¿Aplicación de la tecnología de disipación de energía y absorción de impactos en edificios?
El aislamiento de vibraciones básico y el aislamiento de vibraciones estructurales son actualmente los métodos técnicos de disipación de energía y reducción de vibraciones más utilizados y eficaces. Entre ellos, el aislamiento de vibraciones de cimientos es un aislamiento de vibraciones activo y el aislamiento de vibraciones estructurales es un aislamiento de vibraciones pasivo. La tecnología de disipación de energía estructural y absorción de impactos pertenece al control pasivo en el control de absorción de impactos estructurales.
1Tecnología básica de aislamiento de vibraciones
1.1 Sistema de control de masa hidráulica (HMS). El ámbito de aplicación del sistema son los edificios flexibles de planta baja. Aunque el edificio flexible de la planta baja puede cumplir con los requisitos del gran espacio en la planta baja, su desempeño sísmico es pobre porque el edificio flexible de la planta baja a menudo se deforma demasiado. Por lo tanto, se proponen métodos de control estructural para mejorar el comportamiento sísmico de este tipo de edificaciones. El sistema HMS consta principalmente de cilindros hidráulicos, pistones y tuberías, y está instalado en un marco de una sola capa, como se muestra en la Figura 1. Como se puede ver en la Figura 1, cuando el marco vibra debido al movimiento del suelo, el pistón empuja el líquido, lo que hace que el líquido y la masa en la tubería vibren. Parte de la energía de vibración del marco se transfiere al líquido y. masa, reduciendo así la tensión de la estructura del marco. Se debe considerar la compresibilidad del líquido en el sistema HMS y se estableció un modelo de cálculo y análisis "elástico" del sistema HMS considerando la compresibilidad del líquido. A partir del modelo "elástico", se puede obtener un nuevo sistema de control sísmico del edificio compuesto por la estructura y el sistema HMS.
1.2 Aislamiento de cimentaciones portantes de caucho laminado. Los modelos mecánicos comúnmente utilizados para el análisis de la respuesta sísmica de edificios de aislamiento de cimientos con soporte de caucho laminado incluyen el modelo de corte entre capas, el modelo de flexión por corte entre capas, el modelo de torsión entre capas y el modelo de sistema de varilla espacial, entre los cuales el modelo de corte entre capas es el más utilizado. Cuando se utiliza el modelo de corte entrepisos para analizar la respuesta dinámica de un edificio de aislamiento básico, es necesario simplificar las complejas características histeréticas de la capa de aislamiento flexible en un modelo de fuerza restauradora que pueda usarse para análisis numérico.
2 Tecnología de disipación de energía estructural y absorción de impactos [1]
2.1 Amortiguador de fricción. El disipador de energía por fricción es un dispositivo amortiguador con buen rendimiento de disipación de energía, estructura simple, bajo costo y fácil fabricación. Como se muestra en la Figura 2, un disipador de energía de fricción común consume energía a través del movimiento de fricción de la placa de acero intermedia con una ranura larga en relación con las almohadillas de cobre superior e inferior. La fuerza de fricción deslizante se puede cambiar ajustando la fuerza de apriete del perno. . Los resultados de la prueba muestran que la fuerza de fricción por deslizamiento es proporcional a la fuerza de apriete del perno; la fuerza de fricción estática máxima y la fuerza de fricción por deslizamiento no son muy diferentes, pero la fuerza de fricción por deslizamiento se atenúa mucho, alcanzando el 30%, lo que es causado por el aflojamiento. de los pernos. La curva histerética muestra buenas propiedades de plástico rígido.
Los nodos deslizantes de fricción están compuestos de placas de acero conectadas por pernos de alta resistencia. La fuerza de deslizamiento del consumidor de energía está controlada por la fricción entre las placas de los nodos. Se pueden intercalar materiales de fricción entre las placas de acero o se puede procesar la superficie de contacto para ajustar el coeficiente de fricción. Los pernos de conexión se pueden aflojar para ajustar la fricción entre las placas de acero. Las varillas de la cadena circundantes desempeñan un papel en la conexión y coordinación de la deformación. Cuando la fuerza externa del soporte no puede superar la fuerza de fricción estática máxima, el disipador de energía no se deslizará; cuando la fuerza externa puede superar la fuerza de fricción estática máxima, el disipador de energía se desliza y consume energía a través de la fricción. Los resultados de las pruebas muestran que el disipador de energía de fricción de Pall tiene un rendimiento de trabajo estable y una gran capacidad de disipación de energía.
2.2 Compuerta de acero dulce. El amortiguador de acero dulce es un dispositivo que consume energía en el control pasivo de estructuras. Durante terremotos o vibraciones del viento, la energía entrante en la estructura se disipa a través de la deformación histerética del rendimiento plástico del acero con bajo contenido de carbono, logrando así el propósito de absorción de impactos. Se forma una interfaz deslizante no adherida entre el soporte de acero interior y el revestimiento exterior (tubo de acero, hormigón armado o tubo de acero de hormigón) para evitar que el soporte de acero interior se pandee bajo presión, obteniendo así una curva histerética completa. Este amortiguador tiene las características de conveniencia, durabilidad y buen rendimiento de disipación de energía histerética, y gradualmente ha sido ampliamente reconocido por la comunidad de ingenieros.
2.3 Amortiguador de plomo. La estructura del amortiguador compuesto de caucho y plomo se compone principalmente de una placa delgada de acero, caucho, plomo, cabezal de extrusión, placa de conexión y capa protectora. La delgada placa de acero, el caucho y la placa de conexión se vulcanizan en uno mediante alta temperatura y alta presión. Se deja un orificio redondo en el centro de la delgada placa de acero, el caucho y la placa de conexión. Después de la vulcanización, el plomo se vierte en el orificio reservado. por extrusión. Las placas de acero delgadas pueden recibir un tratamiento especial para aumentar la fuerza de amortiguación y la rigidez posterior a la fluencia.
2.4 Amortiguador viscoelástico[2]. La estructura de disipación de energía del amortiguador viscoelástico juega un papel importante en la ingeniería de resistencia a terremotos. Debido a la adición de amortiguamiento adicional, el amortiguamiento total del sistema estructural ya no satisface la ortogonalidad de los modos canónicos, provocando que las ecuaciones de movimiento involucradas se acoplen entre sí, haciendo imposible obtener una solución analítica resolviendo ecuaciones dinámicas generales. Foss propuso por primera vez la teoría del método de análisis modal complejo. Al realizar la transformación de Foss en la ecuación de acoplamiento original, se obtiene la ecuación de movimiento desacoplado, obteniendo así la respuesta de la estructura ante la acción sísmica.
La teoría de modos complejos se utiliza para desacoplar las ecuaciones de movimiento de la estructura de aislamiento básica y se analiza la respuesta ante la acción sísmica.
2.5 Amortiguador Líquido Tuned (TLD). Tuned Liquid Damper (TLD) [3] es un tanque de agua que se utiliza principalmente para el control de vibraciones de edificios de gran altura y estructuras imponentes. Utiliza la inercia y la viscosidad del líquido en un recipiente estructuralmente fijo para reducir la vibración de la estructura y es un dispositivo de control pasivo. Este artículo estudia el control de vibraciones de la respuesta a terremotos de edificios de gran altura mediante TLD. Para que TLD ejerza un mejor efecto de reducción de vibraciones, el agua en el tanque de agua debe agitarse tanto como sea posible. Se requiere que la frecuencia de agitación del agua en el tanque de agua sea igual a la frecuencia de vibración natural de la estructura. el mejor efecto.
2.6 Amortiguador de masa sintonizado (TMD). TMD es un dispositivo de estructura de control simple que es fácil de instalar, mantener y reemplazar. El análisis teórico muestra que para edificios generales de varios pisos, el desplazamiento máximo de la estructura con respecto al suelo bajo excitación sísmica ocurre en el piso superior. Al mismo tiempo, los resultados de la investigación también muestran que el efecto de amortiguación de TMD es bueno en el rango de (0,05 ~ 0,1), pero cuando excede 0,2, el efecto de amortiguación no es obvio cuando la relación de masa de TMD es inferior a 0,01; , el efecto de amortiguación no es obvio. A medida que aumenta la relación de masa TMD, el efecto de control se vuelve cada vez mejor, pero cuando U es mayor que un cierto valor (más del 3%), el efecto de reducción de la vibración no es obvio. Cuando la relación de frecuencia entre el TMD y la estructura original es de aproximadamente 0,95, el efecto de control es mejor.
3Conclusión
La forma de seleccionar razonablemente un amortiguador debe determinarse de acuerdo con la situación real del proyecto [4]. La tecnología de disipación de energía y absorción de impactos tiene un concepto simple, es fácil de fabricar, tiene un mecanismo de absorción de impactos claro y tiene una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, para que la tecnología de disipación de energía y absorción de impactos se utilice más ampliamente, aún quedan algunas cuestiones que deben estudiarse: ① Investigaciones adicionales sobre los sistemas de disipación de energía y absorción de impactos y sus efectos: La posición de la energía- Los componentes disipadores y amortiguadores son relativamente sensibles al efecto amortiguador de la estructura, por lo que la dirección de la investigación futura debe ser cómo mejorar el efecto de absorción de impactos y mejorar los indicadores económicos y técnicos del sistema de absorción de impactos por disipación de energía. ② Mayor desarrollo de componentes disipadores de energía y amortiguadores: actualmente existen muchos tipos de componentes disipadores de energía y amortiguadores, pero se debe prestar atención a la investigación sobre su practicidad, economía y formas de conexión de soporte. ③Investigación sobre métodos de cálculo de diseño y software para sistemas de disipación de energía y absorción de impactos: solo proporcionando a los diseñadores métodos de diseño y software que sean prácticos, simples y consistentes con los hábitos de diseño se pueden promover y aplicar aún más los sistemas de disipación de energía y absorción de impactos. .
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