刘军
乌鲁木齐市中医医院 830000
摘要：近年来，随着社会经济水平的快速发展，抗震设防分类标准也在不断的更新与提高。传统方式的抗震设计不断进行优化，各种隔震手段、消能减震性能越来越多。而消能减震作为工程减震控制技术中的一种被动控制技术，通过将建筑的一些非承重构件设计为消能构件或通过布置消能装置，在地震来临时，通过变形提供给结构较大的阻尼，消耗或者吸收地震时带来的能量，衰减地震反应，从而确保结构的安全。
关键词：建筑结构；消能减震；阻尼器
前言
消能减震技术属于一种结构被动控制措施，采取结构振动控制技术，对结构施加控制机构或系统，与结构内身共同发挥作用，以减轻主体结构的地震反应，是一种合理有效的抗震途径。根据统计显示，采用消能减震体系后，地震反应比传统方式降低约40～60%，但造价却比传统方式节约5%～10%，同时，技术更为合理，维修较为方便，在结构越高，刚度越柔时其效果越为显著。
一、建筑结构消能减震的形式
建筑结构在进行消能减震时主要是根据消能减震设备或部件来区分其形式。第一种形式是支撑部件和消能器共同负责消能减震工作，其中应用比较广泛的为单斜杠式支撑、交叉式支撑等。第二种是在楼层之间的支架内安装消能减震设备，一般采用的人字形或V字形两种结构。第三种是在建筑墙体上设计消能减震缝，并利用各种消能材料进行填充，增加墙体本身的粘弹性和粘滞性。第四种主要是在建筑结构的梁柱各节点位置安装消能减震设备，形成点状分布的消能网络，提高建筑整体的抗震效果，这一技术在楼体主体与相邻楼体间的减震设计中应用广泛。
二、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。
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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。
三、消能减震结构的分析方法
当主体结构处于线弹性状态时，消能减震结构的振动响应采用弹性分析方法。对于设置了线性阻尼器的结构，一般采用振型分解反应谱法进行弹性分析；对于设置了非线性阻尼器的结构，一方面可以利用能量相等原理将非线性阻尼器等效线性化后采用振型分解反应谱法进行弹性分析，一方面可以直接采用弹性时程法进行分析。
当主体结构进入弹塑性阶段时，消能减震结构的振动响应分析采用弹塑性分析方法。弹塑性时程分析可以计算地震过程中每一瞬时的结构位移、速度和加速度反应，然而分析过程工作量巨大，效率较低；静力弹塑性Pushover分析法是基于结构性能的分析方法，通过设置塑性铰来修正结构构件进入弹塑性后的刚度变化，消能减震装置的作用通过附加阻尼比来考虑，分析结果比较接近实际。
四、几种消能减震技术的具体应用
1、金属阻尼器
金属阻尼器是通过相应的金属弹塑性滞回变形来完成对能量的消耗，属于位移相关型阻尼器，对于地震响应的控制效果较好。当前已经开发并投入应用的包括：钢棒阻尼器、铅阻尼器、形状记忆合金、软钢阻尼器等。
屈曲约束支撑又成为防屈曲耗能支撑，也属于一种金属阻尼器，其装置在外部添加金属套管，配合内填混凝土或者灰浆、无粘结材料实现对内部芯材的约束，防止芯材在约束前发生弯曲，从而保证芯材始终处于良好的工作状态，保证主体机构处于弹性范围，地震响应的抗震性能极佳，在国内的应用情况如下表所示：
自复位阻尼的研究发现得益于SMA材料的开发与研究，具有超弹性，滞回效果非常特殊，呈现“双旗形”，滞回环稳定饱满，耗能效果良好，同时具有自复位功能，在经历地震后，建筑结构能够自动复位。自复位阻尼器的开发应用，为建筑结构提供了可靠支撑，大大减小了结构震后的残余变形。
2、铅挤压阻尼器
铅发生塑性变形时晶格被拉长或错动，一部分能量将转换成热量，另一部分能量为促使再结晶而消耗，使铅的组织和性能回复至变形前的状态。铅的动态回复与再结晶过程在常温下进行，耗时短且无疲劳现象，因此具有稳定的耗能能力。其滞回曲线基本呈矩形，如图 5（c）。
3、粘滞阻尼器
军事以及航空领域经常会用到粘滞阻尼器，但目前也应用于建筑振动控制之中，其原理是通过活塞杆的运动压迫液体通过活塞小孔，进而产生较大的阻尼力，最终实现了能量的耗损。
粘滞阻尼器具有很多优点，结构的阻尼力得到了有效的提升，自身结构在较宽的频带内依旧保持线性反应，外界温度的变化对其影响不大，除此之外阻尼力和位移并不保持同步，能够对层间剪力和加速度进行较好的控制。但其自身的制作工艺难度较大，容易出现粘滞液体渗漏的现象。但是粘滞阻尼器的减震耗能效果非常的好，在土木工程领域的越来越受到青睐。
4、黏弹性阻尼器
黏弹性阻尼器主要依靠黏弹性材料的剪切滞回耗能特性来增加结构的阻尼,减小结构的动力反应。较早的黏弹性阻尼器是美国3M公司研制,通过夹在两层T型钢板间的黏弹性材料的变形来吸收能量。近年来开发出的装置还有沥青橡胶组合黏弹性阻尼器、黏弹性橡胶剪切阻尼器、超塑性硅氧橡胶黏弹剪切阻尼制震系统、杠杆黏弹性阻尼器等。
5、摩擦阻尼器
摩擦阻尼器是一种性能良好的耗能减震装置。由于它具有较好的库仑特性，消能明显，可提供较大的附加阻尼，而且结构简单、取材容易、制作方便，因而具有广泛的应用背景。已研制开发的消能器有 PALL 型摩擦装置（板式摩擦阻尼器）、双向摩擦阻尼器、Sumitomo 型摩擦阻尼器、筒制振器、摩擦剪切铰耗能器等。摩擦阻尼器在国内有不少研究单位均对其消能减震的功能进行过较为详细的研究，目前有不少单位已经能小批量生产。
6、电磁流体阻尼器
电流(ER)变流体和磁流变(MR)流体是 20 世纪 80 年代末兴起的两类性能极为相似的可控流体。其流体效应可用电场强度和磁场强度有效地控制。这些智能材料用于结构减震的主要原理是它根据动力传感器测得的结构瞬时振动状态，由 ER(MR)智能可调参数结构构件中的智能可调阻尼器在各瞬态时调整参数，从而实现减小整个结构地震反应的目的。用这些可控流体设计和制作的消能器具有结构简单，所需驱动功率小，反应迅速等特点，而且可和其它减震机构串、并联使用，以提高功效。
五、结语
综上，建筑工程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。实际中应集中在标准化、细部构造、新产品的开发和完善方向，新产品应以低价、高效和高性能为目标，为减轻地震灾害提供新的技术和方法，具有十分良好的发展前景。
参考文献：
[1]杨林曙.消能减震技术在建筑抗震加固中的应用探讨[J].陕西建筑, 2013.2
[2]周祥瑞.阻尼器及其在结构减震中的应用研究[D].武汉： 武汉理工大学，2008.
论文作者:刘军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/12
标签：结构论文; 阻尼器论文; 弹性论文; 阻尼论文; 塑性论文; 技术论文; 摩擦论文; 《建筑学研究前沿》2018年第23期论文;