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1、古代智慧事實(shí)證明，在高烈度地震發(fā)生時(shí)，剛度高的建筑最容易發(fā)生破壞，因此，世界各國(guó)紛紛采用隔震消能技術(shù)來減小地震的破壞，其原理就是在關(guān)鍵部位設(shè)置阻尼器，消耗地震荷載，從而達(dá)到保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)不受破壞的目的。這種看似高科技的東西其實(shí)在我國(guó)數(shù)千年的古代歷史中已經(jīng)得到了普遍應(yīng)用。西方普遍采用的磚石結(jié)構(gòu)建筑，其抗震宗旨是以剛克剛，中國(guó)傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑在抵抗地震沖擊力時(shí)，采用的是“以柔克剛”的思維，通過種種巧妙的措施，其目標(biāo)是以最小的代價(jià)，將強(qiáng)大的自然破壞力消耗至最小程度。我國(guó)許多古代建筑都成功地經(jīng)受過大地震的考驗(yàn)，如天津薊縣獨(dú)樂寺觀音閣（梁柱接桿部位因位置和功能的不同，而使用了24種斗拱） 、山西應(yīng)縣木塔等

2、建筑，千百年來均經(jīng)歷過多次地震仍然傲然屹立。當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)以抵御9度地震為目標(biāo)，而我國(guó)傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑基本上能達(dá)到這個(gè)要求，而且其代價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于西方的“剛”， 不能不讓人嘆服“柔”的力量。 一。柔性的框架結(jié)構(gòu)：墻倒框架不倒中國(guó)的傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)，具有框架結(jié)構(gòu)的種種優(yōu)越性，如“墻倒屋不塌”的功效，但其柔性的連接，又使得它具有相當(dāng)?shù)膹椥院鸵欢ǔ潭鹊淖晕一謴?fù)能力。 二。整體浮筏式基礎(chǔ)、斗栱、榫卯：隔震消能的關(guān)鍵構(gòu)件斗栱能起到“減震器”的作用，而且被各種水平構(gòu)件連接起來的斗栱群能夠形成一個(gè)整體性很強(qiáng)的“剛盤”，按照“能者多勞”的原則把地震力傳遞給有抗震能力的柱子，大大提高了整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性 榫卯是極為精巧的發(fā)明

3、，不但可以承受較大的荷載，而且允許產(chǎn)生一定的變形，在地震荷載下通過變形吸收一定的地震能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。又比如柱子的生起、側(cè)腳等技法降低了建筑的重心，并使整體結(jié)構(gòu)重心向內(nèi)傾斜，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；柱頂、柱腳分別與闌額、地袱以及其他的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接，使柱架層形成一個(gè)閉合的構(gòu)架系統(tǒng)，用現(xiàn)代術(shù)語(yǔ)來說，就是形成上、下圈梁，有效地制止了柱頭、柱腳的移動(dòng)，增強(qiáng)了建筑構(gòu)架的整體性。梁架系統(tǒng)通過闌額、梁、檁、椽等諸多構(gòu)件強(qiáng)化了聯(lián)系，顯著增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性；柱子與柱礎(chǔ)的結(jié)合方式能顯著地減少柱底與柱礎(chǔ)頂面之間的摩擦，進(jìn)而有效地產(chǎn)生隔震作用； 古代到現(xiàn)代，中國(guó)到外國(guó)應(yīng)縣木塔為何能具有如此優(yōu)良的抗震性能？其根本原

4、因是應(yīng)縣木塔的結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的木框架結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)理念是“以柔克剛” 中國(guó)傳統(tǒng)木框架建筑以其柔對(duì)付地震的剛，中國(guó)古建筑木框架結(jié)構(gòu)其構(gòu)成部件如梁、柱、枋、斗拱等都是榫卯連接，不用釘子，形成柔性結(jié)構(gòu)體。不但可以承受較大荷載，并可允許產(chǎn)生一定的變形 此在地震荷載下，通過變形吸收一定的地震能量，地震荷載消失后能恢復(fù)原狀，因此有極強(qiáng)的抗震性能。現(xiàn)存的比應(yīng)縣木塔還早的唐代建筑五臺(tái)山佛光寺大殿歷經(jīng)多次大地震依然完好無損，傲然屹立至今 應(yīng)縣木塔的許多抗震構(gòu)造其原理與現(xiàn)代建筑抗震理念相通或相同： 抗震研究證明建筑物的平面形狀越規(guī)整簡(jiǎn)單越抗震，應(yīng)縣木塔平面呈八角形，達(dá)到了這個(gè)要求。 應(yīng)縣木塔底層有一圈外柱廊，每層柱子逐

5、層內(nèi)移，體形下大上小，利于穩(wěn)定，利于抗震。 應(yīng)縣木塔每層屋檐和平座下有密集的木作斗拱，皆是榫卯連接，能起到柔性“減震器”的作用。 在木塔的每一暗層中，梁、柱、枋、斗拱、斜撐被牢固的連接成一個(gè)網(wǎng)架圈，起到現(xiàn)代建筑中圈梁的作用。（抗震能力不強(qiáng)的磚石結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行抗震加固時(shí)，在外墻部位加鋼筋混凝土柱和圈梁，是抗震加固通行作法，能大大提高抗震能力。） 木塔底層有一周很厚的墻，把柱子包裹住,起到現(xiàn)代建筑中剪力墻的作用,提高抗震能力。 日本帝國(guó)飯店 1968年帝國(guó)飯店被推到了，原因是地基太淺而且設(shè)立在松散潮濕的土壤里。萊特先生的設(shè)計(jì)本意是讓建筑物在泥土里滑行就像船只在海水里漂浮一樣，從而達(dá)到抗震的目的。他的

6、原理科學(xué)無誤而開始被人采用。1981年日本使用新的建筑細(xì)則，在建筑物的地基加上一個(gè)抗沖擊墊，當(dāng)?shù)鼗S地面移動(dòng)時(shí)，建筑物本身 還可以保持平衡?？磮D: 賴特的構(gòu)思基地上表土24m厚度以下是1821m的軟土，這層土壤似乎是上天的恩賜-它是減弱沖擊波的最佳減震器。那么為什么不將房屋浮在它上面呢?為什么不采取象軍艦浮在海面上那樣，以軟而薄的非常輕的結(jié)構(gòu)來取代以盡可能增加重量的辦法所取得的剛度呢?而且為什么不把房屋造成象雙手相合手心向內(nèi)手指交叉那樣來順應(yīng)運(yùn)動(dòng)呢，以便當(dāng)變形消失后，就可恢復(fù)到其原先的位置呢?這是一種在任何方向都可自由屈伸和反屈伸的彈性體結(jié)構(gòu)。為付么要與地震去硬拼?為什么不順著它而以智取勝呢?

7、這就是我如何抱著這些想法開始設(shè)計(jì)這座大廈的。 結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程可以寫成：式中，M、K、C分別代表結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度、阻尼矩陣；F(t)為作用力列陣，對(duì)于地震作用，是地面運(yùn)動(dòng)加速度時(shí)程；、，分別是結(jié)構(gòu)的位移、速度和加速度列陣。當(dāng)結(jié)構(gòu)處于彈性振動(dòng)狀態(tài)，恢復(fù)力項(xiàng)Ku為彈性；而當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)入彈塑性階段，則恢復(fù)力項(xiàng)Ku也呈非線性。為設(shè)置阻尼器附加阻尼裝置帶來的阻尼力列陣；只要處理正確，它總是會(huì)使運(yùn)動(dòng) 減小 能量守恒原理分解成不同振型的單自由度體系的反應(yīng)隨阻尼比的增大而減少， 其多自由度結(jié)構(gòu)相應(yīng)阻尼比也就響應(yīng)增加，反應(yīng)降低。一般地說，我們很容易通過阻尼器，使多自由度體系的整體阻尼比增加5%30% 單

8、自由度體系不同阻尼比下的動(dòng)力反映 現(xiàn)代減隔震技術(shù)鎖定（Lock-up）裝置（Lock-Up Device (LUD), or Shock Transmission Unit (STU)） Lock-Up 裝置，它是一種類似速度開關(guān)的限位裝置，當(dāng)橋梁運(yùn)動(dòng)到某一速度時(shí)啟動(dòng)。鎖定裝置兩個(gè)安置點(diǎn)間的相對(duì)位移。它的工作原理就像汽車上的安全帶。在慢速運(yùn)動(dòng)中它不限制。在急速運(yùn)動(dòng)中會(huì)起到制動(dòng)作用。這種裝置不能耗散能量。用在大橋上的鎖定裝置，在溫度和正?；詈奢d下可以自由變形，但對(duì)于中小地震荷載、較大的風(fēng)荷載帶來的橋梁各部分間的運(yùn)動(dòng)和碰撞，可有效地起到減少、轉(zhuǎn)移和限制作用。 泰勒公司生產(chǎn)的680 噸大型鎖定裝置及

9、橋上的安裝 液體粘滯阻尼器 （Liquid Viscous Damper） 液體粘滯阻尼器的運(yùn)動(dòng)速度和阻力的關(guān)系式為： F為阻尼力；C為阻尼器的阻尼值；V為阻尼器兩端間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；為速度的指數(shù)。阻尼力和最大沖程這是阻尼器要設(shè)定的關(guān)鍵兩個(gè)參數(shù)。 CVF 實(shí)例武漢天興洲公鐵兩用長(zhǎng)江大橋主橋是繼蕪湖長(zhǎng)江大橋之后的我國(guó)又一座公鐵兩用大跨度斜拉橋，主跨為504 m，是目前世界上跨度最大的公鐵兩用斜拉橋。由于該橋的主梁與橋塔間縱向無約束，因此地震、列車制動(dòng)都會(huì)引起主梁縱向較大的振動(dòng)位移和橋塔根部較大的縱向彎矩，影響該橋的正常使用和安全。對(duì)此，常規(guī)的做法是在橋塔和主梁之間沿縱向設(shè)置液體粘滯阻尼器【 引

10、用 】 天 興 洲 公 鐵 兩 用 斜 拉 橋 主 梁 縱 向 地 震 、 列 車 制動(dòng) 及 行 車 移 動(dòng) 荷 載 響 應(yīng) 的 混 合 控 制 秦 順 全 ， 瞿 偉 廉 ，主梁的最大縱向振動(dòng)位移由控制前的1927 mm下降至控制后的242mm。顯然液體粘滯阻尼器對(duì)天興洲大橋主梁的縱向地震響應(yīng)具有很好的抑制作用。液體粘滯阻尼器是一種速度型的阻尼器，它所產(chǎn)生的控制力大小是與阻尼器本身活塞與缸體之間的相對(duì)速度的次方成正比的，它只有在主梁縱向振動(dòng)速度(即阻尼器活塞與缸體間相對(duì)速度)達(dá)到一定值時(shí)才能發(fā)揮作用。由于地震作用下主梁的縱向振動(dòng)速度響應(yīng)較大，因此它很適合地震作用下主梁縱向振動(dòng)響應(yīng)的控制。 相

11、比之下列車制動(dòng)引起的主梁的縱向振動(dòng)響應(yīng)具有位移大、速度很小的特點(diǎn)，這就使得在需要液體粘滯阻尼器產(chǎn)生較大控制力以抑制主梁縱向振動(dòng)位移的時(shí)候它卻因縱向振動(dòng)速度太小而無法發(fā)揮其應(yīng)有的作用，從而無法有效抑制列車制動(dòng)引起的主梁的縱向振動(dòng)響應(yīng)。 主梁縱向最大振動(dòng)位移響應(yīng)僅由控制前的1492 mm下降至控制后的1299 mm?？梢钥闯觯后w粘滯阻尼器對(duì)天興洲大橋的縱向列車制動(dòng)及行車移動(dòng)荷載引起的主梁縱向振動(dòng)響應(yīng)的控制作用是十分有限的。 主梁縱向地震響應(yīng)的混合控制效果為采用MR阻尼器和液體粘滯阻尼器混合控制下主梁縱向振動(dòng)位移時(shí)程曲線。從圖中可以看出，采用混合控制時(shí)，天興洲大橋因地震作用引起的主梁縱向最大地震位

12、移響應(yīng)由控制前的1927mm下降至控制后的233 mm，其控制效果略優(yōu)于采用單純液體粘滯阻尼器的被動(dòng)控制效果。 在列車制動(dòng)和行車移動(dòng)荷載作用下，天興洲大橋主梁縱向振動(dòng)響應(yīng)混合控制結(jié)果。從圖中可見，天興洲大橋因列車制動(dòng)和行車移動(dòng)荷載所引起的主梁縱向最大振動(dòng)位移響應(yīng)由控制前的1492mm下降至控制后的287 mm，控制效果明顯優(yōu)于液體粘滯阻尼器的控制效果，且保證了天興洲大橋的正常運(yùn)行和安全。 2000 次循環(huán)風(fēng)荷載下的疲勞往復(fù)測(cè)試，取最大風(fēng)荷載下的最大速度。在該荷載作用下，觀察其是否漏油，并看在這 2000 次循環(huán)內(nèi)的最大出力變化是否在 15% 以內(nèi)。圖 示出江陰大橋作出的 5 萬(wàn)次測(cè)試報(bào)告。 1

13、 20 圈 循 環(huán) 時(shí) 程 曲 線 49980 50000 圈 循 環(huán) 時(shí) 程 曲 線 圖 11 疲 勞 測(cè) 試 曲 線 圈以上的動(dòng)力試驗(yàn)曲線 蘇通大橋阻尼器鋼外筒 熔斷阻尼器 ( Fuse Damper) 常規(guī)荷載（風(fēng)、溫度、剎車、中小地震）下它像個(gè)連桿并不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在大風(fēng)和大地震、超過了一定荷載時(shí)，阻尼器發(fā)生作用。泰勒公司生產(chǎn)的熔斷阻尼器可以很好的實(shí)現(xiàn)這一愿望。這種阻尼器比一般的液體粘滯阻尼器多一個(gè)金屬熔斷裝置，這個(gè)熔斷裝置限制阻尼器直到受力達(dá)到一個(gè)特定值時(shí)才可以工作。在美國(guó)舊金山附近的Richmond San Rafael大橋上，泰勒公司提供了設(shè)計(jì)值為2270kN的熔斷阻尼器裝置，這

14、個(gè)裝置有一個(gè)在1250kN時(shí)斷裂的金屬保險(xiǎn)片。如果阻尼器受到風(fēng)荷載、剎車荷載或者小的地震荷載，當(dāng)受力低于1250kN時(shí)，阻尼器兩端間并不運(yùn)動(dòng)；如果有地震導(dǎo)致1250kN甚至更大的荷載時(shí)，金屬保險(xiǎn)片將斷裂，阻尼器將像一個(gè)一般的2270kN的阻尼器那樣工作。當(dāng)保險(xiǎn)片斷裂以后，需要進(jìn)行更換，簡(jiǎn)單地更換保險(xiǎn)片后阻尼器可繼續(xù)使用。 限位阻尼器等 我國(guó)交通公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的世界跨度大的斜拉橋蘇通大橋?yàn)榱朔乐诡A(yù)想不到的特大風(fēng)和地震可能給橋帶來的超量位移。設(shè)計(jì)要求了一種新型帶限位的阻尼器。在常規(guī)阻尼器的基礎(chǔ)上，在阻尼器運(yùn)動(dòng)的雙方向上加設(shè)限位彈簧。在蘇通大橋限位阻尼器最大位移超過750mm時(shí)，阻尼器進(jìn)入兩端彈簧限位階段。限位由非線性彈簧板實(shí)現(xiàn)。限位可達(dá)最大附加位移100mm， 限位力可達(dá)980噸。 (1)液 體 粘滯 阻 尼 器 (2)摩 擦 阻尼 器 (3)粘 彈 性 阻 尼器 (4)金 屬 屈 服 阻 尼 器圖1-2不 同 阻 尼 器 的 滯 回 曲 線