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2022-04-02 阻尼器阻尼液 液体阻尼器的作用是什么

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2022-04-01 阻尼器阻尼液 液体阻尼器的作用是什么

作者：陈永祁,马良喆,彭程出版社：中国铁道出版社有限公司格式:AZW3,DOCX,EPUB,MOBI,PDF,TXT建筑结构液体黏滞阻尼器的设计与应用试读：前言提到结构保护系统，很多结构工程界的工程师已经不陌生。液体黏滞阻尼器、屈曲约束支撑及隔震支座等系统已经在结构应用上得到广泛发展，其他如金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、阻尼墙等设备在我国也大量涌现并得到应用。从1999年北京火车站在抗震加固中安置了32个液体黏滞阻尼器开始到现在，我们已经为北京银泰中心、北京盘古大观、广州大学体育场、上海东航机库、武汉保利大厦、天津国贸等20多个建筑工程进行过减震设计，并安置了世界先进的Taylor公司液体黏滞阻尼器，以增加这些超高层或大跨度建筑的耗能能力。近20年来，对这些建筑的抗风、抗震分析，以及阻尼器的生产、测试、安装和验收，都为我们提供了宝贵的经验，这些项目中有的已经成为我国建筑结构上阻尼器应用的标志性工程。我们在中国铁道出版社帮助下出版了介绍液体黏滞阻尼器在桥梁上应用的《桥梁工程液体黏滞阻尼器设计与施工（配盘）》一书，翻译了美国康斯坦丁诺（MICHAEL.C.Cotatiou）教授的专著《桥梁地震保护系统》，2015年针对我国减隔震耗能系统的发展和存在的问题，我们又撰写了《结构保护系统的应用与发展》一书作进一步讨论。作为兄弟篇，本书是想总结液体黏滞阻尼器在建筑工程上的应用与发展。我们所完成的建筑项目，多数都属于一些超高、超限的超高层结构及大跨度空间结构，几乎每个工程都经过我们的充分分析与计算而完成，最终通过设置阻尼器巧妙地提高了结构性能并实现了设计意图。本书希望和大家交流的内容很多，其中针对在结构设计计算和阻尼器应用上所遇到的问题，介绍了我们做过的工作和发表的论文中的观点，包括针对特殊结构应用阻尼器方面的优化设计及经济分析、新式阻尼器安置方法、加强层上设置阻尼器的效果、TMD系统和直接安置阻尼器的效果对比、阻尼器简化计算方法和数值积分结果的对比、结构上的能量耗散及阻尼比的计算、对规范剪重比的控制标准等问题。在书中，我们也尽可能地摘录了一些国际上液体黏滞阻尼器工程的理论讨论和优秀工程案例。关于阻尼器在结构工程上的运用，其中一部分是如何设计使其满足相应功能要求，即消能减震的设计阶段；另外一部分则是如何将设计成果进行具体实施，即消能减震的实施阶段，这部分内容涵盖了阻尼器的生产、测试以及安装、验收等多个环节，是整个项目成败的关键，也是目前我国亟待改善之处。我国在建筑工程上飞速发展，大量新建建筑及需要加固的建筑给我们提出了越来越多的阻尼器应用需求，我国很多自主品牌的阻尼器正是在此背景下产生的。在未经严格检查管理的情况下，很多产品的基本理念和核心技术在很大程度上仍需改进，一些产品的质量和水平也有待提高。在我国已经发展使用二十多年的阻尼器理论和大量的实用产品中，仍然存在以下不足和问题：（1）有的知名大学的教授不花心思研究减隔震产品的原理和技术，简单地抄袭国外的论文和专利，把可以正确发展的理论引上歧途，申报了很多并未真正理解的“抄袭专利”，更可怕的是把错误和偏向带到实际的工程中。（2）国际上早已被否定的一些减震技术被我国某些知名学者未加发展地搬过来，在不能解决其致命缺点的前提下在国内工程中使用并报奖。（3）近十年来，我国已经安置了多套检测阻尼器的动力测试设备，但长期以来不能严格地检测减隔震产品。新安置的检测设备可能很好，但使用和操作的人员有的并不负责，也不去研究所必须经过的检测和控制质量，像美国土木工程学会20世纪90年代组织的HITEC第三方联合预检测在我国连一次类似的活动都安排不起来，真正遵循并实施到位的工程极其罕见。（4）我国有不少“新发展减震技术”，例如金属阻尼器的抗小震及抗风技术，阻尼墙的减震技术。在我国发展应用的文章有之，但关于产品的严格检测和对比其使用效果的文章几乎没有。与此形成鲜明反差的是，美国大学加州伯克利分校对液体黏滞阻尼器、BRB及阻尼墙三者的优缺点、测试和检测办法、产品的体积、减震效果进行了大量试验和对比分析，并通过对比判定其发展方向，从而引导工程界能够正确运用这些产品。（5）我国某减震设备厂家（南京某公司）在一次国内的联合测试中，由于参与测试的阻尼器完全破坏而在其后不久破产，但该公司的阻尼器产品在参与此次测试之前，在国内37个工程项目上已经安置了。我国还有大量类似的工程案例，这些已经知道安置了不合格的阻尼器的工程未经处理。阻尼产品未经严格检测就放到结构上使用，又没有经过安置后的检测，会给我国实际工程的抗震、抗风带来难于估量的大问题，不能达到这些核心技术的阻尼器是不能在长期工作中保证设计要求的。随着减震产品在建筑结构上的应用越来越广泛，国家层面已经认识到这些问题的严重性了，如建设部最近发布了《建设工程抗震管理条例》（征求意见稿），对阻尼器等减震产品提出了严格的要求和管理。我们盼望能尽快执行这些条例，彻底改变我国在这个领域中的乱象和问题。为了结构的安全着想，我们迫切希望国内相关部门能够加强使用前公开测试和几年后的定期检测这一要求。在提高管理水平的同时，同样重要的是生产厂家能够理解并攻下阻尼器的以下三个核心技术方面：第一，为了使阻尼器能在地震发生时快速启动，在各种环境下都能按设计的本构关系耐久、严格的工作，并能在长期使用时检查阻尼器的内压及工作状态，对黏滞阻尼器预加高压是十分必要的，当然，采用这种高压动密封设计更需要很高的加工精度，才能在长期使用中保证不漏油。第二，阻尼器本构关系的同一性。阻尼器应能在不同工作频率和速度、不同的温度环境下，均能够保持设计的本构关系。其核心技术是美国Taylor公司20世纪80年代发明出来的内部活塞头，这种高科技产品也就需要阻尼器厂家在产品出厂前提供包括各种不同环境下完整统一的测试报告。第三，阻尼器长期使用的耐久性。《建筑消能减震技术规程》（JGJ297—2013）第8.7.2条明确指出：“黏滞消能器和黏弹性消能器在正常使用情况下一般10年或二次装修时应进行目测检查，在达到设计使用年限时应进行抽样检验。消能部件在遭遇地震、强风、火灾等灾害后应进行抽样检验。”这也是我们一直想要提倡的保证抗震质量的目标，这比使用阻尼器时在线健康监测更有实际意义。20年来结构减震技术飞速发展，很多工程案例是早期写的文章，有待改进和提高。鉴于笔者的精力和水平有限，本书内容遗漏和不足之处在所难免，还望不吝指正。陈永祁2018年4月第1篇综述第1章概述1.1阻尼器应用概述结构的消能减震以及基础隔震技术是近30年来结构工程抗震抗风最出色的成熟成果。在美国，能量耗散系统愈来愈多地用于为新建和改建建筑以及桥梁工程提供更强的地震保护，使用的硬件包括钢屈服装置、摩擦装置、黏弹性固体装置，以及迄今为止最主要的液体黏滞装置。应用阻尼器减震的新技术，主要指在结构中设置消能装置，通过消能设备本身提供的附加阻尼，以消耗地震时输入上部结构的地震能量，达到设防预期和增加抗震能力储备的要求。阻尼是允许结构在受到地震、风、爆炸或其他类型的瞬时振动以及振动干扰时获得最优性能的许多不同方法之一。常规的方法规定结构必须通过强度、弹性和可变形性相结合来在结构内部衰减或耗散瞬时输入影响。通过加液体黏滞阻尼器，瞬间的能量输入不是通过结构自身而是由附加阻尼器耗损的。液体阻尼技术通过在1990年～1993年期间广泛的测试被确认可用于抗震。军事应用的长期历史证明了此技术的可靠性。附加测试显示，液体阻尼器也可以很好地改进结构在风作用下的性能。带有液体阻尼器的结构性能测试表明，在性能上巨大的获益能够在相对低的成本上实现。消能减震技术已经广泛得到工程界的肯定。在美国首先发展起来的这项技术，经过计算机和振动台模型分析试验、美国土木工程学会组织的大型联合测试、各种规范的编写和试用，到几百个各种结构形式的大量应用，到2005年美国土木工程学会相关规范的正式出炉（ASCE7—2005），已经完全证明只要严格地执行这些规范的要求，应用这种办法来设计结构，它完全可以是一种可靠、安全并符合结构工程应用的减震方式。其性价比较高、对结构抗震能力有很大帮助并且几乎没有什么副作用。例如，美国Taylor公司截止到2006年已经完成了近200个大型桥梁、高层结构、大跨空间结构等世界上的重要工程。1.1.1智利地震带来的思考2010年2月27日，智利圣地亚哥附近遭遇了8.8级的超大地震。大量的现代钢筋混凝土剪力墙大厦、框剪结构的住宅抵抗住了这一超级地震，没有倒塌。尽管80万人被迫搬迁，却只有486人死亡、79人失踪。这是现代化建筑抗震理论的成功证明。但遗憾的是，这些钢筋混凝土建筑在发挥延性的同时，梁柱大批屈服破坏，剪力墙在保证结构不倒的同时却留下了大批难以修复的裂缝，如图1-1～图1-3所示。人们从这次地震中总结经验教训并反思和考虑未来，除了开始关注过去不太重视的附属结构的破坏和影响外，也更多思考怎么能使建筑结构做到更加完美。图1-1难以修复的建筑图1-2难以修复的附属结构图1-3难以修复的剪力墙1.1.2国内外超高层建筑黏滞阻尼器的应用2008年6月美国国家结构工程师协会理事会（NatioalCoucilofStructuralEgieerAociatio，NCSEA）《Structure》杂志发表了一篇文章——《黏滞阻尼器日趋成熟——高层建筑中获得经济性的新方法》（VicouDamerComeofAge——ANewMethodforAchievigEcoomyiTallBuildig），该文章摘要原文及翻译如下：Itioftefoudthatthedeigoftalluildigigoveredytheeedtolimitthewididucedtructuralviratiotoaaccetalelevel.Thileavethedeigerwiththeotioofeithericreaigtheamoutofteelorcocreteitheuildig’lateralytemtoaddtiffe，orofaddigacomlexadexeivedamigytemiordertoeurethecomfortofuildigoccuat.VarioudamigytemhaveeeemloyedotalluildigthroughouttheUSadoverea，adhaverovedtoeecoomicforuildigaoveacertaiheight，articularlyiwidierclimate.AewtyeofdamigytememloyigvicoudamericurretlyeigdeigedfortalluildigiEuroe，AiaadtheAmerica，thatachievehigherlevelofdamigthaotherdamigytem，adreducethedeigwidloadthattheeuildigaredeigedfor.Thichemeofferaewwaytoimroveefficiecyitalluildig.“经常发现，高层建筑的设计取决于将风引起的结构振动限制在一个可接受的水平。这使得设计师要么选择增加建筑内钢筋或混凝土的横向支撑系统，以增加刚度；要么添加一个复杂而昂贵的阻尼系统，以确保住户的舒适度。各种阻尼系统曾在美国和海外高层建筑上使用，并已被证明其对于超过一定高度的，尤其是在多风气候地区的建筑具有经济性。一种采用黏滞阻尼器的新型阻尼系统目前被用于欧洲、亚洲和美洲的高层建筑，其比其他阻尼系统更能达到较高的阻尼水平，并能减小这些建筑的设计风荷载。这一方案为高层建筑提供了一种新的方式来提高减震效果。”世界范围内阻尼器在工程上，特别是在建筑结构上的应用印证了这一点。在我国，高层建筑有了跨时代的发展，随着国际潮流一起进入了阻尼器应用的新时代。重大的变化是，现在业主也在一定程度上认可黏滞阻尼器的抗震抗风作用及其经济效果。在阻尼器的发展过程中，有两件事情最令人振奋：一是，安装了98个Taylor公司液体黏滞阻尼器的墨西哥市长大楼，在2003年7.6级破坏性地震中安然屹立，而该地震造成13600栋建筑不同程度的损坏，其中2700栋建筑倒塌或严重破坏。这座57层225m高的南美最高建筑也就成了结构工作者实现“人定胜天”抗震工程的一个榜样。二是，2005年百年不遇的卡特里娜飓风对安置了68个Taylor公司悬索阻尼器的Cochrae大桥的塔和悬索没有造成任何破坏。在这两个毁灭性的自然灾害中，阻尼器发挥了作用，也经受住了考验，有力地说明了阻尼器这一结构保护系统在工程结构防护中的重要作用。特别值得提出的是，近十年来，美国Taylor公司的液体黏滞阻尼器在结构工程领域的应用取得了飞速发展，其优秀的产品性能得到了抗震工程界的广泛赞誉。到目前为止，美国Taylor公司已经在全球范围内承接了690多个结构工程，提供了26000多个结构阻尼器。使用大型阻尼器的建筑工程500多个，其中高层和超高层建筑工程30多个，桥梁工程160多个，基础隔震工程20多个。其增长速度很快，2002年以来每年都有20～30个新工程安置Taylor公司的阻尼器。以2005年为例，Taylor公司液体黏滞阻尼器完成工程统计见表1-1。表1-12005年Taylor公司液体黏滞阻尼器完成工程统计其完成的工程中还包括一些世界著名建筑：世界第二高的马来西亚双塔；2004年希腊奥林匹克和平和友谊体育场馆；多伦多、土耳其等机场控制塔；我国北京火车站、北京银泰中心。阻尼器在我国建筑行业的发展也已经有了一个可喜的开端。2005年，北京银泰中心安置了73套世界最先进的Taylor公司液压黏滞阻尼器；在著名的郑州国际会展中心，大跨度空间结构上使用了36套TMD（TuedMaDamer，调谐质量阻尼器）系统来减少二楼舞厅中跳舞的人群对楼板和建筑的扰动。与桥梁工程相比较，建筑结构更复杂，推广使用减震阻尼器的困难更大。但越来越多的设计工作者开始考虑和应用消能减震措施，我国的有关设计规范和相应规程也正在走向完善。尽管还有很多问题，但从目前的势头来看，阻尼器应用必将迎来另一个发展的高潮。1.2阻尼器的设计目标和理念很多人会有疑问，传统建筑已经有上百年的抗风抗震历史，为什么还要考虑使用结构保护系统？特别是为什么要在建筑上使用阻尼器？从大的概念上看，这是因为：第一，为地震工程、抗风工程几大动力难题寻找更好的解决办法；第二，科学不断发展，开辟了解决结构工程问题的新思路；第三，减少结构受力体系的价格；第四，阻尼器的潜力很大，可以抵抗预想不到的动力荷载；第五，可以使结构最大限度地保持在弹性范围内工作。在北京火车站抗震加固工程中，曾对抗震剪力墙和阻尼器两个方案做了对比，结果见表1-2。表1-2阻尼器和抗震剪力墙的对比人们对于在一个固定的“死结构”上安置一个“可动机构”去减少振动荷载也许有几分介意，但运动是绝对的，特别是结构从建设的第一天起就要准备承受地震、风振等振动荷载的冲击。对这样的“活动”荷载，用一个更适用它的“可动的机构”去抗衡和准备，可能更有效、更节省。如果了解汽车这种常用交通工具的减振器的作用，就应该不难接受使用阻尼器消能的理念了。我国现行抗震设计规范中已经有了关于消能减震的有关规定。结合国内外有关阻尼器应用发展情况和实际工程应用的体会，下面谈一下在建筑上使用阻尼器的目标和理念。简单地说，安置阻尼器可以有以下目的：1.增加抗震、抗风能力原设计可能已经满足所有规范规定的抗震抗风要求，加上液体黏滞阻尼器在振动过程中起到耗能和增加结构阻尼的作用，从而降低结构反应的基底剪力，减少整个结构的受力，也就可以大大提高结构的抗震能力。同时，只要阻尼器安装得合适，设置到不同的需要方向，还可以预防和减少原设计没有考虑或考虑不足的振动受力。对特别重要的结构，在高发地震区，花钱不多，设置这一第二防线是很值得的；对于非严重地震区，也可以用阻尼器达到抗风和增加抗震能力的目的。2.用阻尼器防范罕遇大地震或大风按“小震不坏大震不倒”的原则，可以用常规的设计办法使设计满足多遇地震的抗震要求。对于罕遇的大地震，可能显得不足、不理想或不经济。用结构的被动保护系统，特别是用阻尼器来解决罕遇大地震的问题，不仅对新建结构建议采用这一设计理念，对原设计未设防抗震或设防不足的结构加固工程也很适合。这一理念会带来经济实用和可靠的结果，合理的设计可以为工程节省费用，且国外抗震先进国家大都采用这一理念。在所有可能发生地震的地区，主要想提出和推广的便是这一设计理念。国外有的工程，在结构的小震设计中也充分利用了阻尼器的优越性，可以用加阻尼器后的修正反应谱值作结构的设计。3.减少附属结构、设备、仪器仪表等第二系统的振动在破坏性地震震害分析中，结构内部附属结构、设备、仪器仪表等第二系统的振动和破坏越来越引起人们的注意。从经济上看，这些内部系统的价值可能远远超过结构本身。增加结构保护系统出于保护这一附属系统就不奇怪了。应该说，采用阻尼器系统减少医院、计算机房、交通及航空等重要控制中心内部附属设备的振动是非常必要的。4.解决常规办法难以解决的问题在结构设计中有时遇到高地震烈度、土质情况恶劣的地区，单纯地加大梁柱的尺寸会引起结构刚度增加，结构的自振周期减小，其结果可能引起更大的地震力。结构设计若落入这一恶性循环中，有时用常规的办法难以解决。而著名的墨西哥市长大楼工程就提供了一个摆脱这一恶性循环的榜样。结构抗震如果使用液体黏滞阻尼器，由于其本身没有刚度，也就不会改变结构的频率，且阻尼器增加了结构的阻尼比，起到耗能的作用，比较容易解决这一困难问题。在高烈度地震区，设计变得很困难的情况下，建议加入液体黏滞阻尼器重新作一下分析，可能会取得预想不到的好结果。5.结构上的其他需要除了提高结构主体的的抗震抗风能力外，阻尼器还能在很多其他方面的抗震上对结构有所帮助，具体汇总如下：（1）大跨空间钢结构、体育场馆，特别是开启式屋顶运动中的减震；（2）超高层钢结构建筑抗风的TMD系统；（3）减少楼板和大型屋盖垂直振动的TMD系统；（4）配合基础隔震的建筑，加大阻尼，减少位移；（5）设备基础减震；（6）特别重要的建筑——核电站、机场控制室；（7）结构复杂、难以计算的建筑；（8）加固工程中，空间受限时，最好的选择；（9）军事工程，抗爆工程。当然，阻尼器还是个新生事物，其应用和理念都还在发展，并具有广阔的发展空间。1.3不同阻尼器的选择1.3.1液体黏滞阻尼器常用的阻尼器，未加说明时都是指液体黏滞阻尼器，如图1-4所示。其基本原理是：当活塞随着结构的运动而运动时，活塞头向一端运动，内设的硅油受到挤压，对活塞产生反向黏滞力。同时，硅油从活塞头上的小孔向活塞头的另一端流去，使活塞的受力逐步减少。其基本关系式如下：αF=Cv（1-1）式中，F为阻尼力；C为阻尼系数；α为速度指数，常取0.2～1.0。黏滞阻尼器一般安装在发生相对位移较大的构件之间，在缓慢施加的静态荷载（如温度等）作用下可自由变形，在快速作用的动态荷载（如地震、脉动风等）作用下产生阻尼力并耗散能量。理论公式得到的阻尼器位移和阻尼力的滞回曲线如图1-5所示。图1-4液体黏滞阻尼器图1-5液体黏滞阻尼器的理论滞回曲线1.3.2带刚度的液体黏滞阻尼器在实际工程中，有时需要阻尼器同时具有速度型耗能和位移型刚性弹簧的双重作用，这就是人们常说的带刚度的液体黏滞阻尼器。Taylor公司为实现这一目的，其设计和制造的这种新型阻尼器如图1-6所示。带刚度的液体黏滞阻尼器外表跟一般的液体黏滞阻尼器一样，只不过稍微长一些，长度最大可达30cm。这种阻尼器的液压缸分成阻尼器和液体弹簧两部分。阻尼器部分是完全相同于传统的液体黏滞阻尼器，而弹簧部分是一个双向作用的液体弹簧。在缸中运动的是串在一根轴上的两个活塞，这两个活塞各在一部分油缸内工作。阻尼器部分活塞往复运动产生阻尼，另一个活塞引起液体弹簧的弹簧力。这种阻尼器可以按要求设计弹簧刚度，但其最大弹簧力应小于最大阻尼力的一半。该装置的计算公式为eff式中，K为液体弹簧等效刚度；C为阻尼器的阻尼系数；u为活塞杆的位移；为活塞杆的速度；α为速度指数。图1-6带刚度的液体黏滞阻尼器带刚度的液体黏滞阻尼器的本构关系可以用阻尼器部分加上弹簧部分来反映。公式（1-2）可以直接输入SAP2000或ETABS等计算机程序中进行分析计算。在安置中，该装置可以设置成对角支撑形式，也可以设置成传统的人字形形式。当然，它也能配合基础隔震的柔性支座或滑动支座使用。将传统的黏滞阻尼器转变成带刚度的液体黏滞阻尼器，由于另加了刚度，对结构在风荷载下限制位移能够起到良好的作用。在希腊2004年奥运会的主赛馆，和平与友谊体育场上就成功地应用了这种阻尼器。1.3.3风限制器阻尼器在传统液体黏滞阻尼器上加一个简单的机械元件，防止阻尼器受到较低水平的风力和其他荷载可能带来的阻尼器两端运动，就可以构成这种风限制器阻尼器，如图1-7所示。这种阻尼器可以应用到桥梁和高层建筑上，抵抗风荷载引起的结构振动。一般来说，阻尼器可能受到的最大风力和其他力总是小于最大地震力的25％。在阻尼器的外表面加一个可以滑动的金属卡环，该环与阻尼器外筒的摩擦力可以调节到最大地震力的25％。在阻尼器连接两端受风振作用时，风限制装置摩擦力阻止了阻尼器两端滑动，相当于有了一个受力开关或限制器。而当阻尼器工作的结构受到较大地震荷载的作用，阻尼器两端的受力大于设定的开关最大力时，也就是超过风限制装置的最大静摩擦力时，摩擦环脱开，两端发生相对运动，阻尼器开始起到耗能作用，该结构像普通阻尼器一样工作，减震和耗能。这时，摩擦装置给阻尼器带来模型上的变化可由速度和力的变化曲线（图1-8）看出。该限制装置的摩擦力大小在应用时可以做一定范围的调整。这种风动限制器设计安装方便，在一般安置黏滞阻尼器的位置上都可以安置，方便推广。图1-7风限制器阻尼器图1-8风限制器阻尼器的本构关系当然这种阻尼器也可以用来配合基础隔震系统来限制结构位移，在阻止风荷载带来位移的同时，还能够保持阻尼器在地震作用下的耗能作用。当然，可能并不以此为直接设计目的。由连廊连接的两个以上塔型复合结构，很容易因为塔的运动不同使连廊在连接处发生破坏。隔震垫和风限制器阻尼器联合使用可以有效地避免和控制这一破坏发生。对于柔性建筑，用风限制器阻尼器设置的对角或其他形式的支撑，在风振时能像刚性连杆一样提供一定支撑的刚度；而当地震发生时，它又可以像传统的阻尼器那样工作，起到耗能的作用。坐落在美国旧金山地区的SaJoe的南海湾办公楼是30多年前建成的钢筋混凝土塔楼，塔楼之间用悬挂式钢框架连接。这个钢连接部分很容易产生楼板的振动，特别是在风荷载下引起很大的振动问题。过去只是简单地安装了一些钢杆阻止风动，这种简单的钢杆有很多缺欠，当地震发生时，它还会破坏，不能重复使用。Saiful-Bouquet设计并采用了风限制器阻尼器，得到了理想的解决方案，风限制器设计承受10％～15％的最大地震力，有效地阻止了风对这个钢框架的影响。而超过限制力的最大力时阻尼器发生作用，更好地保护了结构。该装置可以重复使用，从目前的运行状况来看十分成功。1.3.4无摩擦金属密封阻尼器阻尼器在抗风等需要持续工作的环境下，会要求阻尼器的内摩擦更低，可以采用无摩擦金属密封阻尼器（FrictioleHermeticDamer），如图1-9所示。无摩擦金属密封阻尼器区别于其他普通抗震阻尼器的特性表现在阻尼器相对运动过程中几乎没有摩擦力产生。由于金属波纹管密封件的采用，金属密封阻尼器可以提供更大的功率，产生的热量随时消散，可以承受更高的内部温度而不破坏，阻尼器的耐久性、稳定性大幅提高。目前，金属密封阻尼器在TMD、阻尼伸臂系统和巨型支撑系统中都有应用，可以用于振动幅度很大、频率较高的外界环境下。如伦敦千禧桥、芝加哥凯悦酒店TMD系统、纽约西55大街250号都应用了这种阻尼器。图1-9无摩擦金属密封阻尼器及其构造简图Taylor公司引用宇航工程里的技术，其发明的金属密封阻尼器对高层建筑做出了重大贡献，在抗风工程中广泛引用。到目前为止，世界上只有个别公司可以生产这种高性能、无摩擦、金属密封的阻尼器。虽然性能优势明显，但价格过高，尚需改进。1.3.5带特殊泄压阀的新型阻尼器为了能够同时对日常的风荷载以及偶然的地震荷载都起到较好的减震作用，在液体黏滞阻尼器活塞内部设置一个具有特殊功能的泄压阀，在特殊泄压阀的耦联作用下，把锁定装置的性能和黏滞阻尼器的性能同时整合到该新型阻尼器中，根据特殊泄压阀的关闭，在不同荷载的作用下对结构起到相应的减震效果。旧金山弗里蒙特街181号使用的便是此种阻尼器。泄压阀打开之前所表现出来的性质和锁定装置一样，主要用于抗风；地震发生后，当阀门所产生的压力超过泄压阀打开之前阻尼器的最大锁定力时，特殊泄压阀打开，该阻尼器表现出黏滞阻尼器的功能；当地震荷载作用后，特殊泄压阀关闭，该阻尼器又恢复到初始安装时阻尼器具有的状态。带特殊泄压阀的新型阻尼器内部构造及本构关系图如图1-10所示。图1-10带特殊泄压阀的新型阻尼器内部构造及本构关系图1.3.6改进型高功率阻尼器为了降低产品造价并获得与金属密封阻尼器相近的效果，Taylor公司发明了另一种理念的抗风阻尼器，如图1-11所示。这种阻尼器在缸体内外的结构都采取了一系列的加速散热、增大耗能能力的改变，使其在一定程度上可以满足抗风工程、TMD工程的需要。图1-11改进型高功率阻尼器迪拜TMD屋顶工程中就使用了108个此种阻尼器，能很好地在抗风工程中发挥作用。Taylor公司发明的这种新型阻尼器，使阻尼器的寿命提高30％以上。第2章液体黏滞阻尼器简介2.1液体阻尼器的发展历史液体阻尼器的发展可以追溯到20世纪初。为了满足大型武器装备发展的需求，液体阻尼器以及其他工程设备得以迅速设计制造并成功获得实践应用。早期的液体阻尼设备一般通过黏滞效应进行工作，黏滞效应主要由阻尼器内部叶片或钢板与内部介质之间的剪切作用产生，如图2-1所示。这类装置由于内部板与流体之间孔穴的存在，根据其介质黏度的2不同，最大剪切强度通常在0.06～0.1N/mm之间，按照这种黏滞效应原理制造的阻尼器尺寸较大、经济性较差。此外，由于液体黏度受温度影响十分明显，造成这类阻尼器输出力在温度下的稳定性较差。例如：目前的成品硅油，温度从20℃升到50℃时，其黏度相应下降50％。利用上述原理，在当今的土木工程领域，仍然在实际工程中采用的类似产品有GERB生产的阻尼锅以及日本的阻尼墙等，如图2-2所示，和现代Taylor公司的阻尼器相比最大的不同是没有高内压。图2-1早期的流体阻尼器图2-2GERB流体阻尼器以及阻尼墙在19世纪后期，为了耗损大型加农炮的后座力，一些阻尼装置被应用到火炮领域。早期的火炮通常采用非常粗糙的方式对后座力进行控制，其耗能特性极不规律，很难适应装备的快速发展。只有那些可靠的、功能完备的阻尼装置，才能适应高功率的快速连续发射。经过深入的试验研究，法国军队在他们的75mm、M1897型大炮中采用试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]...

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