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摩天大楼防风抗震的秘密武器——阻尼器

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阻尼器

Damper

阻尼器(也称消能器、减震器),是以提供运动的阻力,耗减运动能量的装置。从能量的观点来说,地震作用输入到结构中的能量由系统的动能、变形能和阻尼耗能组成,而系统的应变能又由弹性变形能、塑性变形能和滞回耗能3部分组成。消能减震技术就是通过增大结构的阻尼集中耗散地震输入的能量,从而避免和减少主体结构的损伤,达到减震目的。

通俗来说,阻尼器能够抵消构建物受到的外力,使构建物保持稳定,减小共振幅度。

起初,是在航天、航空、军工、枪炮、汽车等行业中应用各种各样的阻尼器来减振消能。从20世纪70年代后,人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中,其发展十分迅速。

摩天大楼防风抗震的秘密武器——阻尼器

阻尼器的类型

摩天大楼防风抗震的秘密武器——阻尼器

阻尼器按照所采用的减震装置类型,可以分为速度相关型、位移相关型和其他类型

速度相关型阻尼器(其耗能能力与速度大小相关),通常由黏滞或黏弹性材料组成,在地震作用下利用黏滞和粘弹材料的特性来耗散地震能量,主要分为黏滞阻尼器和粘弹性阻尼器。

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粘弹性金属阻尼器构造

位移相关型阻尼器(其耗能能力与位移大小相关),通常由塑性变形性能好的材料组成,在地震往复作用下通过塑性滞回耗能来耗散地震能量,如软钢剪切阻尼器、金属弯曲阻尼器、屈曲约束支撑、摩擦型阻尼器等。

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屈曲约束支撑的构造

其他类型的阻尼器质量调谐阻尼器(TMD)和液体调谐阻尼器(TLD)等。

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质量调谐阻尼器

阻尼器的应用案例

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台北101

摩天大楼防风抗震的秘密武器——阻尼器

台湾位于地震带上,常年受到地震和台风灾害的影响,所以“抗震”和“防风”是建设台北101大厦必须要克服的大问题。因此,全球首个最大的、外露的质量调谐阻尼器便诞生了。

这个巨大的、金光灿灿的球型阻尼器重达660余吨,直径5.5米,四周用钢索吊着,下面同时加装了8组小的液体阻尼器。

这个质量调谐阻尼器在台风和地震来袭,大楼侧面受力时,会通过计算机侦测后,以相应的摆动产生反作用力,抵消部分大楼的压力。2015年4月20日台湾花莲东部近海发生6.3级地震时,这颗在台北101大厦87楼沉睡的超大巨球,突然苏醒了,球体正负摆幅达15厘米,创下台湾地震史上最大幅度,台北101大楼有惊无险,躲过了强震。

摩天大楼防风抗震的秘密武器——阻尼器
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上海中心

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上海中心大厦是中国第一高楼、世界第二高楼,地上127层,地下5层,总高632米。大厦顶楼的125-126层就藏着一个“镇楼神器”——有“上海慧眼”之称的大型阻尼器。

该阻尼器是中国自主研发的摆式电涡流调谐质量阻尼器,可以抗7级地震和12级台风。阻尼器重达1000吨,乃世界最重,由12根吊索、质量块、阻尼系统和主体保护系统四部分组成。阻尼器的质量块和吊索构成了一个巨大的复摆,通过与主体结构的共振,进而有效抵御大楼的晃动。

2018年在台风“安比”登陆上海时,阻尼器摆幅达到40厘米至50厘米。在台风利奇马的影响下,上海中心大厦里的阻尼器摆动幅度达到将近50厘米。

通过国内外科研人员不断的开发与研究,

阻尼器的应用发展迅速,

积累了大量的科研成果,

目前已在国内外大量的工程项目中

得到了广泛应用。

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摩天大楼防风抗震的秘密武器——阻尼器

当建筑达到一定高度,纯粹靠提高结构抗侧力体系刚度的方法会比较困难,一些超高层建筑就会在楼内添加阻尼器来减轻结构的振动响应。

但是,阻尼器并非超高层建筑的必需品,通过合理的建筑结构设计可以起到减弱风和地震对建筑物的作用,就不需要添加阻尼器了。

END

参考资料来源:

《消能减震技术研究应用进展侧述》景铭 戴君武

《大楼晃!阻尼器是神马?》人民资讯

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