí)海底地震，10人死亡數(shù)百人受傷。2007年8月秘魯8級(jí)強(qiáng)震，

510人死亡。2009年9月印尼7.9級(jí)地震，

5000人死亡。2010年1月海地7.3級(jí)地震，十余萬(wàn)人死亡。2010年2月智利8.8級(jí)地震，

799人死亡。2011年2月新西蘭6.3級(jí)地震，200人遇難。2011年3月日本9.0級(jí)強(qiáng)震

2011年3月日本東北部海岸發(fā)生9.0級(jí)地震。2011年3月緬甸7.2級(jí)地震。地震作用（國(guó)外發(fā)生的16次地震）2003年12月伊朗6.6級(jí)強(qiáng)震，5萬(wàn)人死亡。地震作用（國(guó)產(chǎn)生傳遞引起震源

地震波建筑物所在場(chǎng)地結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)地震的破壞作用產(chǎn)傳引震源地震波建筑物所在場(chǎng)地結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)地震的破壞作用鋼結(jié)構(gòu)(扭轉(zhuǎn))Torsionbyeccentricstiffnessinplan

地震的破壞作用鋼結(jié)構(gòu)(扭轉(zhuǎn))Torsionbyeccentric多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

TaiwanEarthquake1999.9.211:472,300地震的破壞作用多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

TaiwanEarthquake1底層大空間LessonsfromEarthquakes:

damagebyweakfirststory(onlycolumns)底層大空間LessonsfromEarthquakes低層剪斷滑移LessonsfromEarthquakes:

damagebyweakfirststory(onlycolumns)地震的破壞作用低層剪斷滑移LessonsfromEarthquake中間層剛度突變,剪斷LessonsfromEarthquakes:

damagebyweakstoryinmiddleheight地震的破壞作用中間層剛度突變,剪斷LessonsfromEarthq平面不規(guī)則單層LessonsfromEarthquakes:

Lowrisebuildingsalsoarewereseverelydamaged地震的破壞作用平面不規(guī)則單層LessonsfromEarthquak房屋內(nèi)部設(shè)備儀器倒塌破壞LessonsfromEarthquakes:

Facilitiesinsidethebuildingswereseverelydamaged地震的破壞作用房屋內(nèi)部設(shè)備儀器倒塌破壞LessonsfromEarth地震中破壞的橋梁地震中破壞的橋梁風(fēng)的作用

英國(guó)泰灣橋風(fēng)毀1897年風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)可能發(fā)生顫振、馳振、渦振以及靜風(fēng)失穩(wěn)風(fēng)的作用英國(guó)泰灣橋風(fēng)毀1897年風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)可能發(fā)生顫振、風(fēng)災(zāi)破壞事例1948年美國(guó)塔可瑪橋（TacomaNarrow）風(fēng)毀風(fēng)災(zāi)破壞事例1948年美國(guó)塔可瑪橋（TacomaNarroTacoma橋風(fēng)毀視頻風(fēng)的破壞作用Tacoma橋風(fēng)毀視頻風(fēng)的破壞作用從1918年起，至少有11座橋梁毀于強(qiáng)風(fēng)風(fēng)的破壞作用從1918年起，至少有11座橋梁毀于強(qiáng)風(fēng)風(fēng)的破壞作用風(fēng)災(zāi)破壞事例-靜風(fēng)失穩(wěn)冷卻塔風(fēng)毀輸電塔風(fēng)毀風(fēng)災(zāi)破壞事例-靜風(fēng)失穩(wěn)冷卻塔風(fēng)毀輸電塔風(fēng)毀臺(tái)風(fēng)毀壞的房屋和橋梁臺(tái)風(fēng)毀壞的房屋和橋梁風(fēng)災(zāi)使廣告牌毀壞風(fēng)的作用風(fēng)災(zāi)使廣告牌毀壞風(fēng)的作用斜拉橋拉索風(fēng)雨振（日本）風(fēng)的作用斜拉橋拉索風(fēng)雨振（日本）風(fēng)的作用斜拉橋拉索風(fēng)雨振（洞庭湖大橋）風(fēng)的作用斜拉橋拉索風(fēng)雨振（洞庭湖大橋）風(fēng)的作用TokyobayBridge風(fēng)的作用TokyobayBridge風(fēng)的作用結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制被動(dòng)控制主動(dòng)控制半主動(dòng)控制混合控制金屬屈服阻尼器基礎(chǔ)隔震粘彈性阻尼器摩擦阻尼器粘性液體阻尼器調(diào)諧質(zhì)量阻尼器調(diào)諧液體阻尼器質(zhì)量阻尼器主動(dòng)斜撐和錨索主動(dòng)質(zhì)量阻尼器混合質(zhì)量阻尼器主動(dòng)變阻尼控制主動(dòng)變剛度控制磁流變阻尼器電流變阻尼器耗能減震可控流體振動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制被動(dòng)控制主動(dòng)控制半主動(dòng)控制混合控制金屬屈服阻尼器MMPassiveDamperMBase

IsolationMmTunedMassDamper被動(dòng)控制形式PassiveControlSystemsStructureExcitationResponsePEDMMPassiveDamperMBaseIsolatio研究結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)目的

控制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)

保證結(jié)構(gòu)安全；提高結(jié)構(gòu)的舒適性；避免因結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起的公眾恐慌。振動(dòng)控制技術(shù)簡(jiǎn)介及發(fā)展歷史（1）被動(dòng)控制

a、隔震

1881年，日本河合浩藏提出了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震的概念。

1924年，日本鬼頭健三郎，提出了基礎(chǔ)軸承隔震方案。

1978年，美國(guó)Kelly等，提出疊層橡膠支座隔震方案及技術(shù)。緒論研究結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)目的緒論

b、耗能減振

1970年開(kāi)始，Kelly提出在結(jié)構(gòu)中設(shè)置非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耗能元件—金屬軟鋼屈服耗能器，包括：扭轉(zhuǎn)梁，彎曲梁、U型鋼器件等，這一思想是對(duì)結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計(jì)的一個(gè)重要發(fā)展。阻尼器被動(dòng)減振應(yīng)用。80年代開(kāi)始TMD,TLD,TLCD的應(yīng)用。（2）主動(dòng)控制

20世紀(jì)50年代，日本Kobori提出結(jié)構(gòu)變剛度減震概念。

1972年，Yao應(yīng)用現(xiàn)代控制理論，提出了土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的概念，開(kāi)創(chuàng)了結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制的新里程。結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制特點(diǎn)：能取得很好的效果，需要很大外部能量的輸入。緒論b、耗能減振緒論（3）結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制近幾十年來(lái)，半主動(dòng)控制發(fā)展迅速。半主動(dòng)變剛度，半主動(dòng)變阻尼：電流變、磁流變。半主動(dòng)控制特點(diǎn)：輸入能量很小，控制效果接近主動(dòng)控制。3、講授內(nèi)容隔震、TMD控制原理、TLD/TLCD減振、阻尼器減振，半主動(dòng)變剛度、半主動(dòng)變阻尼、混合控制，半主動(dòng)與混合控制，主動(dòng)控制與智能控制：主動(dòng)控制、智能控制、自適用控制。

緒論（3）結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制緒論參考書(shū)目《結(jié)構(gòu)振動(dòng)與控制》—李宏男《結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制：被動(dòng)耗能減振，主動(dòng)、半主動(dòng)和智能控制》—?dú)W進(jìn)萍《高聳結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制》—王肇民《結(jié)構(gòu)工程中的被動(dòng)消能系統(tǒng)》—T.T.Soong等緒論參考書(shū)目《結(jié)構(gòu)振動(dòng)與控制》—李宏男緒論第二章基底隔震1、概念基底隔震：在基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)間設(shè)置隔震層，使之與固結(jié)于地基中的基礎(chǔ)頂面分開(kāi)，限制地震動(dòng)向結(jié)構(gòu)物的傳遞。隔震層水平剛度顯著低于結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度。目前基底隔震主要用于隔離水平地震作用。2、原理通過(guò)設(shè)置隔震裝置系統(tǒng)形成隔震層,延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的周期，適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)的阻尼,使結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)大大減少,同時(shí)使結(jié)構(gòu)的位移集中于隔震層,上部結(jié)構(gòu)像剛體一樣,自身相對(duì)位移很小，結(jié)構(gòu)基本上處于彈性工作狀態(tài)，從而建筑物不產(chǎn)生破壞或倒塌。第二章基底隔震1、概念動(dòng)力方程：

設(shè)：圖2.1基底隔震模型其中D為動(dòng)力放大系數(shù)，當(dāng)β較大時(shí)，D小于1。動(dòng)力方程：設(shè)：圖2.1基底隔震模型其中D為動(dòng)力放大系數(shù)圖2.2動(dòng)力放大系數(shù)穩(wěn)態(tài)相對(duì)位移反應(yīng)：

彈性力和阻尼力：

總作用力的幅值：

傳導(dǎo)比：

圖2.2動(dòng)力放大系數(shù)穩(wěn)態(tài)相對(duì)位移反應(yīng)：彈性力和阻尼圖2.3振動(dòng)傳導(dǎo)比此時(shí)具有隔震效果。一般地震的周期為0.1s,卓越頻率10HZ，采用隔震層，相當(dāng)于減小k，周期為0.4～0.5s，結(jié)構(gòu)固有頻率0.2～0.25HZ。圖2.3振動(dòng)傳導(dǎo)比此時(shí)具有隔震效果。一般地震的周期a、提高了結(jié)構(gòu)地震安全性及舒適感。b、防止了非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞和建筑物內(nèi)物品振動(dòng)、移動(dòng)和翻倒。

圖2.4隔震與非隔震結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)對(duì)比c、降低了房屋結(jié)構(gòu)造價(jià)。7度區(qū)可節(jié)省1％～3％；8度區(qū)可節(jié)省5％～15％；9度區(qū)節(jié)省10%～20%。d、結(jié)構(gòu)平立面設(shè)計(jì)較為靈活。e、可以保持儀器和設(shè)備的正常使用功能。

3、隔震結(jié)構(gòu)的特性a、提高了結(jié)構(gòu)地震安全性及舒適感。圖2.4隔震與非隔震結(jié)構(gòu)4、基底隔震方法（1）橡膠墊隔震：豎向剛度大，水平剛度為豎向的1%。橡膠墊層隔震支座：普通疊層橡膠支座；鉛芯疊層橡膠支座；高阻尼疊層橡膠支座。圖2.5橡膠墊層隔震支座圖2.5橡膠墊層隔震支座（2）滑、轉(zhuǎn)動(dòng)支座

a、聚四氟乙烯支座：對(duì)輸入的地震波頻率不敏感，隔震范圍廣；

b、回彈滑動(dòng)支座；

c、滾軸、滾珠支座；圖2.6滾軸、滾珠隔震裝置（2）滑、轉(zhuǎn)動(dòng)支座圖2.6滾軸、滾珠隔震裝置

d、摩擦錘支座（FPS）

e、搖擺支座

f、踏步式支座圖2.7搖擺式隔震支座圖2.8踏步式隔震支座

g、阻尼器d、摩擦錘支座（FPS）圖2.5、隔震裝置性能隔震裝置是指將結(jié)構(gòu)與地基隔離的裝置和機(jī)構(gòu)，它一般由隔震器和阻尼器組成。要求隔震器具有承受荷載的能力、大變形性能和在大地震后幫助隔震器迅速恢復(fù)到原位的能力。目前，世界各國(guó)廣泛接受和采用的隔震器是多層(或疊層)橡膠支座。圖2.9多層橡膠和單層橡膠塊的變形狀態(tài)5、隔震裝置性能目前，世界各國(guó)廣泛接受和采用的隔震（1）普通疊層橡膠支座的力學(xué)性能

a、豎向變形性能

b、水平大變形引起的豎向變形

圖2.10豎向受壓時(shí)的荷載—位移曲線圖2.11水平大變形引起的豎向沉降（1）普通疊層橡膠支座的力學(xué)性能圖2.10豎向受壓時(shí)

c、水平變形性能圖2.12水平荷載—位移曲線圖2.13豎向壓力對(duì)水平剛度的影響（2）鉛芯多層橡膠支座

a、豎向變形性能鉛芯多層橡膠支座在堅(jiān)向壓縮時(shí)的荷載—位移曲線，以及伴隨水平位移發(fā)生的豎向沉降量均和普通多層橡膠支座的性質(zhì)基本相同。c、水平變形性能圖2.12水平荷載—位移曲

b、水平變形性能圖2.14鉛芯橡膠支座水平荷載—位移的關(guān)系（3）高阻尼多層橡膠支座

a、豎向變形性能在豎向壓力作用下，高阻尼多層橡膠支座的荷載—位移曲線，以及伴隨水平位移發(fā)生的豎向沉降量均和普通多層橡膠支座的性質(zhì)大體相同。

b、水平變形性能b、水平變形性能圖2.14鉛芯橡膠支座水平荷載—位圖2.15高阻尼橡膠支座在水平荷載作用下的滯回曲線（4）阻尼比的確定其中：—滯回曲線包圍的面積；d—水平剛度

—水平位移圖2.15高阻尼橡膠支座在水平荷載作用下的滯回曲線6、隔震動(dòng)力反應(yīng)分析（1）隔震層分析模型

a、考慮隔震層的最大位移在多層橡膠隔震支座的線性范圍內(nèi)(一般最大變形約為250％)，故在該范圍內(nèi)模型可取為線彈性的。

b、當(dāng)采用的阻尼器為粘滯型阻尼器時(shí)，阻尼力F可按下式計(jì)算：式中，v為相對(duì)速度；c為阻尼常數(shù)；n為待定常數(shù)，一般取n＝0.5~2.0。

6、隔震動(dòng)力反應(yīng)分析式中，v為相對(duì)速度；c為圖2.16橡膠墊層隔震層恢復(fù)力模型

d、鉛芯多層橡膠隔震支座和高阻尼多層橡膠隔震支座可采用修正的雙線型模型，如圖：

c、當(dāng)采用的阻尼器為滯回型阻尼器時(shí)，隔震層系統(tǒng)分析模型可采用如圖5.13所示的雙線型模型。圖2.16橡膠墊層隔震層恢復(fù)力模型d、鉛圖2.17修正的雙線型恢復(fù)力模型（2）隔震分析模型

a、剛體模型基底隔震多用于高寬比較小的中低層房屋。如果上部結(jié)構(gòu)的剛度較大，則由于隔震層的水平剛度相對(duì)小得多，上部結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化成剛體。圖2.17修正的雙線型恢復(fù)力2.18隔震結(jié)構(gòu)的剛體模型振動(dòng)方程：式中，[M]、[C]、[K]、{U}和[I]分別為體系的質(zhì)量陣、阻尼陣、剛度陣、位移向量和位置向量，具有如下形式：2.18隔震結(jié)構(gòu)的剛體模型振動(dòng)方程：式中，[M]、

b、多質(zhì)點(diǎn)體系平動(dòng)分析模型當(dāng)上部結(jié)構(gòu)相對(duì)較柔、層間變形較大時(shí)(如多層框架結(jié)構(gòu))，隔震房屋可簡(jiǎn)化成多質(zhì)點(diǎn)體系。b、多質(zhì)點(diǎn)體系平動(dòng)分析模型圖2.19多質(zhì)點(diǎn)平動(dòng)體系的分析模型動(dòng)力方程：圖2.19多質(zhì)點(diǎn)平動(dòng)體系的分析模型動(dòng)力

c、多質(zhì)點(diǎn)體系平動(dòng)—搖擺分析模型當(dāng)上部結(jié)構(gòu)層間剛度相對(duì)較小、垂直荷載較大，而采用的多層橡膠墊的橡膠總厚度較大時(shí)。可能產(chǎn)生明顯的堅(jiān)向變形。在這種情況下，不僅要考慮結(jié)構(gòu)的水平振動(dòng)，而且還要考慮結(jié)構(gòu)的搖擺振動(dòng)，它的分析模型如圖：圖2.20多質(zhì)點(diǎn)隔震體系平動(dòng)—搖擺振動(dòng)分析模型c、多質(zhì)點(diǎn)體系平動(dòng)—搖擺分析模型圖2.20振動(dòng)方程：式中為結(jié)構(gòu)地板的搖擺角加速度；[H]為體系質(zhì)點(diǎn)的位置矩陣。

d、隔震橋梁支座模型1）、聚四氟乙烯支座摩擦力：

圖2.21聚四氟乙烯支座模型振動(dòng)方程：式中為結(jié)構(gòu)地板的搖擺角加速度；[H]2）、R—FBI（回彈滑動(dòng)支座）、FPS（摩擦錘支座）模型圖2.22回彈滑動(dòng)支座模型2）、R—FBI（回彈滑動(dòng)支座）、FPS（摩擦錘支座）模型圖世界中,美,日三國(guó)隔震結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用應(yīng)用層數(shù):中國(guó)19層，已建近450幢

美國(guó)29層，已建近100幢

日本42層，已建近1200幢

中國(guó)應(yīng)用數(shù)量：1991年～現(xiàn)在已建450幢

(廣東,西昌，新疆，云南，山西…….)世界中,美,日三國(guó)隔震結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用應(yīng)用層數(shù):中國(guó)19我國(guó)隔震技術(shù)的應(yīng)用為人民建造確保地震時(shí)安全的住宅讓人民享用免遭地震傷亡的權(quán)利(1)中國(guó)隔震建筑分布：已應(yīng)用在我國(guó)廣東，福建，山西，陜西，云南，四川，寧夏，內(nèi)蒙古，新疆，河北，河南，江蘇，北京，上海，天津，臺(tái)灣等16個(gè)省市自治區(qū)(2)中國(guó)隔震建筑數(shù)量：在我國(guó)設(shè)計(jì)和建成隔震房屋近450幢(3)范圍:住宅,辦公大樓,教學(xué)樓,醫(yī)院,指揮中心.

郵電通信樓,博物館,體育館….

民用住宅70%,重要建筑20%,其它10%我國(guó)隔震技術(shù)的應(yīng)用為人民建造確保地震時(shí)安全的住宅中國(guó)隔震建筑應(yīng)用分布圖（已建成）1993-2002隔震技術(shù)應(yīng)用分布圖中國(guó)隔震建筑應(yīng)用分布圖（已建成）1993-2002隔震多種隔震型式（1）基底隔震（有地下室）（2）首層隔震（無(wú)地下室）（3）層間隔震（豎向不規(guī)則）多種隔震型式（1）基底隔震我國(guó)第一棟橡膠支座隔震房屋（8層住宅）-廣東汕頭1989-1993我國(guó)第一棟橡膠支座隔震房屋（8層住宅）-廣東汕頭1989SeismicIsolation-ApplicationinChina

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(聯(lián)合國(guó)UNIDO國(guó)際項(xiàng)日)

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(M7.3)

汕頭傳統(tǒng)房屋:晃動(dòng)激烈人站不穩(wěn)青少年跳窗逃（死傷126人）水桶濺水1/3

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隔震支座

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Hi新疆烏魯木齊石化廠區(qū)隔震住宅樓群

（38棟，13萬(wàn)m2）2000年

當(dāng)年世界隔震面積最大(基底隔震)新疆烏魯木齊石化廠區(qū)隔震住宅樓群

（38棟，13新疆烏魯木齊第八鋼廠區(qū)隔震住宅樓群

（36棟，12萬(wàn)m2

）2001年當(dāng)年世界隔震面積最大(基底隔震)新疆烏魯木齊第八鋼廠區(qū)隔震住宅樓群

（36棟，12萬(wàn)m

Isolatedbuildings--thelargestareaintheworld北京地鐵地面樞紐站大面積平臺(tái)上隔震住宅樓(建設(shè)中)●RC大平臺(tái)（2000米1500米）上建造48幢

9層的隔震住宅樓●隔震建筑面積

480,000平方米

目前世界面積最大隔震建筑群隔震層(隔震支座)Isolatedbuildings--thelar層間隔震

–StoriesIsolation

隔震層(隔震支座)層間隔震–StoriesIsolation隔震層北京地鐵9層隔震房屋（2）北京地鐵9層隔震房屋（2）北京地鐵9層隔震房屋（4）北京地鐵9層隔震房屋（4）(M)17P04BJ05(M)17P04BJ05Stories-isolation隔震房屋完好無(wú)損ElCentrowaveTianjingwaveLocalSitewaveGroundMotion地震Ag=0.60gIsolationStructuralAcc.結(jié)構(gòu)As=0.11～0.16gStories-isolation隔震(M)17p04BJISO07

Storiesno-isolationShakingtabletests）不隔震No-Isolation(Fixed)Damage,CollapseElCentro(N-S)(Transverse)GroundMotion地震Ag=0.366gStructuralAcc.結(jié)構(gòu)As=0.834gComparison:隔震/不隔震=1/4(M)17p04BJISO07

StoriesnoStoriesno-isolation(Severedamage,collapse)Storiesno-isolation(SeveredStoriesno-isolation(Severedamage,collapse)Storiesno-isolation(Severed北京地鐵地面樞紐站RC平臺(tái)上

隔震支座施工安裝北京地鐵地面樞紐站RC平臺(tái)上

隔震支座施工安裝北京地鐵地面樞紐站隔震住宅樓技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益(1)房屋抗震安全度提高4倍(2)平臺(tái)的地震反應(yīng)降為2/3

(3)住宅面積增加近10萬(wàn)平方米（房屋從6層增加到9層）

(4)直接增創(chuàng)產(chǎn)值6億元(6000元/平方米)(未計(jì)間接效益）北京地鐵地面樞紐站隔震住宅樓技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益(1)房屋抗震SeismicIsolation-ApplicationinUSA(1)

USCUniversityHospital–withisolationSeismicIsolation-ApplicationSeismicIsolation-ApplicationinUSA(2)

USCUniversityHospital–withisolationSeismicIsolation-ApplicationSeismicIsolation-ApplicationinUSA(3)

USCUniversityHospital–withisolation

(AfterEQ1994.1.17,Northridge)SeismicIsolation-ApplicationSeismicIsolation-ApplicationinUSA(4)

USCUniversityHospital–withisolationSeismicIsolation-ApplicationSeismicIsolation-ApplicationinUSA(5)

OliveViewHospital–withoutisolationSeismicIsolation-ApplicationSeismicIsolation-ApplicationinUSA(6)

OliveViewHospital–withoutisolationSeismicIsolation-ApplicationSeismicIsolation-ApplicationinUSA(7)

OliveViewHospital–withoutisolationSeismicIsolation-ApplicationSeismicIsolation-ApplicationinJapan(1)

Westpost&communicationbuilding--withisolation53965m2

electricandcomputerfacilities

SeismicIsolation-ApplicationSeismicIsolation-ApplicationinJapan(2)

Westpost&communicationbuilding--withisolationSeismicIsolation-ApplicationSeismicIsolation-ApplicationinJapan(3)

Westpost&communicationbuilding--withisolationSeismicIsolation-ApplicationJapanKobeEarthquake1995.1.175:476,000JapanKobeEarthquake1995.1.JapanKobeEarthquake1995.1.175:476,000JapanKobeEarthquake1995.1.SeismicIsolation-ApplicationinJapanSeismicIsolation-Application日本高層（26層）隔震住宅大樓

日本高層（26層）隔震住宅大樓日本高層（32層）隔震商住大樓

日本高層（32層）隔震商住大樓日本超高層（42層）隔震住宅大樓（大坂市）

2002.10.施工至28層日本超高層（42層）隔震住宅大樓（大坂市）

2002.10.日本超高層（42層）隔震住宅大樓（大坂市）日本超高層（42層）隔震住宅大樓（大坂市）日本超高層（42層）隔震住宅大樓（大坂市）日本超高層（42層）隔震住宅大樓（大坂市）舊房屋加固

SeismicIsolation-ApplicationforRetrofitinUSA(1)

SaltLakeCityandCountyBuilding—bearingputonthebase舊房屋加固

SeismicIsolation-Applic層間隔震（舊房屋加固）

SeismicIsolation-ApplicationforRetrofit

16storiesBuilding—bearingputon8thfloor層間隔震（舊房屋加固）

SeismicIsolation-舊房屋加固（日本Kobe）舊房屋加固（日本Kobe）舊房屋加固（新西蘭）舊房屋加固（新西蘭）舊房屋加固（新西蘭）舊房屋加固（新西蘭）橋梁、地鐵等應(yīng)用南疆鐵路布谷孜鐵路隔震橋（9孔，各32米）2000年通車(chē)2003。2。24新疆伽師地震6。2級(jí)別L=50KM地震后救災(zāi)物資源源不斷運(yùn)往災(zāi)區(qū)橋梁、地鐵等應(yīng)用南疆鐵路布谷孜鐵路隔震橋（9孔，各32米）2SeismicIsolation-ApplicationinBridgesinJapan(10)SeismicIsolation-ApplicationSeismicIsolation-ApplicationinOilTank(4)SeismicIsolation-ApplicationSeismicIsolation-ApplicationinindustryfacilitiesSeismicIsolation-Application第三章調(diào)諧質(zhì)量阻尼器1、概述調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TunedMassDamper，簡(jiǎn)稱(chēng)TMD），該系統(tǒng)是一個(gè)由彈簧、阻尼器和質(zhì)量塊組成的振動(dòng)系統(tǒng)。

TMD振動(dòng)控制機(jī)理：當(dāng)結(jié)構(gòu)在外激勵(lì)作用下產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)TMD系統(tǒng)一起振動(dòng)，TMD系統(tǒng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力反作用到結(jié)構(gòu)上，調(diào)諧這個(gè)慣性力，使其對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)產(chǎn)生控制作用，從而達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的目的。圖3.1TMD結(jié)構(gòu)系統(tǒng)第三章調(diào)諧質(zhì)量阻尼器1、概述TMD振動(dòng)控制機(jī)理：研究表明，調(diào)諧TMD系統(tǒng)的自振頻率與結(jié)構(gòu)某一振型自振頻率一致時(shí)，TMD系統(tǒng)對(duì)此振型的振動(dòng)反應(yīng)控制效果最佳。

應(yīng)用：應(yīng)用較早的被動(dòng)控制裝置之一，在結(jié)構(gòu)風(fēng)振中應(yīng)用較廣，可以用于控制結(jié)構(gòu)的風(fēng)振和地震反應(yīng)。

優(yōu)點(diǎn)：(1)對(duì)結(jié)構(gòu)功能的影響較?。?2)安裝簡(jiǎn)單、方便；(3)維修、更換容易；（4）可以減少工程建設(shè)的造價(jià)。

缺點(diǎn)：增加結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量1%～2%。，研究表明，調(diào)諧TMD系統(tǒng)的自振頻率與結(jié)構(gòu)某一振型設(shè)：則：

求解得：圖3.2無(wú)阻尼TMD計(jì)算模型無(wú)阻尼運(yùn)動(dòng)方程：2、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）的基本原理設(shè)：則：求解得：圖3.2無(wú)阻尼TMD計(jì)算模型無(wú)阻尼運(yùn)動(dòng)方程式中：

若令：

*主振系統(tǒng)振動(dòng)消失，稱(chēng)為動(dòng)力調(diào)諧條件。則：

*阻尼器彈簧傳遞給主質(zhì)量的作用力：正好平衡外激振力，相互抵消—無(wú)阻尼力消振器原理。式中：若令：*主振系統(tǒng)振動(dòng)消失，設(shè)：圖3.3有阻尼TMD計(jì)算模型3、有阻尼消振器運(yùn)動(dòng)方程：設(shè)：圖3.3有阻尼TMD計(jì)算模型3、有阻尼消振器可以得到：設(shè)：

推出：可以得到：設(shè)：推出：為了簡(jiǎn)化分析，設(shè)，則：取圖3.4主振系統(tǒng)振幅曲線為了簡(jiǎn)化分析，設(shè)

*存在2個(gè)公共點(diǎn)。*對(duì)于任意的f，公共點(diǎn)的縱坐標(biāo)是不同的。*改變f，可以得到2個(gè)公共點(diǎn)縱坐標(biāo)值相等。*當(dāng)公共點(diǎn)縱坐標(biāo)相等，調(diào)節(jié)使主振系統(tǒng)振幅曲線的一個(gè)峰值與公共點(diǎn)重合，這時(shí)主振系統(tǒng)的振幅最小。優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）利用第一個(gè)優(yōu)化條件（兩公共點(diǎn)縱坐標(biāo)相等）因?yàn)楣颤c(diǎn)與無(wú)關(guān)，取則：*存在2個(gè)公共點(diǎn)。*當(dāng)公共點(diǎn)縱坐標(biāo)相等，調(diào)節(jié)此外：兩個(gè)公共點(diǎn)與無(wú)關(guān)，固有

此外：兩個(gè)公共點(diǎn)與無(wú)關(guān)，固有對(duì)應(yīng)存在2個(gè)正根（即兩個(gè)公共點(diǎn)）由韋達(dá)定理知：聯(lián)立方程組求解：對(duì)應(yīng)存在2個(gè)正根（即兩個(gè)公共點(diǎn)）由韋達(dá)于是有：優(yōu)化值：

2）利用第二個(gè)優(yōu)化條件：振幅曲線的一個(gè)峰值與公共點(diǎn)重合?？傻卯?dāng)較小時(shí)，差別不大，則可以令：于是有：優(yōu)化值：2）利用第二個(gè)優(yōu)化條件：振幅曲線的一個(gè)峰值*外部激勵(lì)為隨機(jī)過(guò)程，采用譜分析。*寬帶過(guò)程，頻率分布廣，宜采用AMD。*MTMD主要用于抗風(fēng)設(shè)計(jì)，抗震方面?zhèn)涫軤?zhēng)議。*當(dāng)，對(duì)于不同的，振幅曲線不存在公共點(diǎn)，不能按上述過(guò)程求解，可以采用數(shù)值方法計(jì)算。*外部激勵(lì)為隨機(jī)過(guò)程，采用譜分析。*TMD應(yīng)用

67.5m244mTMD應(yīng)用

67.5m244mShinjukuParkTower(1994)RollerShinjukuParkTower(1994)RollCiticorpBuilding278minNewYork410tonconcreteblockwithtwospringdampingmechanisms,wasinstalledinthe63rdfloor.CiticorpBuilding第四章調(diào)諧液體質(zhì)量阻尼器1、概述調(diào)液質(zhì)量阻尼器是一種結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制裝置，它是裝有液體并固定在結(jié)構(gòu)上的剛性容器。包括：TLD(TunedliquidDamper)、TLCD(TunedliquidcolumnDamper)。

調(diào)液質(zhì)量阻尼器的減振原理：將調(diào)液質(zhì)量阻尼器安裝在結(jié)構(gòu)上，當(dāng)結(jié)構(gòu)受荷載作用產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，阻尼器中的液體發(fā)生振蕩。液體振蕩產(chǎn)生的動(dòng)水壓力作用于剛性容器壁并傳播到結(jié)構(gòu)上，從而對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。這個(gè)作用是慣性力和耗能作用的組合，利用其阻尼的耗能作用和慣性的吸振作用，達(dá)到減小結(jié)構(gòu)反應(yīng)的目的。

應(yīng)用：船防滾動(dòng)箱、衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)軸減振、海洋平臺(tái)、高層結(jié)構(gòu)的風(fēng)振。第四章調(diào)諧液體質(zhì)量阻尼器1、概述

調(diào)液質(zhì)量阻尼器有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)經(jīng)濟(jì)，基本上不增加或增加少量的土建費(fèi)用就可以達(dá)到減振的作用；(2)簡(jiǎn)單易行，可方便地將盛液容器安裝在結(jié)構(gòu)上(3)較少的維護(hù)費(fèi)用；(4)適合短期或長(zhǎng)期使用；(5)多用途，盛有水的TLD可兼做儲(chǔ)水裝置；(6)無(wú)污染，阻尼器中液體使用普通水時(shí)有利于環(huán)保。2、TLD的減震原理研究證實(shí)，TLD的減振作用與容器中液體的質(zhì)量、頻率、粘滯性及容器的尺寸等多種因素有關(guān)，調(diào)節(jié)這些參數(shù)就可以改變TLD的頻率。

TLD對(duì)結(jié)構(gòu)的控制力由兩部分組成：一部分是水隨結(jié)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力；一部分是水運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的粘滯力。當(dāng)TLD中的液體使用水時(shí)，由于水是低阻尼的液體，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的粘滯力可忽略不計(jì)。此時(shí)，水運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力構(gòu)成了對(duì)結(jié)構(gòu)的控制力。調(diào)節(jié)水的慣性力，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)減振的目的是TLD設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。調(diào)液質(zhì)量阻尼器有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)經(jīng)濟(jì)，基

TLD頻率與結(jié)構(gòu)的自振頻率接近時(shí)，TLD中液體慣性力最大，即控制力最大。

3、TLD動(dòng)水壓力簡(jiǎn)化計(jì)算（1）、矩形TLD中水的固有頻率式中，h為液體的深度；A為T(mén)LD沿外荷載輸入方向的邊長(zhǎng)；g為重力加速度；n為液體自振頻率的階數(shù)。

TLD中第一階振蕩周期與h/A的關(guān)系如圖4.1所示：

TLD頻率與結(jié)構(gòu)的自振頻率接近時(shí)，TLD中液體慣圖4.1與h/A的關(guān)系

1)由圖中可以看到：當(dāng)容器的長(zhǎng)度A確定后，液體的周期隨h/A的增大而減??；

2)h/A確定后，液體的振蕩周期隨容器長(zhǎng)度A的增大而增大；3)h/A大于0.5時(shí)，液體的振蕩周期趨于穩(wěn)定值。圖4.1與h/A的關(guān)系利用TLD減振，需將丁TLD中液體的振蕩周期調(diào)諧到結(jié)構(gòu)的自振周期附近，從而得到最大的動(dòng)水壓力。根據(jù)所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的自振周期，由上圖可以選擇出合適的TLD形式。（2）TLD中液體動(dòng)水壓力計(jì)算液體晃動(dòng)問(wèn)題為典型的非線性問(wèn)題，目前還無(wú)法得到其解析解。求解一般采用流體體積函數(shù)法(簡(jiǎn)稱(chēng)VOF法)，它是求解不可壓縮的、粘性的、瞬變的和具有自由表面流體運(yùn)動(dòng)的一種差分方法。對(duì)于剛性的、裝有粘性流體的容器，假定流體是不可壓縮的、均勻?qū)恿?，流體滿(mǎn)足的Navier-Stokes方程為：利用TLD減振，需將丁TLD中液體的振蕩周期式中，P為流體的壓力；為流體的密度；為流體的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)；分別為x、y和z方向的體積加速度。

定義一個(gè)流體體積函數(shù)F(x，y，z，t)。若單元體充滿(mǎn)流體，F(xiàn)值為1；若單元體無(wú)流體時(shí)，F(xiàn)值為0；當(dāng)單元體與自由表面相交時(shí)，F(xiàn)值介于0與l之間。F函數(shù)滿(mǎn)足方程：

采用施主與受主單元體方法來(lái)處理F的對(duì)流量。式中，P為流體的壓力；為流體的密度；利用有限差分法，通過(guò)計(jì)算分析得出單位寬矩形TLD中動(dòng)水壓力最大值的簡(jiǎn)化計(jì)算公式為：

圖4.2動(dòng)水壓力圖利用有限差分法，通過(guò)計(jì)算分析得出單位寬矩形TLD中動(dòng)4、TLD結(jié)構(gòu)減振體系的簡(jiǎn)化計(jì)算方法（1）控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

n個(gè)自由度的土木結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程：

M,C,K分別為質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣，環(huán)境干擾位置矩陣設(shè)結(jié)構(gòu)上安裝P個(gè)控制裝置，控制力為，相應(yīng)的位置矩陣為。受控結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程：4、TLD結(jié)構(gòu)減振體系的簡(jiǎn)化計(jì)算方法M,C,K定義：得：

狀態(tài)方程可以表示為：定義：得：狀態(tài)方程可以表示為：（2）TLD—結(jié)構(gòu)體系的狀態(tài)方程及時(shí)域分析在相對(duì)地面的坐標(biāo)系統(tǒng)中，可以簡(jiǎn)化成n個(gè)質(zhì)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)裝有了TLD裝置時(shí)，TID—結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的受控反應(yīng)方程可表示為：

式中，分別為結(jié)構(gòu)位移反應(yīng)向量、速度反應(yīng)向量和加速度反應(yīng)向量；分別為體系的質(zhì)量陣、阻尼陣和剛度陣；為單位列向量；為地面輸入加速度；為T(mén)LD對(duì)結(jié)構(gòu)的控制力，阻尼為瑞利阻尼，其表達(dá)式為：（2）TLD—結(jié)構(gòu)體系的狀態(tài)方程及時(shí)域分析式

設(shè)

求解狀態(tài)方程，即可以求得TLD—結(jié)構(gòu)這個(gè)控制系統(tǒng)的地震動(dòng)反應(yīng)。

TLD減振效果：質(zhì)量比2%；位移減振率19%~22%；加速度減振率19%~37%。設(shè)求解狀態(tài)方程，即可以求得TLD—結(jié)構(gòu)這個(gè)TLD（TunedLiquidDamper）TLD（TunedLiquidDamper）

TLCD減振裝置一般采用U型，U型管中設(shè)有小孔的隔板，面積可調(diào)節(jié)。利用液體振蕩過(guò)程中產(chǎn)生的阻尼消耗能量達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的目的。液體在流經(jīng)小孔前后，由于截而突然變化，運(yùn)動(dòng)的液體將產(chǎn)生局部水頭損失(能量損耗)，這種損失是TLCD耗散能量的主要部分。局部水頭損失與液體在孔洞處流速的平方成比：b圖4.3TLCD裝置

K為局部水頭損失系數(shù)，與液體的截面面積A和隔板的小孔面積有關(guān)；為液體在空洞處的平均流速。5、TLCD的減振原理及設(shè)計(jì)（1）TLCD減振原理TLCD減振裝置一般采用U型，U型管中根據(jù)需要調(diào)節(jié)U型管中液體的長(zhǎng)度L及寬度d以及管中液體的質(zhì)量，使管中液體的振蕩頻率與結(jié)構(gòu)的自振頻率f相等或接近，從而達(dá)到最好的減振效果。（2）TLCD運(yùn)動(dòng)方程（模型）拉格朗日方程b根據(jù)需要調(diào)節(jié)U型管中液體的長(zhǎng)度L及寬度d以及管中—振蕩頻率與L有關(guān)無(wú)結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)：（3）TLCD—結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程圖4.4TLCD減振體系無(wú)阻尼自由振動(dòng)：—振蕩頻率與L有關(guān)無(wú)結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)：（3）TLCD—結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的引入?yún)?shù)：，結(jié)構(gòu)阻尼比：質(zhì)量比

有效質(zhì)量比：

TLCD阻尼比線性化（簡(jiǎn)諧振動(dòng)半周內(nèi)的總水頭損失與線性體系能量相等的條件）定義誤差：引入?yún)?shù)：，結(jié)構(gòu)阻尼比：質(zhì)量比有效質(zhì)量比：TLCD阻尼比則：

設(shè)：

則：設(shè)：簡(jiǎn)化體系運(yùn)動(dòng)方程為：

優(yōu)化設(shè)計(jì)：*一般情況下很小，研究表明*由上述方程求得，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)化體系運(yùn)動(dòng)方程為：優(yōu)化設(shè)計(jì)：*一般情況下很小，研究表明*6、利用TLCD減振分析

a、利用數(shù)值方法求；

b、研究參數(shù)的影響；

c、研究振動(dòng)響應(yīng)。6、利用TLCD減振分析第五章耗能阻尼器的減振與設(shè)計(jì)1、概述耗能阻尼器減振是通過(guò)來(lái)用附加子結(jié)構(gòu)或一定的措施，以消耗地震傳遞給結(jié)構(gòu)的能量為目的的減振手段。通過(guò)耗能裝置消耗掉部分能量，以至于結(jié)構(gòu)反應(yīng)減小。外部輸入的能力=結(jié)構(gòu)動(dòng)能+勢(shì)能（應(yīng)變能）+阻尼耗能+其它耗能（塑性變形）耗能減振技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：減振效果好、構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、適用范圍廣、維護(hù)方便等。耗能阻尼器：軟鋼阻尼器、摩擦阻尼器、粘彈性阻尼器、粘滯液體阻尼器，MR阻尼器。第五章耗能阻尼器的減振與設(shè)計(jì)1、概述StructurePassivecontrolsystemResponseExcitationSchematicDiagramofPassiveEnergyDissipationSystem被動(dòng)耗能控制PassiveControlForce=f(Disp.andVelocityAcrossDampers)Passiveforcecanbelinearornonlinear.StructurePassivecontrolsysteConservationofenergyyields:E=totalenergyinputtothestructurefromexcitationEd=energydissipatedbysupplementaldamping

devicesEk=kineticenergyofthestructureEs=elasticstrainenergyofthestructureEh=energydissipatedduetoinelasticdeformationConservationofenergyyields:2、軟鋼阻尼器軟鋼優(yōu)點(diǎn)：具有優(yōu)良的塑性變形性能，可以在超過(guò)屈服應(yīng)變幾十倍的塑性應(yīng)變下往復(fù)變形數(shù)百次而不斷裂的優(yōu)點(diǎn)。

圖5.1不同形式的軟鋼阻尼器：(a)U型帶、(b)扭轉(zhuǎn)梁、(c)彎曲梁。2、軟鋼阻尼器圖5.1不同形式的軟鋼阻尼器：(a)U

軟鋼的應(yīng)力—應(yīng)變數(shù)學(xué)模型圖5.2應(yīng)力—應(yīng)變數(shù)學(xué)模型圖5.2應(yīng)力—應(yīng)變數(shù)學(xué)模型卸載Bauschinger(包新格)效應(yīng)：與相關(guān)的應(yīng)力依賴(lài)于應(yīng)變強(qiáng)化量。各向同性強(qiáng)化理論將確定：同性運(yùn)動(dòng)強(qiáng)化理論為：。實(shí)驗(yàn)結(jié)果位于兩者之間。循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變力響應(yīng)：圖5.3循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變力響應(yīng)

粘塑性：與時(shí)間無(wú)關(guān)。

熱效應(yīng)：溫度的影響（消耗的能量轉(zhuǎn)化為熱能，溫度升高）。

宏觀建模：幅值、頻率、溫度。線性化、參數(shù)模型、非參數(shù)模型。

卸載Bauschinger(包新格)效應(yīng)：與3、摩擦阻尼器利用兩塊固體之間相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的摩擦來(lái)耗散能量。限位摩擦阻尼器、摩擦阻尼筒。

圖5.4限位鋼板摩擦阻尼器圖5.5摩擦阻尼筒為切向附著力，為法向附著力。原理：

3、摩擦阻尼器圖5.4限位鋼板摩擦阻尼器限位摩擦阻尼器的滯回力學(xué)模型圖5.6(a)荷載—位移關(guān)系；(b)滯回關(guān)系4、粘彈性阻尼器粘彈性阻尼器應(yīng)用于抗風(fēng)振比較早，需要能量較小，90年代后開(kāi)展研究并應(yīng)用?；驹恚赫硰椥圆牧鲜堑湫偷墓簿畚锘虿Ａ钗镔|(zhì)，他們?cè)诩羟凶冃沃邢哪芰俊Ｏ尬荒Σ磷枘崞鞯臏亓W(xué)模型圖5圖5.7粘彈性阻尼器示意圖設(shè)在頻率為的正弦荷載作用下，線性粘彈性材料的剪應(yīng)變和剪應(yīng)力也將以振動(dòng)。表達(dá)式為：

式中分別為峰值剪應(yīng)變和應(yīng)力，為滯后角度。圖5.8正弦荷載激勵(lì)下的應(yīng)力、應(yīng)變時(shí)程曲線圖5.7粘彈性阻尼器示意圖設(shè)在頻率為剪應(yīng)力可以表示為:聯(lián)立方程可以求解應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系為：圖5.9應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系圖剪應(yīng)力可以表示為:聯(lián)立方程可以求橢圓的面積表示單位體積的粘彈性材料振動(dòng)一周所耗散的能量，由下式求出：剪應(yīng)力的第一項(xiàng)是用表示彈性模量的彈性部分，第二項(xiàng)或異相部分表示消能分量。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)：

從上式可以看出，代表彈性模量；為阻尼材料的阻尼系數(shù)，其等效阻尼比為：橢圓的面積表示單位體積的粘彈性材料振動(dòng)一周所耗散式中，定義為粘彈性材料的剪力貯存模量，表示每振動(dòng)一周貯存和恢復(fù)能量的度量；定義為剪力耗損模量，表示每振動(dòng)一周損耗能量的度量。剪力貯存模量和損耗模量一般來(lái)說(shuō)是頻率、外部溫度T、剪應(yīng)變和材料內(nèi)部溫度的函數(shù)。試驗(yàn)表明隨著溫度的升高，阻尼器的耗能能力均在降低。隨著頻率和應(yīng)變率的增大，阻尼器的耗能能力在增大。圖5.10阻尼力位移曲線（a）T=24；（b）=42式中，定義為粘彈性材料的剪力貯存模量，表阻尼力和位移的關(guān)系（剪切面積為A，厚度為t）為附加剛度，為附加阻尼。

5、粘性液體阻尼器粘性液體阻尼器(ViscousFluidDamper，簡(jiǎn)稱(chēng)VFD)是利用液體的粘性提供阻尼來(lái)耗散振動(dòng)能量。（1）種類(lèi)第一類(lèi)是粘滯液體在封閉的容器中產(chǎn)生—定的流速來(lái)進(jìn)行耗能的阻尼器，在這類(lèi)阻尼器中，活塞要迫使粘滯液體在很短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)小孔洞，這時(shí)將產(chǎn)生很大的壓力。因此，對(duì)這類(lèi)阻尼器內(nèi)部工藝設(shè)計(jì)要求較高。阻尼力和位移的關(guān)系（剪切面積為A，厚度為t）為附圖5.11第一類(lèi)粘滯液體阻尼器第二類(lèi)是粘滯液體在敞開(kāi)的容器中產(chǎn)生一定的位移來(lái)進(jìn)行耗熊的阻尼器。在這類(lèi)阻尼器中，要求液體盡量粘稠以獲得最大限度的阻尼，因此，設(shè)汁中液體材料的選擇就成為問(wèn)題的關(guān)鍵。

圖5.11第一類(lèi)粘滯液體阻尼器圖5.12第二類(lèi)粘滯液體阻尼器（2）受力特點(diǎn)及模型油阻尼器，Maxwell模型：式中，P（t）和x(t)分別為施加于活塞上的力和它產(chǎn)生的位移；A為松弛時(shí)間；為零頻阻尼系數(shù)。圖5.12第二類(lèi)粘滯液體阻尼器（2）受力特點(diǎn)及模型上式中A是很小的,可以忽略，故上式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：圖5.13力—位移滯回曲線粘滯液體阻尼器諧振情況下：式中，分別為貯存剛度相損耗剛度，它們是頻率的函數(shù)。上式中A是很小的,可以忽略，故上式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：為了整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的需要，一般采用Maxwell力—位移模型來(lái)描述該阻尼器的力學(xué)特性：式中，P（t）和x(t)分別為施加給活塞的力和活塞產(chǎn)生的位移；和分別為零頻阻尼系數(shù)和松弛時(shí)間；r為微分的階數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)擬合。為了整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的需要，一般采用Maxwel結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)X科技大學(xué)土木工程學(xué)院X年三月結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)X科技大學(xué)土木工程學(xué)院第一章緒論結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下引起的響應(yīng)地震風(fēng)車(chē)輛...常見(jiàn)激勵(lì)第一章緒論結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下引起的響應(yīng)地震常地震作用（中國(guó)發(fā)生的14次地震）1556年中國(guó)陜西華縣8級(jí)地震，死亡人數(shù)高達(dá)83萬(wàn)人。1668年山東郯（tan）城8.5級(jí)，波及8省161縣，史稱(chēng)“曠古奇災(zāi)”。1920年寧夏海原縣8.5級(jí)，死亡24萬(wàn)人。1927年甘肅古浪8級(jí)地震，死亡4萬(wàn)余人。1932年甘肅昌馬堡7.6級(jí)地震，死亡7萬(wàn)人。1933年四川茂縣7.5級(jí)地震。1950年西藏察隅縣8.6級(jí)地震。1966年邢臺(tái)6.8級(jí)、7.2級(jí)地震，共死亡8064人。1970年云南省通?？h7.7級(jí)地震。死亡15621人。1975年遼寧省海城縣7.3級(jí)地震。地震被成功預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)防。1976年唐山7.8級(jí)地震，死亡24.2萬(wàn)人。1988年云南省瀾滄7.6級(jí)(瀾滄)、7.2級(jí)(耿馬)的兩次大地震。2008年汶川8.0級(jí)地震，6.9萬(wàn)人遇難。2010年青海省玉樹(shù)7.1級(jí)地震地震作用（中國(guó)發(fā)生的14次地震）1556年中國(guó)陜西華縣8級(jí)地2003年12月伊朗6.6級(jí)強(qiáng)震，5萬(wàn)人死亡。2004年2月摩洛哥6.5級(jí)地震，

564人死亡。2005年3月蘇門(mén)答臘8.7級(jí)地震，

1300人死亡。2005年3月日本南部7級(jí)地震，

1人死亡，672人受傷。2005年2月伊朗南部6.4級(jí)地震，

602人死亡。2006年5月印尼爪哇6.2級(jí)地震，

5782人死亡。2007年7月日本新潟6.8級(jí)地震，地震造成11人死亡。2006年7月印尼7.7級(jí)強(qiáng)震，

668人死亡。2007年9月印尼7.9級(jí)海底地震，10人死亡數(shù)百人受傷。2007年8月秘魯8級(jí)強(qiáng)震，

510人死亡。2009年9月印尼7.9級(jí)地震，

5000人死亡。2010年1月海地7.3級(jí)地震，十余萬(wàn)人死亡。2010年2月智利8.8級(jí)地震，

799人死亡。2011年2月新西蘭6.3級(jí)地震，200人遇難。2011年3月日本9.0級(jí)強(qiáng)震

2011年3月日本東北部海岸發(fā)生9.0級(jí)地震。2011年3月緬甸7.2級(jí)地震。地震作用（國(guó)外發(fā)生的16次地震）2003年12月伊朗6.6級(jí)強(qiáng)震，5萬(wàn)人死亡。地震作用（國(guó)產(chǎn)生傳遞引起震源

地震波建筑物所在場(chǎng)地結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)地震的破壞作用產(chǎn)傳引震源地震波建筑物所在場(chǎng)地結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)地震的破壞作用鋼結(jié)構(gòu)(扭轉(zhuǎn))Torsionbyeccentricstiffnessinplan

地震的破壞作用鋼結(jié)構(gòu)(扭轉(zhuǎn))Torsionbyeccentric多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

TaiwanEarthquake1999.9.211:472,300地震的破壞作用多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

TaiwanEarthquake1底層大空間LessonsfromEarthquakes:

damagebyweakfirststory(onlycolumns)底層大空間LessonsfromEarthquakes低層剪斷滑移LessonsfromEarthquakes:

damagebyweakfirststory(onlycolumns)地震的破壞作用低層剪斷滑移LessonsfromEarthquake中間層剛度突變,剪斷LessonsfromEarthquakes:

damagebyweakstoryinmiddleheight地震的破壞作用中間層剛度突變,剪斷LessonsfromEarthq平面不規(guī)則單層LessonsfromEarthquakes:

Lowrisebuildingsalsoarewereseverelydamaged地震的破壞作用平面不規(guī)則單層LessonsfromEarthquak房屋內(nèi)部設(shè)備儀器倒塌破壞LessonsfromEarthquakes:

Facilitiesinsidethebuildingswereseverelydamaged地震的破壞作用房屋內(nèi)部設(shè)備儀器倒塌破壞LessonsfromEarth地震中破壞的橋梁地震中破壞的橋梁風(fēng)的作用

英國(guó)泰灣橋風(fēng)毀1897年風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)可能發(fā)生顫振、馳振、渦振以及靜風(fēng)失穩(wěn)風(fēng)的作用英國(guó)泰灣橋風(fēng)毀1897年風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)可能發(fā)生顫振、風(fēng)災(zāi)破壞事例1948年美國(guó)塔可瑪橋（TacomaNarrow）風(fēng)毀風(fēng)災(zāi)破壞事例1948年美國(guó)塔可瑪橋（TacomaNarroTacoma橋風(fēng)毀視頻風(fēng)的破壞作用Tacoma橋風(fēng)毀視頻風(fēng)的破壞作用從1918年起，至少有11座橋梁毀于強(qiáng)風(fēng)風(fēng)的破壞作用從1918年起，至少有11座橋梁毀于強(qiáng)風(fēng)風(fēng)的破壞作用風(fēng)災(zāi)破壞事例-靜風(fēng)失穩(wěn)冷卻塔風(fēng)毀輸電塔風(fēng)毀風(fēng)災(zāi)破壞事例-靜風(fēng)失穩(wěn)冷卻塔風(fēng)毀輸電塔風(fēng)毀臺(tái)風(fēng)毀壞的房屋和橋梁臺(tái)風(fēng)毀壞的房屋和橋梁風(fēng)災(zāi)使廣告牌毀壞風(fēng)的作用風(fēng)災(zāi)使廣告牌毀壞風(fēng)的作用斜拉橋拉索風(fēng)雨振（日本）風(fēng)的作用斜拉橋拉索風(fēng)雨振（日本）風(fēng)的作用斜拉橋拉索風(fēng)雨振（洞庭湖大橋）風(fēng)的作用斜拉橋拉索風(fēng)雨振（洞庭湖大橋）風(fēng)的作用TokyobayBridge風(fēng)的作用TokyobayBridge風(fēng)的作用結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制被動(dòng)控制主動(dòng)控制半主動(dòng)控制混合控制金屬屈服阻尼器基礎(chǔ)隔震粘彈性阻尼器摩擦阻尼器粘性液體阻尼器調(diào)諧質(zhì)量阻尼器調(diào)諧液體阻尼器質(zhì)量阻尼器主動(dòng)斜撐和錨索主動(dòng)質(zhì)量阻尼器混合質(zhì)量阻尼器主動(dòng)變阻尼控制主動(dòng)變剛度控制磁流變阻尼器電流變阻尼器耗能減震可控流體振動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制被動(dòng)控制主動(dòng)控制半主動(dòng)控制混合控制金屬屈服阻尼器MMPassiveDamperMBase

IsolationMmTunedMassDamper被動(dòng)控制形式PassiveControlSystemsStructureExcitationResponsePEDMMPassiveDamperMBaseIsolatio研究結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)目的

控制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)

保證結(jié)構(gòu)安全；提高結(jié)構(gòu)的舒適性；避免因結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起的公眾恐慌。振動(dòng)控制技術(shù)簡(jiǎn)介及發(fā)展歷史（1）被動(dòng)控制

a、隔震

1881年，日本河合浩藏提出了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震的概念。

1924年，日本鬼頭健三郎，提出了基礎(chǔ)軸承隔震方案。

1978年，美國(guó)Kelly等，提出疊層橡膠支座隔震方案及技術(shù)。緒論研究結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)目的緒論

b、耗能減振

1970年開(kāi)始，Kelly提出在結(jié)構(gòu)中設(shè)置非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耗能元件—金屬軟鋼屈服耗能器，包括：扭轉(zhuǎn)梁，彎曲梁、U型鋼器件等，這一思想是對(duì)結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計(jì)的一個(gè)重要發(fā)展。阻尼器被動(dòng)減振應(yīng)用。80年代開(kāi)始TMD,TLD,TLCD的應(yīng)用。（2）主動(dòng)控制

20世紀(jì)50年代，日本Kobori提出結(jié)構(gòu)變剛度減震概念。

1972年，Yao應(yīng)用現(xiàn)代控制理論，提出了土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的概念，開(kāi)創(chuàng)了結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制的新里程。結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制特點(diǎn)：能取得很好的效果，需要很大外部能量的輸入。緒論b、耗能減振緒論（3）結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制近幾十年來(lái)，半主動(dòng)控制發(fā)展迅速。半主動(dòng)變剛度，半主動(dòng)變阻尼：電流變、磁流變。半主動(dòng)控制特點(diǎn)：輸入能量很小，控制效果接近主動(dòng)控制。3、講授內(nèi)容隔震、TMD控制原理、TLD/TLCD減振、阻尼器減振，半主動(dòng)變剛度、半主動(dòng)變阻尼、混合控制，半主動(dòng)與混合控制，主動(dòng)控制與智能控制：主動(dòng)控制、智能控制、自適用控制。

緒論（3）結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制緒論參考書(shū)目《結(jié)構(gòu)振動(dòng)與控制》—李宏男《結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制：被動(dòng)耗能減振，主動(dòng)、半主動(dòng)和智能控制》—?dú)W進(jìn)萍《高聳結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制》—王肇民《結(jié)構(gòu)工程中的被動(dòng)消能系統(tǒng)》—T.T.Soong等緒論參考書(shū)目《結(jié)構(gòu)振動(dòng)與控制》—李宏男緒論第二章基底隔震1、概念基底隔震：在基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)間設(shè)置隔震層，使之與固結(jié)于地基中的基礎(chǔ)頂面分開(kāi)，限制地震動(dòng)向結(jié)構(gòu)物的傳遞。隔震層水平剛度顯著低于結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度。目前基底隔震主要用于隔離水平地震作用。2、原理通過(guò)設(shè)置隔震裝置系統(tǒng)形成隔震層,延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的周期，適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)的阻尼,使結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)大大減少,同時(shí)使結(jié)構(gòu)的位移集中于隔震層,上部結(jié)構(gòu)像剛體一樣,自身相對(duì)位移很小，結(jié)構(gòu)基本上處于彈性工作狀態(tài)，從而建筑物不產(chǎn)生破壞或倒塌。第二章基底隔震1、概念動(dòng)力方程：

設(shè)：圖2.1基底隔震模型其中D為動(dòng)力放大系數(shù)，當(dāng)β較大時(shí)，D小于1。動(dòng)力方程：設(shè)：圖2.1基底隔震模型其中D為動(dòng)力放大系數(shù)圖2.2動(dòng)力放大系數(shù)穩(wěn)態(tài)相對(duì)位移反應(yīng)：

彈性力和阻尼力：

總作用力的幅值：

傳導(dǎo)比：

圖2.2動(dòng)力放大系數(shù)穩(wěn)態(tài)相對(duì)位移反應(yīng)：彈性力和阻尼圖2.3振動(dòng)傳導(dǎo)比此時(shí)具有隔震效果。一般地震的周期為0.1s,卓越頻率10HZ，采用隔震層，相當(dāng)于減小k，周期為0.4～0.5s，結(jié)構(gòu)固有頻率0.2～0.25HZ。圖2.3振動(dòng)傳導(dǎo)比此時(shí)具有隔震效果。一般地震的周期a、提高了結(jié)構(gòu)地震安全性及舒適感。b、防止了非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞和建筑物內(nèi)物品振動(dòng)、移動(dòng)和翻倒。

圖2.4隔震與非隔震結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)對(duì)比c、降低了房屋結(jié)構(gòu)造價(jià)。7度區(qū)可節(jié)省1％～3％；8度區(qū)可節(jié)省5％～15％；9度區(qū)節(jié)省10%～20%。d、結(jié)構(gòu)平立面設(shè)計(jì)較為靈活。e、可以保持儀器和設(shè)備的正常使用功能。

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