工程结构黏滞消能减振技术的原理与应用

由前述分析可知，结构控制技术主要借助于振动隔离、吸能或耗能等手段，降低被控结构在外界激励下的动力响应。结构消能减震（振）技术就是一种结构控制技术，它是通过在结构的适当位置安装消能减震（振）装置，利用这些装置的耗能来减小结构的动力响应。

结构消能减震（振）技术的研究来源于对结构在地震发生时的能量转换的认识，现以一般能量表达式来分别说明地震时传统抗震结构和消能减震结构的能量转换过程：

传统抗震结构：

消能减震结构：

式中，Ein——地震时输入结构的地震能量；

ER——结构物地震反应的能量，即结构物振动的动能和势能（弹性变形能）；

ED——结构阻尼消耗的能量（一般不超过5%）；

ES——主体结构及承重构件非弹性变形（或损坏）消耗的能量；(www.xing528.com)

EA——消能构件或消能装置消耗的能量。

地震发生时，地面震动反应引起结构物的震动反应，地面震动能量向结构物输入，结构物接收了大量的地震能量Ein，必然要进行能量转换或消耗才能最后终止震动反应。从式（1-1）看出，对于传统抗震结构体系，容许结构及承重构件（柱、梁、节点等）在地震中出现损坏，即靠结构及承重构件的损坏以消耗能量ES，结构及构件的严重破坏或倒塌，就是地震能量消耗的最终完成（ES→Ein），这在某种程度上是不安全的。

而对于消能减震结构[式（1-2）]，如果ED忽略不计，消能装置率先进入消能工作状态，大量消耗输入结构的地震能量（EA→Ein），既能保护主体结构及承重构件免遭破坏（ES→0），又能迅速地衰减结构的地震反应（ER→0）。结构设置消能减震装置后，可同时减少结构水平和竖向地震作用，适用范围较广，结构类型和高度均不受限制；消能减震装置可使结构具备足够的附加阻尼，满足罕遇地震下预期的结构位移要求；消能减震结构不改变结构的基本形式（但是可减小梁、柱断面尺寸和配筋，减少剪力墙的设置），除消能部件和相关部件外，结构设计仍可按照抗震规范对相应结构类型的要求进行。

故结构消能减震（振）技术是一种积极的、主动的抗震对策，不仅改变了结构抗震设计的传统概念、方法和手段，而且使得结构的抗震（风）舒适度、抗震（风）能力、抗震（风）可靠性和灾害防御水平大幅度提高。

结构消能减振体系通常由主体结构和消能部件（消能装置和连接件）组成，按照消能部件的不同“构件形式”可以分为消能支撑、消能剪力墙、消能支承或悬吊构件、消能节点和消能联接等几种常用的形式。

消能部件中安装有消能器（通常称为“阻尼器”）等消能减振装置，当结构构件（或节点）发生相对位移（或转动）时，消能器能够产生较大阻尼，发挥消能减振作用。消能器可分为位移相关型、速度相关型及其他类型。黏滞阻尼器、黏弹性阻尼器、黏滞阻尼墙、黏弹性阻尼墙等属于速度相关型阻尼器，即阻尼器对结构产生的阻尼力主要与消能器两端的相对速度有关，与位移无关或与位移的关系为次要因素；金属屈服型阻尼器、摩擦阻尼器属于位移相关型阻尼器，即阻尼器对结构产生的阻尼力主要与阻尼器两端的相对位移有关，当位移达到一定的起动限值才能发挥作用。