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摩擦阻尼器耗能原理

添加时间:2020-03-17 点击量:

摩擦阻尼器耗能原理

  摩擦阻尼利用摩擦学原理耗散由于振动而输入到结构中的能量。摩擦是指两个接触表面的相互作用引起滑动摩擦阻力和能量损失其实质是将机械能转化为热能,并遵循能量守恒定律。例如,当汽车制动时,由制动衬块提供的摩擦力制止车辆的惯性从而使其停止继续向前移动。

  关于物体干摩擦理论,经典的库伦(Coulomb)摩擦理论提出了以下假设:

  1)总摩擦力与接触面面积无关

  2)总摩擦力与作用在与接触面上法向力的大小成正比;

  3)如果两个接触体的相对滑动较小,则总摩擦力的大小与速度无关。

  从上述假设可以得出结论,当物体即将滑动或滑动时摩擦力可由下式确定:

摩擦力公式

  摩擦阻尼器的研究概况

  摩擦阻尼器诞生于20世70年代末在1972年提出了结构控制概念之后,国内外学者开始系统地开发摩擦阻尼器,40多年来,国内外学者主要致力于四大类摩擦阻尼器的开发和研究(摩擦耗能节点、板式摩擦阻尼器、筒式摩擦阻尼器和复合型摩擦阻尼器)并将其推广应用到新建项目和已有建筑物的抗震加固改造中。

  自古以来地震严重影响人类的生存和发展地震发生的时间、地点、强度都具有极大的随机性和不可预见性人们不能阻止地震的发生,只能凭借自身的技术手段预防地震,减小由其带来的各种损失。在强震作用下要求结构不损伤往往是不经济的,甚至是不现实的[11按照加强结构本身的强度、刚度、延性等传统抗震方法抵御地震作用,这样不仅会直接增加建造费用而且在强震作用下,结构发生破坏也不易修复。

  在结构中布置减震装置(如阻尼器、隔震垫),通过摩擦、弯曲、弹塑性滞回变形等耗能方式合理有效地抗震由结构和布置的减震装置共同承受地震作用使减震装置先于结构耗散地震输入的能量,如果地震能量过大先于结构破坏从而减少了主体结构的损伤,达到减震的目的12。相对于以往依靠结构本身的强度被动耗能的抗震方法设置非结构构件来减小输入构件中的能量这是积极主动的方法。

  结构被动控制的原理

  被动控制(如基础隔震、耗能减震、吸震减震)的过程只是依靠结构与元件之间、结构与辅助系统之间相互作用消耗振动能量,不需外加能源,不依赖结构外部信息的干扰,从而达到控制结构响应的目的[3]。

  被动控制这种减震方法比较简单,实用性高,故在当前土木工程实践中常用这种控制方法。

  从能量的角度来看减少结构振动的方法大致分为以下几种:

  1)截断能量输入结构或减少能量输入;

  2)将受控结构的振动能量转移到受控结构以外的其他辅助结构;

  3)增强结构的阻尼耗能机制消耗结构的振动能量:

  4)改变系统的自振特性,以避免共振效应

  5)引入外部能量以抵消结构原有的振动能量。所有的减震方法都是基于以上一种或几种方法,上述第三种方法最常见的形式就是在建筑物上设置阻尼耗能装置常用方法就是把结构的支撑、剪力墙、连接件等设计成耗能构件,或者在结构的层间空间、节点、连接缝等位置使用摩擦阻尼器、金属阻尼器、黏滞阻尼器、黏弹性阻尼器等消耗输入结构的振动能量减小对结构的破坏。点击查看摩擦阻尼器结构以及工作原理。


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