一、阻尼器
阻尼器通常安装在支撑处、框架与剪力墙的连接处、梁柱连接处以及上部结构与基础连接处等有相对变形或相对位移的地方。有代表性的阻尼器主要有两类,一类是与速度相关的黏弹型阻尼器;另一类是以摩擦或金属屈服为特征的位移相关型阻尼器。
1、黏弹型阻尼器(图8-9)
这类阻尼器在机械工程中经常可以见到。由于油压的作用,其阻尼力按活塞速度的平方比例增大。 将几块钢板用高强度螺栓连在一起,可做成摩擦阻尼器。通过调节高强度螺栓的预应力,可调整钢板间摩擦力的大小。通过对钢板表面进行处理或加垫特殊摩擦材料,可以改善阻尼器的动摩擦性能。 低碳钢具有优良的塑性变形性能,可以在超过屈服应变几十倍的塑性应变下往复变形数百次而不断裂。根据需要,可以将软钢板(棒)弯成各种形状做成阻尼器,如图 8-11所示。 消能支撑实质上是将各式阻尼器用在支撑系统上的耗能构件。 在交叉支撑处利用弹塑性阻尼器的原理,可做成消能交叉支撑,如图8-12所示。在支撑交叉处,通过钢框的塑性变形消耗地震能量。 将高强度螺栓—钢板摩擦阻尼器用于支撑构件,可做成摩消耗能支撑。图8-13是在支撑杆或节点板上开长圆孔的简单摩擦消能支撑的节点做法。摩擦消能支撑在风载或小震下不滑动,能像一般支撑一样提供很大的刚度。而在大震下支撑滑动,能降低结构刚度,减小地震作用,同时通过支撑滑动摩擦消耗地震能量。 偏心支撑结构通过支撑与梁段的塑性变形消耗地震能量。在风载或小震作用下,支撑不屈服,偏心支撑能提供很大的侧向刚度。在大震下,支撑及部分梁段屈服耗能,衰减地震反应。各类偏心支撑结构见于图 8-14。 消能隅撑是在消能偏心支撑的基础上发展出来的(图8-15)。隅撑两端刚接在梁、柱或基础上,普通支撑简支在隅撑的中部。与消能偏心支撑相比,消能隅撑有两个优点:其一,隅撑截面小,不是结构的主要结构,破坏后更换方便;其二,隅撑框架不限于梁柱刚接,梁柱可以铰接或半铰接。 鉴于传统的支撑在受压时会产生屈曲,日本的一些研究者开发出一种受压时不发生屈曲的支撑,称为屈曲约束支撑,这种构件是在核心支撑的外面套一个约束构件,核心支撑和约束构件间能自由滑动(图8-16),工作时,仅核心支撑与框架结构相连,而约束构件则约束了核心支撑的横向变形,防止核心支撑在压力作用下发生整体屈曲和局部屈曲。因此,屈曲约束支撑在拉力和压力作用下均可以达到充分的屈服,具有很好的延性,滞回曲线稳定饱满(图8-17),其滞回曲线明显优于普通钢支撑。 图8-18中给出了几种比较典型的屈曲约束支撑的截面形状。 消能墙实质上是将阻尼器或消能材料用于墙体所形成的消能构件或消能子结构。 在墙与框架的周边,可填充黏性材料(图8-19)。强烈地震时,墙周边出现非弹性缝并错动,消耗地震能量。 在竖缝剪力墙的竖缝中填以摩擦材料可形成摩擦消能墙体。在地震作用时,通过摩擦缝的反复错动,可以达到消耗地震能量的目的。以竖向预应力为手段,在墙顶面与梁底部接缝处做一条摩擦缝,也可以形成预应力摩擦剪力墙。