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粘滯阻尼器工作原理

粘滯阻尼器（墻）是根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)，特別是當(dāng)流體通過(guò)節(jié)流孔或在封閉空間中進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)與壁缸或壁筒產(chǎn)生相互作用，將流體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而耗散地震輸入的能量。這種因流體運(yùn)動(dòng)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能所產(chǎn)生粘滯阻尼的耗能裝置，即被稱(chēng)之為粘滯阻尼器，又稱(chēng)之為速度型阻尼器，其阻尼力的大小與流體運(yùn)動(dòng)的速率密切相關(guān)，速度越大，阻尼力越大，速度為0時(shí)，阻尼力為0，是一種剛度無(wú)關(guān)、速度相關(guān)的阻尼器。

粘滯阻尼器是根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)，特別是當(dāng)流體通過(guò)節(jié)流孔時(shí)會(huì)產(chǎn)生粘滯阻力的原理而制成的，是一種與剛度、速度相關(guān)型阻尼器。一般由油缸、活塞、活塞桿、襯套、介質(zhì)、銷(xiāo)頭等部分組成，活塞可以在油缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞上設(shè)有阻尼結(jié)構(gòu)，油缸內(nèi)裝滿(mǎn)流體阻尼介質(zhì)。當(dāng)外部激勵(lì)（地震或風(fēng)振）傳遞到結(jié)構(gòu)中時(shí)，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形并帶動(dòng)阻尼器運(yùn)動(dòng)。在活塞兩端形成壓力差，介質(zhì)從阻尼結(jié)構(gòu)中通過(guò)，從而產(chǎn)生阻尼力并實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)變（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能），達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的目的。

阻尼是結(jié)構(gòu)振動(dòng)衰減的根本原因，但由于實(shí)際結(jié)構(gòu)中的阻尼復(fù)雜特性使得并不能精準(zhǔn)定位阻尼，故在結(jié)構(gòu)分析中一般認(rèn)為結(jié)構(gòu)阻尼為線(xiàn)性粘滯阻尼，也即是認(rèn)為阻尼力與速度成正比，且假定結(jié)構(gòu)中設(shè)置粘滯阻尼器后所附加給結(jié)構(gòu)的阻尼與結(jié)構(gòu)本身的阻尼基本一致。

粘滯阻尼器以其優(yōu)異的抗風(fēng)、抗震（振）能力和經(jīng)濟(jì)性，近年來(lái)在工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其應(yīng)用領(lǐng)域包括：民用建筑（如住宅、辦公樓、商場(chǎng)等多層高層及大跨建筑結(jié)構(gòu)）、生命線(xiàn)工程（如醫(yī)院、學(xué)校、城市功能建筑）、工業(yè)建筑（如廠(chǎng)房、塔架、設(shè)備減振）、橋梁（人行橋、高架路橋）、軍工行業(yè)等。

粘滯阻尼器構(gòu)造組成

粘滯阻尼器，是應(yīng)用粘性介質(zhì)和阻尼器結(jié)構(gòu)部件的相互作用產(chǎn)生阻尼力的原理設(shè)計(jì)、制作的一種被動(dòng)速度相關(guān)型阻尼器，一般由缸筒、活塞、阻尼孔、阻尼介質(zhì)（粘滯流體）和導(dǎo)桿等部分組成。當(dāng)工程結(jié)構(gòu)因振動(dòng)而發(fā)生變形時(shí)，安裝在結(jié)構(gòu)中的粘滯阻尼器的活塞和缸筒之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于活塞前后的壓力差使粘滯流體從阻尼孔中通過(guò)，從而產(chǎn)生阻尼力，耗散外界輸入結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量，達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的目的。阻尼介質(zhì)為硅油，該介質(zhì)具有粘溫系數(shù)小、極低和極高溫度下（-50℃~+250℃）性能穩(wěn)定、抗輻射性能好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有優(yōu)良的電氣絕緣性能和優(yōu)良的抗臭氧、耐電暈、憎水防潮性能。

粘滯阻尼器的發(fā)展經(jīng)歷了三代的發(fā)展：第一代使用的是高粘度阻尼介質(zhì)，因受溫度影響較大阻尼特性不穩(wěn)定、且易疲勞，故產(chǎn)品性能較差；第二代使用了低粘度阻尼介質(zhì)和溢流閥，相對(duì)一代比較穩(wěn)定，但溢流閥易受到破壞，該代產(chǎn)品基本上在國(guó)內(nèi)發(fā)展及應(yīng)用不多。第三代產(chǎn)品采用了低粘度阻尼介質(zhì)，沒(méi)有溢流閥且采用的是小孔射流技術(shù)，很好地克服了前兩代產(chǎn)品的缺點(diǎn)，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，阻尼特性好。

粘滯阻尼器特點(diǎn)

粘滯阻尼器的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

1）具有長(zhǎng)久的發(fā)展歷史，使用性及可行性好，耗能能力強(qiáng)；

2）應(yīng)用領(lǐng)域范圍廣，可用于軍事、機(jī)械、建筑結(jié)構(gòu)的抗震及抗風(fēng)；

3）維修方便、可更換（規(guī)范最低要求設(shè)計(jì)使用年限30年，本公司產(chǎn)品承諾保修50年，與主體結(jié)構(gòu)同壽命）；

4）是速度相關(guān)型的消能器，不增加附加剛度，對(duì)原結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性影響??；

5）構(gòu)造連接簡(jiǎn)單、可靠、美觀(guān)大方；

6）減小上部結(jié)構(gòu)反應(yīng)，不僅減小位移，還減小加速度；

7）從小位移到大位移各個(gè)階段均能有效發(fā)揮作用。

8）阻尼器出力與結(jié)構(gòu)位移反應(yīng)有相位差，位移最小時(shí)，力最大，位移最大時(shí)，力最小。

粘滯阻尼器適用范圍及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

（1）適用范圍：

適用于各種民用建筑及工業(yè)建筑，包括新建工程和既有建筑的加固改建；尤其加固改建工程可以在原有建筑改動(dòng)最小的的情況下滿(mǎn)足改造要求，對(duì)于縮短工期和造價(jià)方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。

（2）驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：

檢驗(yàn)批劃分具體可參見(jiàn)《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》（JGJ297-2013）第5.6.1條文1款及《建筑消能阻尼器》（JGT209-2012）第8條文的相關(guān)規(guī)定。同時(shí)尚應(yīng)符合出廠(chǎng)檢驗(yàn)及型式檢驗(yàn)的相關(guān)要求。粘滯阻尼器的性能參數(shù)應(yīng)符合《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》（JGJ297-2013）5.6.3條文2款。

粘滯阻尼器主要參數(shù)設(shè)置

（1）彈性階段軟件的參數(shù)設(shè)置

在設(shè)計(jì)軟件PKPM和YJK中，定義粘滯阻尼器時(shí)基本上不用附加什么，只需要在分析參數(shù)中增加預(yù)設(shè)的附加阻尼比即可，然后進(jìn)行計(jì)算。比如，混凝土框架結(jié)構(gòu)，預(yù)設(shè)增加3%的附加阻尼，則只需將結(jié)構(gòu)阻尼比由5%更改為8%即可。至于由于粘滯阻尼器產(chǎn)生的附加阻尼力對(duì)相鄰結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響，是應(yīng)當(dāng)給予考慮的，但小震計(jì)算時(shí)軟件中無(wú)法具體實(shí)現(xiàn)操作，需要單獨(dú)將該附加力添加到相鄰結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力中，然后再進(jìn)行截面設(shè)計(jì)與配筋。《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》（JGJ297-2013）第6.4.2章節(jié)中對(duì)于消能子結(jié)構(gòu)的截面抗震驗(yàn)算進(jìn)行了明確的規(guī)定，按重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)，且截面設(shè)計(jì)及截面驗(yàn)算時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮消能器（粘滯阻尼器）在極限速度下的阻尼力作用影響。

（2）彈塑性分析時(shí)的軟件模擬

在Sap2000，Etabs，和Midas中，可采用連接單元對(duì)粘滯阻尼器進(jìn)行模擬。

Sap2000-DAMPER單元、Etabs-DAMPER單元、Midas-粘彈性消能器-maxwell模型，采用連接單元時(shí)，三個(gè)軟件參數(shù)類(lèi)似。因此僅以Sap2000為例進(jìn)行參數(shù)說(shuō)明，在所有軟件中均采用Maxwell力學(xué)模型描述。

相關(guān)產(chǎn)品：粘滯阻尼器