隔震技術的基本原理精選(九篇)

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第1篇：隔震技術的基本原理范文

關鍵詞：建筑工程；結構抗震；技術

1.建筑工程結構抗震技術的基本原理與設計原則

建筑工程結構抗震技術的基本原理是：通過增加建筑物的阻尼來增大對地震所釋放能量的吸收和消耗，從而達到減輕振動，減少損害的目的。建筑工程結構抗震技術與傳統抗震技術區別是：結構抗震技術是將地震看作一種能量的釋放過程，透過增加建筑物的阻尼的方式主動抗震，從而減輕地震對建筑物的破壞。而傳統的抗震方法只是將地震看作是一種力的作用，透過增強建筑物的剛度和強度的方式實行被動防震[1]。

建筑工程結構抗震技術設計應該遵循以下原則：

（1）結構應具有連續性。在對建筑物進行設計時，應該使建筑物在結構上具備完整的連續性，這樣就能夠使建筑物在地震中保持為一個整體，促進其抗震功能的發揮。

（2）保證構件間的可靠連接。在建筑物的設計和施工過程中，應該注重加強建筑物各構件之間的穩固連接，這樣就能夠使建筑物在地震的能量傳遞中保持一定的強度和建筑物變形時保持一定的延展性，從而加大建筑物的抗震性能。

（3）增強房屋的豎向剛度。在設計和對建筑物進行施工時，應該使建筑物在橫豎兩個方向上都具備足夠的豎向剛度，同時確保建筑物基礎部分的整體性，以避免或者降低地震時建筑物所遭受的損害。

2.兩種可靠度的結構體系目標功能水平優化決策模型

已知結構抗震設計的要求為：P（G≥0）≥Pa，（Pa為與結構抗震可靠指標相應的可靠度）。

2.1模型1參數規劃法

其中，X為結構設計方案的設計變量向量（其維數假定為n），根據優化層次的不同，可以是與結構布局、拓撲、形狀、尺寸等有關的變量。目標函數中，C0（X）為結構的初始造價[2]。方案X的函數，第二項結構失效損失期望中；Psi為設計方案X基于功能i的結構體系可靠度；Cfi為該功能失效的損失值。約束條件中gj（X）≤0為與設計方案有關的約束條件，如構件的強度約束、構造要求約束等；[Psk]-Psk（X）≤0為基于功能的結構體系可靠度約束。

模型1包括兩類設計變量：設計方案和基于功能的結構體系目標可靠度。把目標可靠度處理為參數，從而模型1轉化為一系列包含目標可靠度參數的優化問題。求解時，首先對目標可靠度取若干不同的值，分別對模型1進行優化設計，選出相應的優化設計方案。利用這些優化設計方案擬合出目標函數對目標可靠度的變化曲線，曲線上目標函數最小值所對應的目標可靠度就是所求的最優目標可靠度。

2.2模型2約束放松法

比較模型1與模型2可以看出：模型2實際上就是在模型1的基礎上去掉基于功能的結構體系可靠度所對應的約束條件。即：首先對整個優化模型的約束條件進行放松，然后對結構進行優化設計，以得到相應的優化設計方案，最后從最優設計方案計算出的基于功能的結構體系可靠度，也就是最優目標可靠度。

3四種建筑工程結構抗震控制的常用技術

3.1被動控制

被動控制的防震技術并不包含外部能源的抗震技術，通常是在建筑物的某個部位增加子系統或者對建筑物的某些構建進行結構上的處理以改變其動力特性，被動控制抗震技術可以分為基礎隔震以及耗能減震兩個類別：

（1）基礎隔震。建筑物的基礎隔震技術指的是：在建筑物的基礎部分構建控制機構來阻隔地震時能量的向上傳送，達到減輕建筑物的振動，降低地震破壞的效果[3]。當前研究應用的建筑物隔震技術主要有：摩擦滑移隔震、層橡膠墊隔支撐式擺動隔震珠、滾軸隔震以及混合隔震等。

（2）耗能減震。建筑物耗能減震技術的原理是：將地震能量導向特別的元件或者機構并加以吸收和消耗進而減輕建筑物主體的損耗。建筑物耗能減震技術是：將建筑物的一些部件設計成耗能元件，或者在建筑物的一些部位裝配阻尼器在小震以及荷載作用下，這些阻尼器和耗能元件都處于彈性狀態，使建筑物的整個結構具各很強的剛度，進而在地震中發揮重要作用。在強烈地震發生時，阻尼器和耗能元件會進入非彈性狀態，使建筑物的阻尼大大增加，大量吸收和消耗地震能量，使建筑物的主體振動大大減小，進而達到保護建筑物的效果。

3.2主動控制

建筑工程中的主動控制抗震技術需要外部能源來實現，它需要透過施加和振動力向相反的作用力來進行建筑物減震，這種技術的原理是：傳感器對建筑物的外部激勵以及動力響應進行監測，然后將信號傳送到計算機，計算機再依據程序計算應該施加的作用力的大小，然后經過外部的能源驅動控制系統產生所需求的作用力。當前建筑業已經研究和開發的建筑物主動控制抗震裝置主要有：主動拉索系統、主動質量阻尼系統、主動空氣動力擋風板系統、主動支撐系統以及氣體水沖發生器等。

3.3半主動控制

建筑物半主動控制抗震技術是：使用控制機構來調節建筑物在地震發生時的結構參數來實現減震日的，這項技術對于外部能源的要求不高，只需要弱電裝置來供應就可以了。比如，蓄電池等半主動控制抗震技術通常使用開關來控制，透過開關來調節控制器的狀態，進而改變建筑物的動力特性。當前建筑業比較常用的建筑物半主動控制減震裝置有[4]：可變阻尼系統、可變剛度系統、可控液體阻尼器、主動調節參數質量阻尼系統以及可控摩擦式隔震系統等。

3.4混合控制

建筑物混合控制抗震技術是被動控制與主動控制的綜合應用，這種抗震技術充分運用了被動控制與主動控制的抗震優點，它既能夠透過被動控制抗震系統吸收和耗散地震能量，又能夠運用主動控制抗震系統來達到抗震效果，所以混合控制抗震技術具有非常高的應用價值。當前建筑業比較常用的混合控制抗震裝置主要有：阻尼耗能抗震與主動控制抗震相結合的混合控制抗震系統[5]、調諧質量阻尼系統與主動質量阻尼系統組合的混合控制、滑掀體阻尼系統與主動質量阻尼系統結合的混合控制抗震系統，基礎隔震抗震與主動控制抗震結合的混合控制抗震系統等

以上四種建筑工程結構抗震技術，主動控制抗震技術擁有最好的抗震效果，但是因為它所需外部能量大，再加上控制系統比較復雜，所以在實際運用上反而不夠普遍。被動控制抗震技術實用性比較大，發展迅速，應用最為廣泛，加上主動控制抗震技術由于其精確度比較高，價格相對低廉，所以有著很好的市場前景。混合控制抗震技術具各了幾種抗震技術的優勢所以效果十分突出，前景也非常廣闊。

參考文獻：

[1]宋雪.關于地震的發生與結構抗震的淺談[J].硅谷.2008（23）

[2]王光遠等著.工程結構與系統抗震優化設計的實用方法[M].中國建筑工業出版社，1999

[3]劉如山，胡少卿，石宏彬.地下結構抗震計算中擬靜力法的地震荷載施加方法研究[J].巖土工程學報.2007（02）

第2篇：隔震技術的基本原理范文

關鍵詞：結構抗震技術；建筑工程；策略

Abstract: in the construction sector, architectural engineering structure seismic technology is a very important high-tech technology, which can effectively avoid and reduce buildings in the damage sustained by the earthquake. This paper first introduced the construction engineering structure seismic technology's basic principle, then expounds the construction engineering structure seismic design principles, finally, this paper analyses the architecture engineering structure seismic control the common technology.

Keywords: structure seismic technology; Building engineering; strategy

中圖分類號：TU352.1+1文獻標識碼：A 文章編號：

1．建筑工程結構抗震技術的基本原理

在地震發生的時候，地殼內部要釋放巨大的能量，這些能量以能量波德形式向周圍傳遞。在地震的波及范圍內，它用輸入能量的方式破壞建筑物，建筑物會產生激烈的振動，甚至遭到嚴重破壞而倒塌。地震時建筑物的振動劇烈程度與其本身的阻尼相關，建筑物的阻尼越小，其對地震能量的吸收和消耗就越小，那么振動就越劇烈，反之振動就越輕。

所以，建筑工程結構抗震技術的最基本的思想就是要想方設法增加建筑物的阻尼，以增大對地震所釋放能量的吸收和消耗量，從而達到減輕振動、減少損害的目的。這是建筑工程結構抗震技術區別于傳統抗震技術的根本所在，結構抗震技術是將地震看作一種能量的釋放過程，透過增加建筑物的阻尼的方式主動抗震，從而減輕地震對建筑物的破壞。而傳統的抗震方法只是將地震看作是一種力的作用，透過增強建筑物的剛度和強度的方式實行被動防震，效果并不理想[1]。

2．建筑工程結構抗震設計的基本原則

在建筑物的結構抗震技術設計中，為了實現預期的建筑物抗震效果，應該遵循以下原則：

2.1結構應具有連續性

在對建筑物進行設計時，應該使建筑物在結構上具備完整的連續性，這樣就能夠使建筑物在地震中保持為一個整體，促進其抗震功能的發揮。如果建筑物在地震中不能在結構上保持連續性，就不能有效地吸收和消耗地震能量，從而導致建筑物遭受比較大的損壞。

2.2保證構件間的可靠連接

在建筑物的設計和施工過程中，應該注重加強建筑物各構件之間的穩固連接，這樣就能夠使建筑物在地震的能量傳遞中保持一定的強度和建筑物變形時保持一定的延展性，從而有效吸收和消耗地震能量，減少建筑物在地震中遭受的破壞。

2.3增強房屋的豎向剛度

在設計和對建筑物進行施工時，應該使建筑物在橫、豎兩個方向上都具備足夠的豎向剛度，同時確保建筑物基礎部分的整體性，在地震中就會具備很好的堅韌性和延展性，以避免或者降低地震時建筑物所遭受的損害。

3.建筑工程結構抗震控制的技術分析

3.1被動控制

被動控制的防震技術并不包含外部能源的抗震技術，通常是在建筑物的某個部位增加子系統，或者對建筑物的某些構建進行結構上的處理，以改變其動力特性。當前，建筑物的被動控制抗震技術已經成為一個研究熱點，在很多建筑工程中都有應用，被動控制抗震技術可以分為基礎隔震以及耗能減震兩個類別。

3.1.1基礎隔震

建筑物的基礎隔震技術指的是在建筑物的基礎部分構建控制機構來阻隔地震時能量的向上傳送，以達到減輕建筑物的振動，降低地震破壞的效果。從隔震技術的發展過程來看，它有以下的特點：第一，建筑物隔震技術在建筑業的運用越來越普及，越來越廣泛。建筑物隔震技術不但在近幾年的一些新建工程中有廣泛的運用，在舊有建筑物的防震加固中也時常用到。第二，建筑物隔震技術的結構形式設計日益多樣化，已經從傳統的砌體結構以及鋼筋混凝土結構發展為組合結構、鋼結構以及木結構。第三，隔震技術可以選擇的隔震裝置日益增多。當前研究應用的建筑物震技術主要有：摩擦滑移隔震、層橡膠墊隔震、支撐式擺動隔震、珠及滾軸隔震以及混合隔震等[2]。

3.1.2耗能減震

建筑物耗能減震技術是將建筑物的一些部件設計成耗能元件，或者在建筑物的一些部位裝配阻尼器。在小震以及風荷載的作用下，這些阻尼器和耗能元件都處于彈性狀態，使建筑物的整個結構具備很強的側向剛度，進而在地震中發揮重要作用。在強烈地震發生時，阻尼器和耗能元件會進入非彈性狀態，使建筑物的阻尼大大增加，大量吸收和消耗地震能量，使建筑物的主體振動大大減小，進而達到保護建筑物的效果。建筑物耗能減震技術的原理是將地震能量導向特別的元件或者機構并加以吸收和消耗，進而減輕建筑物主體的損耗，它有以下特點：第一，安全，憑借耗能裝置來消耗地震能量，進而保護建筑物；第二，經濟，成本不是很高；第三，合理；第四，維護費用低，適用范圍廣。當前，比較常用的耗能減震裝置有復合型耗能器、摩擦耗能減震裝置、粘滯阻尼器、金屬阻尼器以及粘彈性阻尼器等。

3.2主動控制

建筑工程中的主動控制抗震技術需要外部能源來實現，它需要透過施加和振動方向相反的作用力來進行建筑物減震。這種技術的原理是：傳感器對建筑物的外部激勵以及動力響應進行監測，然后將信號傳送到計算機，計算機再依據程序計算應該施加的作用力的大小，然后經過外部的能源驅動控制系統產生所需求的作用力。當前建筑業已經研究和開發的建筑物主動控制抗震裝置主要有：主動拉索系統、主動質量阻尼系統、主動空氣動力擋風板系統、主動支撐系統以及氣體脈沖發生器等。

3.3半主動控制

建筑物半主動控制抗震技術是使用控制機構來調節建筑物在地震發生時的結構參數來實現減震目的的，這項技術對于外部能源的要求不高，不需要使用強電，只需要弱電裝置來供應就可以了，比如蓄電池等。半主動控制抗震技術通常使用開關來控制，透過開關來調節控制器的狀態，進而改變建筑物的動力特性。當前建筑業比較常用的建筑物半主動控制減震裝置有：可變阻尼系統、可變剛度系統、可控液體阻尼器、主動調節參數質量阻尼系統以及可控摩擦式隔震系統等[3]。

3.4混合控制

建筑物混合控制抗震技術是被動控制與主動控制的綜合應用。這種抗震技術充分運用了被動控制與主動控制的抗震優點，它既能夠透過被動控制抗震系統吸收和耗散地震能量，又能夠運用主動控制抗震系統來達到抗震效果，所以混合控制抗震技術具有非常高的應用價值。當前建筑業比較常用的混合控制抗震裝置主要有：阻尼耗能抗震與主動控制抗震相結合的混合控制抗震系統；調諧質量阻尼系統與主動質量阻尼系統組合的混合控制；滑掀體阻尼系統與主動質量阻尼系統結合的混合控制抗震系統；基礎隔震抗震與主動控制抗震結合的混合控制抗震系統，等等。

在以上四種建筑工程結構抗震技術中，主動控制抗震技術擁有最好的抗震效果，但是因為它所需外部能量大，再加上控制系統比較復雜，所以在實際運用上反而不夠普及；被動控制抗震技術實用性比較大，當前發展迅速，應用最為廣泛；半主動控制抗震技術由于其精確度比較高，價格相對低廉，所以有著很好的市場前景；混合控制抗震技術具備了幾種抗震技術的優勢，所以效果十分突出，前景也非常廣闊。

4.結語

總而言之，隨著我國經濟社會的不斷發展和建筑業抗震技術的不斷更新，我國建筑市場的結構抗震需求越來越大，抗震技術特點也日益呈現出多樣化的發展趨勢。當前建筑業新開發的結構抗震技術在實際應用中有著突出的優勢，為新建筑物的結構抗震設計和現有建筑物的結構抗震加固提供了良好的途徑。建筑物結構抗震技術克服了傳統技術的“硬碰硬”技術缺點，具有效果顯著以及安全可靠的特點，在今后的發展中必將日益走向成熟，為我國的建筑物抗震事業提供堅實的技術基礎。

參考文獻：

［1］王力軍.土木工程施工中的結構抗震技術研究[J].中國建設信息，2011(6)。

［2］.淺論我國建筑物施工中的抗震技術創新[J].華章，2010(4)。

［3］張麗霞.高層建筑的結構抗震技術分析[J].建筑技術開發，2011(16)。

第3篇：隔震技術的基本原理范文

關鍵字：建筑；結構；減震控制；問題

地震是人類所面臨的最嚴重自然災害之一，隨著近年來相繼發生的汶川地震、玉樹地震和雅安地震，對整個中國而言都是重大的打擊，也不得不讓人們去反思我國在抗震、減震措施中所存在的不足。傳統的建筑物結構抗震采用的是彈塑性設計方法，通過增強結構自身在延性、強度以及剛度方面的抗震性能來抵抗地震產生時的作用。然而這屬于被動消極的抗震對策，由于抗震設計的建筑結構不具備自我調節的功能，在地震出現時很可能無法滿足安全性的需要。隨著現代控制理論被逐漸應用于建筑工程領域當中，并通過幾十年的不斷發展與完善，結構減震控制在減震效果上明顯優于傳統的抗震設計方法，在當前世界各國的建筑工程領域中都得到了廣泛發展和應用。

一、建筑物結構減震控制的發展概述與分類

1、發展概述

在1972年，美國學者J.T.P.YAO首次提出了結構控制的概念，通過幾十年的發展與完善，世界各國都相繼開展了建筑結構建筑控制在技術和理論方面的研究，并積極致力于在建筑領域中的推廣和應用。我國在《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）中也將結構減震控制中的隔震和消震方面的內容納入其中，并制定了《疊層橡膠支座隔震技術規程》和《建筑隔震橡膠支座標準》這兩個相關技術標準規范。

2、建筑物結構減震控制的分類

建筑物結構減震控制可根據是否需要外部能源的輸入進行分類，主要分為被動控制（Passive Control）、主動控制（Active Control）與混合控制（Hybrid Control）三類。

（1）被動控制

被動控制是指在建筑物結構的某些部位裝設耗能裝置，或對結構本身某些構件進行動力特性的改變，控制過程中既不依賴于結構反應的信息也不需要外部能量提供控制力，具有構造簡單、易于維護和造價低等方面的特點。被動控制主要包括了基礎隔震技術、耗能減震技術和吸震減震技術，其中以改變建筑物結構頻率為主的隔震技術是在我國減震控制中應用和研究最多以及最成熟的技術，并在大量工程實際中得到了應用，本文也將著重就基礎隔震技術和耗能減震技術方面的問題進行研究和探討。

（2）主動控制

主動控制是指利用現代控制技術，對建筑物結構的輸入外部激勵條件和結構反應進行聯機實時監測，并根據計算分析結果采用加力裝置對建筑結構施加一定的控制力，實現結構的自動調節，使建筑結構在地震或其它作用力下的響應能控制在允許的范圍內。主動控制的特點是通過外部能量輸入的控制力，能有效起到保護建筑結構避免損傷的目的，然而主動控制系統結構復雜且造價昂貴，所需能量在強烈地震作用下難以實現。當前較常使用的主動控制系統有主動拉鎖系統、主動質量阻尼器等等。

（3）混合控制

混合控制是指被動控制與主動控制的協調使用，可兼具被動控制與主動控制的優點，既能大量消耗地震產生時的振動能量，也能確保控制效果的良好，具有較為良好的發展前景和使用價值。當前建筑物結構中較常使用的混合控制為主動控制與基礎隔震技術相結合的混合控制。

二、基礎隔震技術的應用

基礎隔震技術（見下圖1所示）的基本原理是在建筑物結構的上部和基礎之間設置隔震消能裝置，以降低地震發生時能量向建筑結構上部的傳輸，從而實現減少上部結構振動的作用。對所設置的隔震消能裝置要求具有較大的變形能力、有足夠的初始強度和剛度而且能夠提供較大的阻尼消耗。隨著現代疊層橡膠墊在建筑領域中的應用，使基礎隔震技術進入了實用化的階段，我國于上世紀90年代也分別在云南、廣東等地建造了一些使用疊層橡膠墊進行隔震的建筑項目。

圖1 建筑基礎隔震系統示意圖

1、疊層橡膠墊支座的應用

由于現代建筑物結構減震控制中的橡膠墊支座主要采用橡膠片與薄片增強銅板進行粘合疏化的方式而加工制成（如下圖2所示）。疊層橡膠墊支座的垂直向剛度很高，而水平向剛度較低，在地震荷載作用下疊層橡膠墊支座能夠隔離建筑結構的水平方向運動分量，并保持垂直方向的穩定，因而能隔離公共交通對建筑結構所產生的高頻振動，并保護結構免受地震或者其它振動所造成的傷害。

圖2 橡膠墊支座示意圖

2、鉛芯橡膠墊支座的應用

鉛芯橡膠墊支座是在原有疊層橡膠墊的基礎上，在其中部圓形孔中灌入鉛而制成的，也是對疊層橡膠墊技術的發展與改進。由于鉛具有良好的塑性變形能力以及較低的屈服點，從而使橡膠支座在阻尼比上得到提高，普遍能達到20%～30%。而且鉛芯還能有效提高橡膠墊支座的耗能和吸能能力，增加了支座的初始剛度又確保了支座具有適宜阻尼，能起到抵抗微震與控制風反應的作用。

由于鉛芯橡膠墊支座具有良好的阻尼作用和隔震作用，因此在建筑物的設置中可以單獨使用，不用再另外設置阻尼器，節省了建筑空間而且施工方便，使建筑基礎隔震系統的組成相對簡單，因此在我國建筑領域得到了較為廣泛的應用。

三、耗能減震技術的應用

耗能減震技術的基本原理是在建筑物結構的某些部位設置耗能裝置，并通過耗能裝置因摩擦或彈塑性變形所產生的能耗以吸收在地震產生時輸入到建筑結構中的能量，從而達到減震控制的主要目的。耗能減震技術具有減震效果明顯、安全可靠以及經濟合理等特點，常用的耗能減震裝置主要有摩擦耗能裝置、金屬彈塑性耗能裝置等等，

1、摩擦耗能裝置

摩擦耗能裝置是按照摩擦做功而消耗能量的原理進行設計和制造的，其基本組成是金屬或其它固體材料元件，通過元件之間的相互滑動而產生摩擦力。當前我國已存在較多種不同構造的摩擦耗能裝置，例如摩擦筒制震器、摩擦剪切鉸耗能器、限位摩擦耗能器以及摩擦滑動螺栓節點等等。摩擦耗能裝置的種類雖多，但普遍具有良好的滯回特性和耗能能力。在下圖3中，即為常用摩擦耗能裝置的回復力特性曲線，圖中Q代表了荷重，δ為變形量。

圖3 摩擦耗能裝置的回復力特性曲線

2、金屬彈塑性耗能裝置

金屬彈塑性耗能裝置是通過軟鋼或者其它軟金屬材料所制成，其減震控制的原理是將建筑結構振動的部分能量利用金屬的屈服滯回進行吸收和消耗，從而達到減震控制的作用。我國在金屬彈塑性耗能裝置中也有較大的開發與研究，常見的有低屈服點鋼耗能器、錐形鋼耗能器、加勁圓環耗能器等等。這類耗能裝置普遍具有滯回性能和工作性能穩定以及耗能能力大的特點。在下圖4中，即為常用金屬彈塑性耗能裝置的回復力特性曲線，圖中Q代表了荷重，δ為變形量。

圖4 金屬彈塑性耗能裝置的回復力特性曲線

總結：

地震作為人類所面臨的最嚴重自然災害之一，隨著當前我國建筑結構逐漸向著高層化和復雜化方向發展，更應當在結構設計中采用適宜的減震控制技術，以有效減輕和抑制地震時的動力反應，降低建筑結構的抗震等級。同時隨著減震控制技術的不斷發展和完善，在建筑物結構的實際應用中造價因素也不斷降低，減震建筑的經濟效益正日益突出。減震控制技術作為未來建筑物結構抗震技術的主要發展方向，應加強對相關技術問題的研究與探索，以更好的發揮出在降低地震災害方面的重要作用，為構建和諧穩定的社會和保障建筑物結構的抗震安全，作出我們應有的貢獻。

參考文獻：

[1] 張文芳，崔路苗.建筑結構被動減震控制的研究與應用[J].山西建筑，2006（22）.

[2] 汪源浩，王建國，等.超高層建筑結構的減震控制技術與抗震設計要點[J].合肥工業大學學報，2006（3）.

第4篇：隔震技術的基本原理范文

隨著社會的不斷進步，我國的交通事業得到了迅猛的發展，橋梁在其中就發揮著十分重要的作用。在橋梁的設計中，減隔震技術發揮著不容小覷的作用。該技術是橋梁抗震的重要條件，在地震發生時，其可以減少橋梁受到的損害，甚至可以避免橋梁受到損害。為此，就針對減隔震設計的原理、配備的設置以及在實際工程中的應用進行了相關的探討。

關鍵詞：

橋梁結構設計；減隔震技術；應用

中圖分類號：

TB

文獻標識碼：A

文章編號：1672―3198（2015）21021501

1減隔震技術的基本原理

減隔震技術是通過結構的基礎位置隔離地震能量、阻斷地震波的傳播。在減隔震設計中，通過附加阻尼的方法進一步降低了地震地響應，阻尼并不是自然裝置，而是施工人員人為的將其設置在橋梁結構的某些位置，同時，耗能構件在地震發生的時候，通過自身的結構可以將地震的能量進行吸收，從而讓橋梁的結構在受到地震沖力的時候得到緩沖，使橋梁結構的穩定性與完整性得到更好的保持。

減隔震技術包括兩大方面：減震技術和隔震技術。減震技術是指人為的將阻尼及耗能構件設置在橋梁的結構中，讓耗能構件吸收地震波的能量；隔震技術是特殊的結構類型，其具有振動周期的特殊結構，與減震技術有很大的不同。在地震發生的時候，可以輸出地震能量。兩種技術相互配合，能夠共同應對強大的地震波，保護橋梁免受傷害。

2減隔震裝置技術的分類

2.1鉛芯橡膠支座

鉛芯橡膠支座是把一個或多個鉛芯插入到分層的橡膠中，形成緊湊的減隔震裝置，其在延長結構周期的同時把地震的能量消耗掉。鉛芯具有良好的力學特性，能夠與分層橡膠支座進行緊密的結合，同時良好的耐疲勞性與彈塑性使得其適合做減隔震材料。鉛芯橡膠支座的諸多特性能夠提供地震中所需要的耗能，同時能夠很好的滿足使用過程中的屈服強度和剛度，在橋梁結構的抗震設計中被廣泛的應用。

2.2粘滯阻尼器

粘滯阻尼器是利用活塞運動前后的壓力差異，使黏滯流體通過節流孔，在這一過程中會產生阻尼力和耗能。

粘滯阻尼器有著以下幾個特征：第一，粘滯阻尼器沒有顯著的增加橋墩的受力。彈塑性阻尼裝置和摩擦阻尼裝置的屈服力或者摩擦力是常數值，在墩最大變形時這些值會同時達到，而粘滯阻尼器在應用的過程中，如果阻尼器的參數為1，由于速度與反力成比例，在橋墩達到最大變形值的時候，粘滯阻尼器的阻尼力是最小的，數值接近于零，當橋墩變形的速度達到最大的時候，橋墩的變化最小，其內力也是最小的；第二，粘滯阻尼器不會影響橋梁的正常使用。受穩定變化導致的變形作用，摩擦阻尼器與彈塑性阻尼器要自由變形必須先要克服裝置中的屈服力與摩擦力，而粘滯阻尼器在變形的過程中，產生的抗力幾乎為零。

2.3高阻尼橡膠支座

高阻尼橡膠支座采用石墨、添加纖維塑料或其他添加劑的高阻尼橡膠材料制成，高阻尼橡膠中的石墨細顆粒物或者是纖維塑料在摩擦的過程中生熱耗散運動的能量，該種支座減震耗能性較突出。

2.4滑動摩擦型支座

在我國最常見的滑動摩擦型支座是聚四氟乙烯滑板支座，該支座的摩擦板采用的是聚四氟乙烯（PTFE），與不銹鋼的摩擦系數僅為0.06，是中等噸位活動支座的首選。在地震發生的時候，受地震作用，當支撐在滑動摩擦型支座上的梁體受到的摩擦力小于慣性力時，支座與梁體間的滑動面就開始滑移，延長了橋梁結構的振動周期。

2.5金屬阻尼器

技術阻尼器就是利用一些金屬材料，如：鉛、鋼等彈塑性變形的性能來吸收地震地能量，低屈服點的鋼材能夠制成剪切型阻尼器或者是彎曲性阻尼器。

3減隔震技術在橋梁結構設計中的實際應用案例

日本宮川大橋的建設就應用了減隔震技術，該大橋建造于1991年，橋墩設計為墻式墩，主梁結構是鋼板型，采用的是三跨連續的梁橋，其墩高為1km，采用的是鉛芯橡膠支座。

宮川大橋在沒有使用減隔震設計時，把所有支座都假定為鉸接的情況下，其順橋向的基本周期為0.3s，而采用鉛芯橡膠支座的減隔震設計之后，該大橋的順橋向基本周期提高為0.8s，該種支座減隔震裝置的設計，在地震作用中，順橋向的基本周期都有著顯著的延長，地震傳入到橋梁結構中的能量也在減弱。

對于像宮川大橋自身剛度比較大的梁式橋梁來說，會受到較大的地震荷載，在其結構的設計中進行減隔震技術的應用，可以有效的降低橋梁整體結構受到的地震荷載，更能夠對地震力進行有效的分配。

減隔震支座對于不同的震波、不同的場地，減震效果也是不同的，我們具體分析不同的情況。第一種情況，滑板橡膠支座能在多種類型的橋梁建筑中取得比較滿意的減震效果，但是在使用的過程中要充分考慮產生高頻脈沖地震波的情況，應用滑板橡膠支座要考慮支座長度不足導致的落梁情況；第二種情況，鉛芯橡膠支座適用于大多數的場地類型，抗震的效果比較理想，但在施工場地比較軟的情況下，鉛芯橡膠支座的減隔震裝置就不能獲得理想的抗震效果；第三種情況，板式橡膠支座使用簡便且經濟實惠，但減震效果不如鉛芯橡膠支座，且在基本周期偏大的時候，對橋梁結構的影響比較大。

4減隔震技術的適用條件

減隔震技術的應用還是有一定的條件限制的，并

不適用于所有的情況。例如在橋梁建設周期過長的情況下就不適合使用減隔震技術。基于此，在橋梁結構抗震理念設計之初，設計單位要做好提前的準備工作，確定好在橋梁的建設中是否使用減隔震技術。

以下幾種情況是適宜使用減隔震技術應用的。

4.1角度方向

橋梁結構在設計及施工之前，施工的企業要針對不同的點預計地面運動的特點與規律，從不同的角度進行觀察，符合橋梁結構施工要求的就可以運用減隔震技術。

4.2地震波的角度

地震波如果屬于高頻波，并且能量很集中，就可以使用減隔震技術，這需要施工單位施工前做好提前勘探的工作。

4.3橋梁結構的角度

橋梁的結構規范并且沒有梁墩過低或者是過高的情況，也可以使用減隔震技術，施工單位在進行橋梁的設計時就能夠知曉是否適用減隔震技術。

5減隔震技術的缺點

5.1缺乏規范性

我國由于技術方面的限制，在減隔震裝置的設置上缺乏規范性，尤其在一些細節的處理上，更是缺乏相關經驗的支持，如果不能很好的解決其規范性的問題，很可能會降低減隔震裝置的作用。

5.2適用的條件有限

不是所有的情況都適用減隔震技術，在進行橋梁設計之前要進行前期考察，具體分析實際的橋梁結構設計是否適用減隔震裝置，如果在前期的準備工作中做得不夠充分，很可能給橋梁未來的使用造成一定的局限性，也會增大橋梁潛在的危險性。

5.3缺乏考驗

在當前設計出帶有減隔震裝置的橋梁沒有經歷過真正的地震檢驗，在性狀優劣的問題上還需要進一步考證，只有正真經歷過地震，才能了解減隔震技術的應用效果。

6對應的策略

針對減隔震技術在實際運用中存在的問題，相關的技術人員應該學習并了解地震發生的周期、強度等，確認減隔震技術的使用范圍，國家也要出臺相應的方針政策，規范橋梁建設的安全，尤其是在裝有減隔震裝置的橋梁，對其進行抗震效果的判斷。要運用強大的計算機技術，進行實際情況的模擬，在進行充分的論證與實驗后才能進行實踐。

參考文獻

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[3]王統寧，劉健新，于泳波.近斷層地震動作用下減隔震橋梁空間動力分析[J].交通運輸工程學報，2009，（05）.

[4]燕斌，馮云成.廈漳跨海大橋南汊北引橋減隔震方案設計[J].建筑結構，2010，（S2）.

[5]吳運達.淺析橋梁減隔震設計[J].科技資訊，2010，（30）.

第5篇：隔震技術的基本原理范文

【關鍵詞】隔震原理；基礎隔震；隔震試用范圍；隔震穩定；經濟性

建筑隔震減震技術是通過在建筑物底部或某高度處設置側向剛度較小且變形能力大的隔震裝置,以減小地震對上部樓層的能量輸入,從而減小上部樓層的地震響應。

1 建筑隔震的原理

建筑隔震就是在建筑物的基礎或下部結構和上部結構之間設置隔震裝置（或系統），形成隔震層，以達到阻隔地震時地面振動向上部結構傳遞地震力（或振動能量），降低結構在地震下的振動反應的目的。

建筑結構采用隔震措施后,與相同的非隔震結構相比,將具有較長的周期(通常是原周期的2～3倍) 。根據反應譜理論,層數較少的非隔震結構周期較短,地震作用較大,而隔震建筑的周期明顯延長,使得地震作用顯著減小。這是目前對隔震建筑原理的一般解釋,并由此認為隔震建筑一般適用于層數用隔震技術,我國也開始高層建筑隔震的研究和應用。但傳統的基于延長周期的隔震原理似乎無法解釋隔震技術在高層建筑中應用的合理性,而實際高層建筑隔震的動力分析結果又表明高層建筑隔震仍具有明顯的減震效果 。隔震技術在高層建筑中應用的合理性來源于多個方面,其中比較主要的方面在于隔震層同時也是絕好的消能減震層,結構的大部分變形集中在隔震層,使得隔震層中阻尼器的消能作用具有更高的效率。除此之外,即使只考慮隔震本身,高層建筑隔震仍具有其他優勢,主要體現在上部結構絕對加速度響應的降低。

2 隔震建筑的形式

2.1 基礎隔震

所謂基礎隔震,就是在建筑物的基礎與上部結構之間增設高度很矮, 具有足夠可靠性的隔震層,控制地面運動向上部結構傳遞,地震時其能量可反饋到地面或由隔震層吸收,以大大減小結構及構件的地震反應,確保建筑物的整體安全,其內部設備不發生破壞或喪失使用功能,室內人員不遭受傷害也不會有強烈震感。同時,還可防止結構內部的次生災害。主震后無需避震疏散,即使發生罕遇大震隔震房屋也不會倒塌。

在其中使用的橡膠隔震墊不僅有良好的隔震性能,而且該技術在造價方面也有其優越性。隔震結構與一般結構相比,費用增加的部分包括:隔震構件、隔震層上面的樓面、設備管道的柔性接頭及相應的設計費用和施工費用。如果上部結構仍然按傳統的抗震設計,其總工程費用略有增加。

基礎隔震技術是用水平力很“柔”的隔震元件將上部建筑與基礎隔離，由于隔震層的剛度很小，當地震發生時，隔震層將發揮“隔”的作用，承受地震動引起的位移運動，而上部結構只作近似平動。原來的“剛”“性”“抗震”結構的地震反應是“放大晃動型”，而基礎隔震結構的地震反應只是“抗震結構”的1/4-1/12，大大提高了結構的安全度。“抗震結構”的層間位移大，所以造成建筑的開裂、破壞甚至倒塌。基礎隔震結構的層間變形很小，這樣不僅建筑結構不會破壞，而且建筑內的裝修，設施也保持完好。

目前應用較多的隔震元件是建筑隔震橡膠支座，隔震橡膠支座是由一層鋼板一層像膠層層疊合起來的，并經過加工將橡膠與鋼板牢固地粘結在一起，首先，隔震支座有很高的豎向承載特性和很小的壓縮變形，可確保建筑的安全；第二，隔震支座還具有較大的水平形能力，剪切變形可達到25%而不破壞；第三，橡膠隔震支座具有彈性復位特性，地震后可使建筑自動恢復原位。采用隔震橡膠支座的建筑物，設防目標一般可以提高一個設防等級。傳統建筑的設防目標是“小震不壞，中震可修，大震不倒”，而設計合理的基礎隔震建筑通常能做到“小震不壞，中震不壞或輕度破壞，大震不喪失功能”。此外，采用隔震橡膠支座建造的房屋，可適當降低上部結構的設防水準（一般可降低一度到一度半），這樣就有可能使建筑布置更加靈活，并可減少一些結構的構造措施或減少一些結構件的尺寸或配筋（如墻體厚度），從而使上部結構能節約部分土建造價。現代科技的發展已解決了橡膠的老化等耐久問題，完全可以使橡膠隔震支座的壽命滿足建筑使用的要求。

基礎隔震技術適用范圍很廣，尤其適用于量大面廣的中、低層磚混房屋和鋼筋混凝土房屋建筑，在高烈度地震區，采用基礎隔震技術建造的房屋，可以突破現行抗震規范中對房屋層數的限制，在保證高度比的前提下可以加高一兩層，這樣可以增大建筑物的容積率，節省建設用地，提高土地利用率。在中低烈度地震區，采用隔震技術，投資可能會稍有增加，但建筑的品質與往日的相比已不可同日而語，更重要的是其產生的社會效益無法估量。

2.2 中間層隔震

在基礎以上的中間樓層設置隔震層,下部結構同普通建筑物一樣直接與地基接觸,因此它不存在基礎隔震建筑的底部體積和墻體數量問題,但隔震層以下的樓層需要做抗震處理。在市區場地不太寬裕時,可把隔震層設計在地面以上,在空中變形有利于節約用地,同時也能有效減少地基的挖土量。

3 隔震建筑穩定性

隔震建筑穩定性隔震建筑通過隔震墊改變建筑的周期，從而減少地震能量的輸入，達到減震的目的，設置隔震層，將導致減少建筑物的水平位移約束， 根據彈性穩定理論，可以肯定， 兩個完全相同的上部結構，嵌入隔震層的穩定性不如無隔震層的。因此，從某種意義上說，結構減震是以降低結構穩定性為條件的。橡膠墊越扁平，隔震器穩定性越好，水平剛度越大，水平剛度大的隔震器隔震效果相對較差，在此揭示了隔震器穩定性與其隔震效果是～ 對矛盾，設計研究中，協調矛盾是重要的， 國內外文獻建議s2直徑與高度比取值為3―6；隔震建筑的穩定與隔震層位置也有關系，隔震層位置越接近地基，建筑的隔震效果越好，整體穩定性穩差，穩定性越好，隔震效果越差。為了防止隔震建筑失穩， 《規范》 規定： 隔震支座在表第l2．2．3初期值的±20％ ；徐變量不超過各橡膠層總厚度的5％ ；隔震層橡膠支座在罕遇地震作用下， 不宜出現拉應力。另外隔震建筑在設計施工中為防失穩都應設置沉降觀測點。表3 平均壓應力限值I 建筑類別 甲類 乙類 丙類建筑 建筑 建筑平均壓應力限值(MPa) 10 12 15高層建筑隔震設計中隔震建筑穩定性問題更加突出，在當前技術條件下，隔震支座根本無法承受大的拔力，日本在隔震技術開發和應用中，采用了直線式滑動支座，這種支座最大抗拔力可達18000KN，還有一個新辦法，就是采用柱基“活接” 隔震消能措施。但目前高層建筑隔震設計中不單只應用橡膠隔震墊，還須其他減震設計方法進行空間模型非線性時程分析，

4 隔震結構的經濟性。

隔震建筑在振動性能和抗震安全性方面提高了建筑物的附加價值，因此與以往建筑物比較時，應考慮附加價值進行綜合評價。在考慮隔震建筑的造價時，不僅要考慮初始造價，如果從包括建筑物在使用階段的維修、重建、內部物品的損壞和經濟損失來考慮，隔震建筑具有很好的經濟性。從國內外建筑的實例來看，全部工程費用可能增加，但隔震效果好，上部結構和基礎結構部分的造價減少很多。如果能有效的利用隔震層作為設備層或停車場就可以抵制隔震層的費用增加。因此，總造價可能就會降低。

參考文獻

[1]GB50011―2001 建筑抗震設計規范

[2]曲哲,葉列平,潘鵬,高層建筑的隔震原理與技術,清華大學土木工程系,北京100084

第6篇：隔震技術的基本原理范文

關鍵詞: 建筑結構； 減震設計, 結構控制理論

Pick to: this article mainly discusses the construction control and shock absorption design of some practical methods, the research of structure dynamics optimization design, combined with the specific circumstances choose combination structure control and shock absorption design in the form of guidance and reference for colleagues.

Key words: building structure; Suspension design, structure control theory

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2013）04-0000-00

1 建筑結構控制設計概述

理論和試驗研究及震害實踐表明, 如果要求建筑 結構在遭受地震作用時不破壞或不倒塌, 至少應具備下列兩個條件之一: 結構的主要部位有足夠的強度儲備;結構的主要部位對地震作用下的強迫變形有充分的適應能力。如單純滿足前者, 往往需要耗用過多的材料,且若遭受強烈地震作用,結構仍可能破壞或倒塌。

從而提出抗震結構按兩階段設計,即在彈性階段按強度控制, 在彈塑性階段按變形控制,這樣設計的結構, 既有一定的強度,又具有較大的延性及耗能能力, 能一定程度地適應強烈地震使結構產生的強迫變形。

1.1 機構控制

在分析框架和抗震墻結構倒塌模式的基礎上, 提出對破壞機構進行控制 , 使之發生期望的破壞機構形式, 達到既具有足夠強度, 又具有足夠延性的目的。實現途徑是在結構的特定位置設置一定數量的人工塑性鉸 ,對塑性程度及區域進行控制, 使得結構在強震時能形成最佳耗能機構。

1.2 梁的延性設計

當連梁的跨高比為5時, 延性和耗能很好, 連梁兩端相對豎向位移的延性系數都在8以上, 滯回曲線也相當飽滿。當連梁的跨高比降至1時, 延性系數 則降至3左右, 滯回曲線嚴重捏擾, 耗能很小, 最后彎剪破壞。抗震墻的剛性連梁, 其跨高比往往僅為1左右, 若要使其工作在彈塑性階段作耗 能構件 ,則需要對它的構造采取一定措施, 以適應延性和耗 能的要求。措施之一是在 1/ 2 梁高的中性面上留一水平通縫, 在縫的上下兩側各埋置鋼板, 鋼 板上開有橢 圓形螺栓孔, 用高強螺栓把兩鋼板聯結。在豎載、風載和小震下, 高強螺栓 把水平通縫分 開的兩部分連梁聯結成 整體工作, 使剛性連 梁整 體剛度不變, 以保證其工作在彈性階段; 在強烈地震作用下, 兩鋼板發生相對滑動, 原來跨高比為 1的剛性 連梁將被分成 兩根跨 高比為2的小梁協同工作。這樣, 不僅延性系數由原來3提高為10左右, 而且由于鋼板間的滑動摩擦, 使其耗能能力也得到了一定程度的改善。

1.3柱的延性設計

雖然不希望塑性鉸發生在柱上, 但是它們仍需具有一定的延性和耗能能力, 才能保證大震時不倒。試驗表明, 采用螺旋箍筋能較大程度地提高柱的延性和后期抗軸壓能力。

綜上所述, 結構本身的延性耗能設計是靠提高構件的延性耗能能力來實現的。延性耗能設計只能從建筑材料的配置數量和構造方式來實現, 能提高結構的抗震能力。

2建筑結構的減震設計

結構的減震設計方法很多, 其基本思想是通過設計主動或被動的結構特殊體系, 使得結構在強震時所受到的實際地震作用較小。

因此, 這樣設計的結構強度和變形能力無需像彈性法及延性耗能設計要求的那么高。因此，結構的減震技術有極廣闊的發展前景。

2.1吸震設計

這種方法主要是在主體結構上安裝有特殊的附加結構, 在地震時通過吸震器的運動吸取較大量的振動能量, 從而減輕主體結構的振動效應。其方法是在筒中筒結構樓板與內筒壁處設置分縫,內外筒組成動接觸體系,通過振動 時兩部分的微碰撞而互相吸能,降低整個結構的地震反應。

2.2 阻震設計

在結構的一些連接處或一些構件上裝上一定數量的阻尼器,通過這些阻尼器的較大阻尼力去減少結構的振動響應。如果阻尼器的性能可靠, 則結構的減震效果是穩定可靠的。主要方案有:

在高層框架核心筒體的連接處采用彈簧鋼桿摩擦減震器和砂質減震器;

在結構的抗震縫、伸縮縫或沉降縫處放置扭轉梁阻尼 器或擠壓鉛阻尼器;

耗能橫縫填充墻: 主要是在填充 墻上設置耗能橫縫。這類墻的左右與框架柱脫開,下部與框架固接, 上部由水平耗能縫通過耗能器與框架相連。

2.3 隔震設計

這是目前在我國研究得最多的設計方法。它的基本原理 是在地震 激勵的傳遞路線上設置隔震層, 使通過隔震層傳到結構上的地震作用減少到一定程度。

這種設計通常伴隨有阻震設計的特點, 這是因為隔震層同時設有特殊阻尼材料的緣故。

3結構的動力優化設計

結構控制與減震設計的方法在具體實施時都會存在一個優化設計問題, 如吸震器和阻尼器的參數、位置的優化； 人工塑性鉸的位置、 數量及次序的優化；隔震體 系的 相對滑 移量 與隔 震效果之間的優化等。下面以框架抗震墻結 構為例,介紹結構的動力優化設計。

機構控制理論要求: 對框架結構,在中震時塑性鉸僅出現在梁兩端,在大 震時才在柱根部出現 塑性鉸, 以形成梁式側移機構 ,在任何情況下節點始終處于彈性狀態。對于抗震墻結構,在中震時塑性鉸僅出現在連系梁兩端, 在大震時才在墻體根部出現塑性鉸。

根據實際震害和試驗 研究中墻體先于框 架破壞的規律, 通過優化分 析得知, 框架 ) 抗震墻結構的 最佳耗能 機構為: 在中震時，塑性鉸僅依次出現 在連 系梁兩端、墻體根部及框架梁兩端,在大震時才在框架柱根部出現塑性鉸。

調整框架與抗震墻的 側移剛度比、框架梁與柱及連 系梁與墻體的強度比、 柱 軸壓比等參數, 并保證梁端、柱端和墻體 根部不發生剪切破壞( 或滑移 ) , 即可 控制 連系 梁、框架梁、柱、 墻體的 開裂和屈服順序, 從而達到控制整個框架) 剪力墻的工作狀態。其中, 對帶剛梁( 在1 /2梁 高處 設有 水平 縫) 的雙 肢抗 震墻 ,通過優 化分析得 知, 剛性 連梁 的 最佳 位置 約 在抗 震 墻總 高度 的1/2處, 剛性連梁的彎曲剛度宜等于普通連梁彎曲剛度的 100 倍左右。

如此設計的抗 震墻, 在彈性階段, 整體性增強,側向變形減小, 比普通聯 肢抗震墻具有更強的 抗側向力能力; 在彈塑性階段 ,剛性連 梁將被分成兩根 1/ 2 跨高比的小 梁協同 工作, 抗震墻 側向剛度減小, 延性和耗能能力增加。

調整剛性連梁 的位 置、 彎曲剛 度和 配筋率等參數, 可控制普通連梁 和剛性連梁的內力及梁端開裂和屈 服順序, 從而達 到控制整個剪力墻的工作狀態。

結 語

總而言之，結構控制與減震設計 的各種方法各有優 缺點, 必須 結合具體情況選擇其中幾種進行優化組合。另外, 如 何結 合 正常 使用 荷載、風載和小震狀態以及大震不倒的標準合 理選取 隔震 器參數 ,還尚待解決。

參考文獻

[1]陳海衛;;振動控制技術的發展及存在問題的探討[J];福建建設科技;2010年01期

[2]劉鳴;結構振動控制的應用及若干問題[J];長安大學學報(建筑與環境科學版);2003年04期

第7篇：隔震技術的基本原理范文

1. 概述

地震是一種突發性的破壞性極強的自然災害，罕遇的大地震不僅會直接給建筑物及構筑物造成極大的破壞，同時也會造成泥石流等次生災害的發生，造成極大的人員傷亡和經濟財產損失。而我國恰恰是一個地震多發的國家，如唐山大地震和汶川大地震都是史無前例的特大地震災害，給人們帶來了極其巨大的痛苦。所以結構設計中的抗震設計是關系人民生命和財產的大事，必須給予高度的重視，特別是在我國的震區。

傳統的結構抗震設計[2]主要致力于保證機構自身具有一定的強度、剛度和延性，以滿足一定的抗震設計要求。事實表明，在大震作用下結構主體經常會產生不可修復的損傷甚至破壞，造成的損失是巨大的，難以接受的。這種僅靠自身性質抗震的結構在地震作用中處于被動受力狀態，因此是一種消極的抗震方式。為使結構更有效地抵抗地震作用，以隔震、減震為技術特點的技術逐漸發展起來，并且許多設備都以在現實結構特別是地震區建筑和超高層建筑中廣泛的應用。

結構控制理論按是否需要外部施加能量分為主動、半主動和智能控制及被動控制。而被動控制主要可分為隔震技術、消能減震技術和吸震減震技術。隔震技術[3]是在結構物地面以上部分的底部設置隔震層，使之與固結于地基中的抵觸頂面分開，限制地震動向結構物的傳遞，如橡膠支座隔震和滾子隔震等。隔震結構主要用于基本規則的低層和多層建筑；吸震技術[4]是在主體系統上加附加子系統，以減少主體結構的震動，如調諧質量阻尼器TMD或調諧液體阻尼器TLD。吸震系統主要應用于大跨結構及超高層抗風中；消能減震技術[5]是在結構中設置非結構的耗能元件（耗能器或阻尼器），結構振動使耗能元件在被動的往復運動中耗散結構的振動能量，減輕結構的動力反應。這比傳統的依靠結構本身延性耗能顯然是更近了一步，耗能元件一般不改變結構的形式，也不需要外部能量的輸入。耗能減震技術由于技術相對成熟，施工方便，設備制造相對容易，減震效果明顯等特點使之廣泛用于多高層建筑抗震的設計和加固[6]中。它也是本文的重點論述對象。

2. 消能減震技術的原理

消能減震結構體系是一種較新的抗震結構體系，是把一些非承重構件（如支撐、連接件等）設計為耗能桿件，或在結構的一定部位裝耗能設備（阻尼器等），在小風小震作用時，這些耗能桿件或裝置和結構本身能保證足夠的側向剛度，使結構處于彈性狀態。當出現大震時，隨結構的側向變現增大，耗能構件率先進入非彈性狀態，產生較大阻尼，大量消耗地震能量，從而大大降低地震對結構的反應，使得主體結構遭受較少的破壞。

下面通過對單自由體系的結構動力學方程[7]，簡單闡述彈性狀態下消能減震的基本原理。

設但自由度質點受力 ，

根據結構動力學基本方程：

或

其中 ，

―強迫簡諧振動頻率， ―為結構體系的固有頻率， ―為結構阻尼比

解微分方程并整理后得

其中 ，

將 提出后 R 剩下的部分 便是結構動力放大系數，可以理解為相當于靜力 產生的位置基礎上乘以M。

M是決定結構振動反應的關鍵參函數。M主要由參數頻率比 和阻尼比 決定。總結分析后得下圖（圖1）：

圖1 單自由度結構強迫振動M與 和 的關系曲線

從關系曲線中可以看出M隨阻尼比 的增大而減小。即阻尼比增大能明顯減小結構振動效應。對于多自由度體系，在彈性階段，由于可以用振型分解的方法將多自由度體系分解為多個單自由度體系的疊加，所以基本機理和單自由度體系基本相同，不再贅述。通過安裝消能減震設備，能明顯增大結構的阻尼，從而減少地震對結構的激振作用。

同時也可以從能量角度來說明消能減震的原理[8]，更能說明非彈性狀態下消能減震的原理。

地震時，結構在任意時刻的能量方程為

式中 ―地震過程中輸入給結構的能量；

―主結構本身的耗能；

―附加子結構的耗能（TMD等）。

其中主結構本身的耗能

式中 ―結構振動動能， ―結構振動勢能

―結構黏滯阻尼耗能， ―結構塑性變形耗能

從能量觀點上看，地震輸入結構的能量 是一定的。其中 為結構的振動能，僅僅是結構轉換，不產生耗能。 結構塑性變形耗能，主要靠結構自身的延性耗能，但是當地震能量較大時，大量靠結構延性耗能會導致結構構件的損傷甚至破壞。 結構阻尼耗能，當無消能減震設備時，阻尼比較小，如混凝土僅為5%，能消耗的能量有限。所以通過增加消能減震設備，能明顯增加結構的阻尼耗能，從而減少結構的延性耗能，能顯著減少地震作用對主要構件的影響，從而使結構更加安全。

3. 常用的消能減震設備

消能減震結構的耗能裝置，可以在主體結構進入非彈性狀態前，率先進入耗能工作狀態，充分發揮耗能作用，從而有效地保護了主體結構，使其不再受到損傷或破壞。耗能裝置可以是放置在結構相對位移較大處的阻尼器，也可以是由結構物的某些非承重構件（如支撐等）設計成耗能構件。試驗表明，耗能裝置可做到消耗地震總輸入能量的90%。常用的耗能裝備有阻尼器、耗能支撐和摩擦墻等。

3.1阻尼器

消能減震中的附加耗能元件或裝置一般稱為阻尼器。阻尼器通常安裝在支撐處、框架和剪力墻的連接處、梁柱連接處以及上部結構與基礎連接處等有相對變行或相對位移的地方。常用的阻尼器可分為位移相關型和速度相關型等，下文將分別進行介紹。

3.1.1 位移相關型阻尼器

位移相關型阻尼器通常用塑性變形性能好的材料制成，利用其在反復地震荷載下良好的滯回性能來耗散地震能量。主要有金屬屈服型阻尼器和摩擦型阻尼器。

1）金屬屈服型阻尼器。金屬屈服型阻尼器是利用軟鋼材料屈服后的塑性變形來耗散地震能量的。低碳鋼具有優良的塑性變形能力，可以在超過屈服應變幾十倍的塑性應變下往復數百次而不斷裂。阻尼器的主要形式有：軸向屈服型中的軟鋼沿構件長度方向設置，產生軸向變形屈服，其形態類似于支撐；剪切屈服型中的軟鋼按平板設置，產生平面內剪切變形屈服，其形態類似于腹板。此外還有利用軟鋼彎曲屈服和扭轉屈服的阻尼器。

下圖2是臺灣大學蔡克全教授[9]提出地的三角板耗能阻尼器(TADAS)。該設備由數片三角形鋼板懸臂地焊接在一塊地板上，在垂直于鋼板的側向力作用下，懸臂板的彎矩與鋼板寬度呈同樣的線性變化，整塊鋼板會同時發生彎曲屈服，從而提供較大的變形和耗能，滯回曲線如圖3。

圖2TADAS示意圖 圖3 TADAS滯回曲線

軟鋼阻尼器可以同時提供阻尼和剛度，同時，由于設置的屈服點不同，同一裝置在不同地震作用下的耗能效果差異很大。所以軟鋼阻尼器的剛度和屈服荷載是設計中需確定的主要性能指標。

2）摩擦型阻尼器[10]。摩擦型阻尼器是通過有預緊力的金屬固體部件之間的相對滑動摩擦來耗能。通過調節預拉力可以調整部件之間摩擦力的大小，對鋼板表面進行處理可以改善摩擦性能。

圖4為1982年Pall和Marsh研究科一種十字型雙向摩擦器，其獨特之處在于由橫聯板和豎連桿組成四連桿結構，當X型支撐一個方向受拉時，通過連桿機構使得另一方向的摩擦設備也發揮作用，一方面增強了摩擦耗能能力，另一方面也避免了另一方向支撐受壓而產生的屈曲問題，滯回曲線如圖5。

圖4 Pall十字型雙向摩擦阻尼器圖5 滯回曲線

摩擦型阻尼器的摩擦耗能需在摩擦面間產生相對滑動后才會發生作用，在多次反復荷載作用下具有較穩定的耗能性能。但是，當摩擦阻尼器在動靜摩擦力的作用下有時會出現起滑時的摩擦振動，設計人員需對其影響預先做出評估。

3.1.2 速度相關型阻尼器

速度相關型阻尼器包括黏滯阻尼器和黏彈性阻尼器。這類阻尼器的主要優點是：阻尼器從小振幅到大振幅都可以產生阻尼耗能作用。但是這種阻尼器一般采用粘性或黏彈性材料制作，阻尼力往往與溫度有關，且加工制作要求較高，價格較昂貴。

1）黏滯阻尼器[11]。黏滯阻尼器是通過高粘性的液體（如硅油）中活塞或者平板的運動產生黏滯阻尼力來耗能。黏滯阻尼力主要與活塞在流體里的運動速度有關，一般與速度成正比。其構造如圖6

黏滯阻尼器在較大頻率范圍內都呈現比較穩定的阻尼特性；另外，黏滯阻尼不會給結構產生附加剛度，對結構的主頻率影響較小，對加速度效果控制較好，而位移型阻尼器對位移控制效果較好而對加速度控制效果相對較差。但是粘性流體的動力粘度與溫度有關，是黏滯系數隨溫度變化；同時加工制作要求較高，黏滯液體易發生滲漏。

2）黏彈性阻尼器[12]。黏彈性阻尼器是利用異分子共聚物或玻璃質物質等黏彈性材料的剪切變形來耗散地震能量。典型的黏彈性阻尼器構造如圖7

圖7典型的粘彈性阻尼器構造圖

黏彈性阻尼器的優點：構造簡單、性能優良、造價低廉、耐久性較好，同時它的滯回曲線近似橢圓形，耗能強。但是，缺點是對環境因素較為敏感，溫度和工作頻率影響較大。一般來說黏彈性材料的剪切模量隨溫度的升高而降低，隨頻率的增大而變大。它的耗能能力對應于某個溫度和頻率存在一個最大值。

3.2耗能支撐

耗能支撐實質上是將各式阻尼器用在結構支撐系統上的耗能構件。常用的有如下幾種：

1）耗能交叉支撐。在支撐較叉處利用軟鋼阻尼器的原理，做成耗能交叉支撐。這種耗能裝置通過支撐交叉處的方剛框或圓鋼框的塑性變形耗能。如圖8：

圖8耗能交叉支撐

2）摩擦型耗能支撐。通過相互運動的摩擦力來耗能，其中一典型構造同摩擦型阻尼器。

3）耗能隅撐。隅撐兩端剛接在梁、柱或基礎上，普通支撐簡支在隅撐的中部。地震作用下，通過隅撐的屈服消耗地震能量。由于隅撐不是結構主要構件，更換較為方便。圖9為幾種常見的隅撐

圖9常見耗能隅撐

4）無黏結套箍防屈曲耗能支撐[13]。防屈曲耗能支撐主要由鋼核心構件、外約束構件(鋼管、混凝土等)和無粘結材料組成（圖10）。其工作原理為：支撐結構在地震作用下所承受的軸向力作用全部由支撐中心的芯材承受，該芯材在軸向拉力和壓力作用下屈服耗能，而鋼管和套管內灌筑混凝土或砂漿提供給芯材彎曲限制，避免芯材受壓時屈曲。由于泊松效應，芯材在受壓情況下會膨脹，因此在芯材和砂漿之間設有一層無粘結材料或非常狹小的空氣層，可以減小或消除芯材受軸力時傳給砂漿或混凝土的力。

防屈曲耗能支撐在受拉與受壓時均能達到屈服而不發生屈曲，較之傳統支撐構件具有更穩定的力學性能，經過合理設計的防屈曲耗能支撐不但可具有高剛度和高延性，并且不易屈曲特性更能發揮鋼材良好的滯回耗能能力（圖11）。因此，防屈曲耗能支撐同時具有中心支撐和滯回型耗能元件的優點，具有良好的應用價值。

3.3耗能墻

黏滯耗能墻（構造如圖12），該耗能墻由上下兩部分構件構成，下部做成容器狀，其中裝盛粘性液體，上部可做成鋼板墻狀，可在容器中運動。實際應用時，耗能墻可鑲嵌在鋼框架中，耗能墻上部與框架下層梁相連。地震作用下樓層間產生相對運動，內部鋼板在黏滯液體中來回運動，產生阻尼力，耗散能量。

4. 結語

第8篇：隔震技術的基本原理范文

【關鍵詞】建筑結構；抗震；加固

我國是世界上遭受地震災害最嚴重的國家之一，由于受太平洋板塊、亞歐大陸板塊和印度洋板塊的擠壓，地震斷裂帶縱深發育水平很高，導致我國地震活動頻度高、強度大。大陸Ⅵ～Ⅸ度地震區占國土面積的80%以上，并且地震區中很大一部分為抗震設防相對較薄弱的村鎮地區。歷次震害表明，砌體結構建筑物的樓層數越高其所受的震害就越嚴重。

1.影響砌體房屋抗震性能的因素分析

1.1砌體房屋縱墻的影響

隨著住宅商品化和住宅功能要求的提高，使得一些多層砌體住宅房屋的客廳增大，個別的設計方案和實際工程在客廳的外縱墻沒有設置，形成構造柱、圈梁與陽臺門相連，使得外縱墻的開洞率大于55%。眾所周知，多層砌體房屋的抗震性能主要依靠砌體墻，而地震作用在水平方向是兩個方向的，房屋的縱向相對于橫向弱得多，在地震作用下縱向則率先開裂和破壞。由于是縱向墻體又是橫向墻體的支承，所以縱向墻體的開裂和破壞則會削弱對橫向墻體的支撐作用，對多層砌體房屋的整體抗震能力產生非常不利的影響。

在實際的多層砌體住宅房屋中，還有縱向陽臺門和窗的中間砌筑240mm×240mm的砌體墻垛。這個方案雖然較陽臺全部為開洞要好一些，但是該砌體墻垛的高寬比遠大于4，在地震作用下為彎曲破壞，由于砌體墻垛的抗彎能力很差，所以該墻垛對房屋的整體抗震能力幾乎沒有什么貢獻。

提高多層砌體住宅房屋的縱向抗震能力，應滿足以下兩個方面的要求：

（1）多層砌體住宅房屋至少有一道通長且基本貫通的內縱墻，門洞的寬度不宜大于1.5m；所謂基本貫通，就是不宜有大于720mm的錯位。

（2）外縱墻的開洞率應進行控制。在僅有一道內縱墻的情況下，6度和7度時外縱墻的開洞率不宜和不應超過55%；8度時不宜超過50%。

1.2 砌體墻段的局部尺寸

《建筑抗震設計規范》明確規定：“局部尺寸不能滿足時應采取局部加強措施彌補。”這里有兩個問題值得討論：

1.2.1局部尺寸不足的量化

從局部尺寸的限值是為了在地震作用下該軸線的墻段各個擊破即個別墻率先開裂和破壞的概念出發，局部尺寸不足者不宜小于[GB50011—2001建筑抗震設計規范]給出的限值0.8；其墻段的寬度可以從墻體外邊緣算起。

1.2.2采取加強措施

（1）加大墻邊處構造柱的截面和配筋。

（2）對局部尺寸不足的墻段采用水平配筋砌體等。

1.3 砌體房屋的層數及高度

現行建筑抗震設計規范（GB5001l-2001）對多層砌體房屋的總高度和總層數有了強制性規定。在設計中房屋總高度及總層數應同時滿足限值，因為樓蓋重量占房屋總重的一半左右，房屋總高度相同，多一層樓蓋就意味著增加半層樓的側向地震作用，同時加大對底部的傾覆力矩。在中、強地震作用下，因傾覆力矩過大，使得底部墻體產生過大的壓力或剪而被破壞，故此減輕自重、減少層數、降低層高是削弱地震影響的有效途徑之一。

1.4墻體的高寬比

由于砌體墻的破壞形態與墻體的高寬比有關。當砌體墻的高寬比小于1.0時，墻體形成剪切破壞的x形裂縫；當砌體墻的高寬比不小于1.0且不大于4.0時，墻體為剪彎破壞；當砌體墻的高寬比大于4.0時，為彎曲破壞。在墻體中部增設構造柱后，其墻體的破壞形態按構造柱和圈梁（或鋼筋混凝土帶）包圍的兩個子墻體呈現出不同高寬比的破壞形態。若砌體墻沿高度方向的中部也設置鋼筋混凝土帶，則按構造柱和圈梁（或鋼筋混凝土帶）包圍的四個子墻體呈現出不同高寬比的破壞形態。因此，在應用新的GB50011-2001建筑抗震設計規范橫墻較少關于“在橫墻內的柱距不宜大于層高”時，也要注意不要造成構造柱和圈梁所包圍墻體的高寬比大于1.0。當出現構造柱和圈梁所包圍墻體的高寬比大于1.0時，宜在墻體高度的中部增設60mm高的鋼筋混凝土帶，配筋可采用3Φ6。另外，對于橫墻較少的多層砌體住宅房屋的方案設計申，一般宜控制一層內大于4.2m的房間占該層總面積不超過60%，否則不會在橫墻較少的多層砌體住宅房屋的抗震驗算中通過，則必然增加方案的修改工作量。

2.砌體結構房屋的抗震加固

上部結構根據實際工程概況分析加固原因和目的，進而確定結構的抗震加固方法。對抗震承載力不足或開裂受損的房屋而言，宜采取面層或板墻加固、拆除重砌、增設砌體或鋼筋混凝土抗震墻、裂縫灌漿加固等措施。對于整體性差的砌體結構，采用增設構造柱、圈梁、鋼拉桿或錨桿等措施加強縱橫墻及其與樓屋蓋的連接；也可采取增設托梁、預制樓屋蓋增設疊合層等方法加強樓屋蓋，從而提高結構的整體性。局部薄弱部位，如無拉結筋的填充墻、“女兒墻”、懸挑構件、平面不規則處等，采取有關拉結、增強承載力、拆除或平面切割等措施。以上的加固措施均屬于傳統加固方法，其基本原理是提高砌體結構的抗震承載力或整體性，主要措施是增大材料強度、加大構件截面、增設新構件等。

2.1適用于砌體結構的直接加固方法

（1）鋼筋混凝土外加層加固法——屬于復合截面加固法。其優點是施工工藝簡單、適應性強，加固后的承載力提高明顯，技術經驗比較成熟；常用于加固柱、帶壁墻，但其現場濕作業施工時間長，加固后建筑結構的凈空有所減小。

（2）鋼筋水泥砂漿外加層加固法——屬于復合截面法。其原理是把欲加固墻體表面粉刷層剔除，在墻體兩側附設Φ4mm～Φ8mm的鋼筋網片，然后抹水泥砂漿面層，常用于砌體墻加固及鋼筋混凝土外加層加固帶壁柱墻時兩側穿墻箍筋的封閉。

（3）增設扶壁柱加固法——屬于加大截面加固法。其優點與鋼筋混凝土外加層加固法相近，但承載力提高有限，不易滿足結構的抗震要求，一般僅用于非抗震設防地區。

2.2 適用于砌體結構的間接加固方法

（1）包鋼加固——也稱粘結外包型鋼加固法，以環氧樹脂化學灌漿等方法粘結時，稱之為濕式包鋼加固。這種措施受力可靠，施工簡便，現場作業量小，但用鋼量較大，加固費用高，防護措施要求較高，適用于使用上不允許顯著增大原構件截面尺寸，但又要求大幅度提高結構承載能力的加固。

（2）預應力撐桿加固法——其優點是最大幅度地提高砌體柱的承載能力，適用于加固高應力、高應變狀態的砌體結構；缺點是不能在600℃以上的高溫環境中使用。

2.3 砌體結構構造性加固與修補

（1）增設圈梁——這種措施可用于既有砌體結構的圈梁設置不符合抗震要求、縱橫墻交接處有明顯缺陷及房屋整體性較差等工況。

（2）增設梁墊——該措施可用于大梁下磚砌體被局部壓碎或大梁下墻體局部產生豎向裂縫等工況。

（3）砌體局部拆砌——當房屋發生局部破裂，且未影響承重及結構性安全時，將破裂墻體局部拆除，并采用高一級強度的（下轉第341頁）（上接第238頁）砂漿及整磚砌筑。

（4）砌體裂縫修補——可根據砌體構件的受力狀態和裂縫特征及其產生原因，針對性地進行裂縫修補或加固。常采用水泥砂漿填縫修補、配筋水泥砂漿填縫修補、灌漿修復等措施。

3.抗震加固新技術

3.1減震隔震

隨著減震技術的發展，以及對歷次強烈地震中建筑結構破壞形式的總結，我們可通過分析地震作用效應，采用減震隔震技術，減小既有砌體房屋在強震中所承受的地震作用。目前在既有建筑結構中常用的減震技術主要有基礎隔震技術、消能減震技術以及調諧減震技術等被動減震方法。

3.2 抗震加固與節能改造一體化

當今世界資源越來越短缺，地震頻發，針對抗震加固和節能改造這兩項工程，許多學者提出了抗震加固與節能改造一體化，并對其技術進行了深入的研究。一體化技術可以提高既有結構承載能力、改善既有結構的抗震性能，與傳統抗震加固技術相比，一體化技術改造后結構的承載能力更高、抗震性能更好，能使既有建筑耗能能力有所降低，節約能源，實現了抗震加固與節能改造有機結合，避免二次作業，設計施工一體化，降低運營成本。目前，玻化微珠保溫砂漿是抗震加固與節能改造一體化技術中最常用的無機材料。

第9篇：隔震技術的基本原理范文

關鍵詞:激光球面干涉儀;等厚干涉;光學零件面形;干涉儀器;精度分析

中圖分類號:TH744文獻標識碼:A

文章編號:1009-2374 (2010)24-0191-03

1檢測儀器

1.1激光球面干涉儀

1.1.1干涉儀的分類干涉儀的設計方式有許多種,按照形成干涉的光束數目分為雙光束及多光束兩大類,雙光束干涉儀所產生的條紋其亮度多呈正弦曲線的分布情形。其基本原理都是通過各種光學元件形成參考和檢測光路的方法。就是采用了一種常見的干涉方式制成的,一般稱為菲索干涉儀,這種干涉儀一般用來檢測元件表面或光學系統的波相差。由于所用激光的帶寬很窄,因此它的相干長度很長可以在光程差很大的情況下得到干涉圖樣,對待測物體放置的要求不是很嚴格。泰曼格林干涉儀、菲索干涉儀、麥克詹達干涉儀及麥克森干涉儀,皆屬于此種雙光束干涉方式。

1.1.2干涉儀檢測光學零件表面的優點

其一,它是非接觸監測,不會損傷被探測物體表面。

其二,它獲取數據的信息量大,圖樣本身是一個連續變化的過程,有著極高的分辨率。

其三,測量范圍大,它可以同時對一個很大表面進行并行的分析和處理。

局限性:因為是分析反射光,所以有足夠的反射才能得到干涉圖樣進行分析。這就對光源和被探測物體的表面粗糙度提出了條件。

1.1.3干涉儀的應用光學儀器中的透鏡、棱鏡等,其表面質量要求很高,通常要求磨制面與理想幾何形狀間的誤差不超過光波波長的數量級,用干涉法可檢驗出微小的誤差(小于波長的幾十分之一)。所以在光學系統評價、表面的粗糙度、面形和元件的微小偏移的測量都采用了干涉儀進行分析。

1.2OSI-75TQ型激光球面干涉儀

OSI-75TQ型激光球面干涉儀(如圖1)是用穩頻的氦氖激光器作為光源,由于它的相干長度很大,干涉儀的測量范圍可以大大的擴展;而且由于它的光束發散角小,能量集中,因而它產生的干涉條紋可以用光電接收器接收,變為電訊號,并由計數器一個不漏的記錄下來,從而提高了測量速度和測量精度。

QSI-75TQ型激光球面干涉儀用以檢測光學元件的面形、光學鏡頭的曲率半徑以等的一種精密儀器,其測量精度較高。該干涉儀可以檢測平面和球面光學零件,前者由分束器、準直物鏡和標準平面所組成,后者由分束器、有限共軛距物鏡和標準球面所組成。激光光束在標準平面或標準球面上,部分反射為參考光束;部分透射并通過被測件,為檢測光束。檢測光束自準返回,與參考光束重合,形成等厚干涉條紋。本次實驗主要檢測球面零件的面形偏差。

1.3儀器的設計原理

激光束經擴束,再經聚光鏡會聚后,經過分光棱鏡,形成兩個支路,一個支路用于觀察,將圖像成像在CCD上;另一個支路經過準直物鏡形成一列高質量的平面波,該平面波進入標準鏡在最后一面反射形成參考球面波。由標準鏡射出的球面波在被檢球面上反射就得到被檢球面波。參考球面波和被檢球面波在光線的回程中相遇,就發生干涉現象。

表1QSI―75TQ型激光球面干涉儀主要技術指標

技術指標 參數值

測量原理 菲索干涉原理

顯示方式 CCD顯示

平面參照鏡面形精度 p-v:優于 λ/20

球面參照鏡面形精度 P-v:優于 λ/15

光源 He-Ne激光器

波長 632.8nm

最大檢測口徑(平面) 75mm

電源 210～230V40～60Hz

工作溫度 20℃～25℃

1.4球面標準鏡頭

球面標準鏡頭:F數=1/相對口徑=f/D=R/D,在檢測時要根據所需檢測的曲率半徑和F數來選擇合適的標準鏡頭。

如果是凸透鏡,鏡頭的標準面半徑要大于被檢的鏡片半徑,要實現全口徑檢測,最好選鏡頭的F數小于或等于被測凸透鏡的F數。

如果是凹透鏡,要考慮整個導軌的長度是否能夠實現。在導軌滿足的情況下,在選擇合適的鏡頭。同樣要想使被測件能實現全口徑測量,最好選標準鏡頭的F數小于或等于被測凹透鏡的F數。

表2測量范圍

F數 曲率半徑測量范圍/mm 最大測量口徑/mm

凸 凹 凸 凹

F1 5～45 0～282 49 270

F1.5 5～85 0～238 56 157

F2 5～123 0～200 62 101

F3 5～200 0～157 68 53

F5.6 32～387 ------ 71 -----

表3實驗中檢測的光學零件

零件代號 零件曲率半徑 零件名稱

t―1 109.9;66.68 雙凸透鏡

t―2 311.9;77.59 雙凸透鏡

t―3 22.49;66.76 凹凸透鏡

t―4 77.8;77.8 雙凹透鏡

t―5 827.9;70.47 凹凸透鏡

由標準測量鏡頭測量范圍可知:以上這些光學零件都能選用F1、F1.5、F2、F3進行測量。

2檢測原理

前面提到菲索干涉原理為等厚干涉,干涉條紋是等光程差(等光學厚度)的點的軌跡。任何干涉、通過對條紋數目或數目變化,可以獲得以光的波長為單位的對光程差的計量,用于精密測量和檢驗。

當兩束光波即波陣面合成在一起時,其合成后的光強的分布將由波陣面的振幅和相位來決定。由于相位差的變化產生了明暗相間的干涉圖樣。而相位差是由于兩束光經過的反射路徑后形成的光程差造成的。通過分析這樣的干涉圖樣我們就可以經過計算得出圖樣中的任何一點的光程差。而光程差的出現是由于被檢測表面的形狀或傾斜與參考表面不一致。那么當我們把參考表面做成一個接近完美的表面時,干涉圖樣所反映的就是被測表面的情況。

如下圖,由一個曲率半徑R很大的平凸透鏡與一個平板玻璃在O點密接,形成一空氣隙,空氣隙等厚線是以O為圓心的同心圓圓環。如果單色平行光正入射,則在空氣隙上表面形成等厚干涉條紋,條紋形狀是以O為圓心的同心圓圈。

(a) 裝置(b)條紋

hk是第K級條紋對應的空氣隙厚度

rk是第K級條紋半徑

因為

第K級暗紋條件

所以

(對應第K級暗紋的厚度)

rk2=R2-(R-hk)2≈2Rhk R≥hk

所以

3實驗數據的處理

3.1檢測(測量)誤差

所謂測量,就是將被測的量和一個作為測量單位的標準量進行比較的過程。例如,用游標卡尺測量軸的直徑,就是將軸在直徑方向上的線度,與游標卡尺上的刻度進行比較,從而讀出其尺寸的過程。

測量誤差分類:

過失誤差。測量人員主觀原因或是客觀外界的原因造成;是不允許出現的,必須消除。

系統誤差。由測量裝置儀器的設計原理缺陷、測量環境變化、以及操作人員的測量方法及讀數等造成;可以盡量減小。

偶然誤差。由測量裝置、零部件變形及信號不穩定性、環境變化、人為因素等造成;這樣的誤差是必須要出現的。

3.2實驗所測數據

光學零件的面形偏差是用光圈數表示的。

光圈的度量包括:

N――被檢光學表面的曲率半徑相對于參考光學表面曲率半徑的偏差稱半徑偏差;

N――被檢光學表面與參考光學表面在任一方向上產生的干涉條紋局部不規則程度稱局部偏差所對應的光圈數;

實驗顯示的數據還包括:P-V、RMS值、等高圖、三維立體圖、X-Y剖面圖、干涉條紋圖等。

3.3測量數據

實驗中將測量數據列成表格,可以簡明地表示出有關物理量之間的關系,便于檢查測量結果是否合理,有助于發現、分析、解決問題。

表4使用標準球面鏡頭F2.0檢測結果

編號 1-1-F2.0 1-2-F2.0 2-1-F2.0 3-1-F2.0 3-2-F2.0 4-1-F2.0 5-1-F2.0

項目代號 109.9;66.68 311.9;77.59 22.49;66.76 77.8;77.8 827.9;70.47

零件代號 t-1-1 t-1-2 t-2-1 t-3-1 t-3-2 t-4-1 t-5-1

PV(波長) 0.2547 0.4918 0.8959 1.0100 0.3937 0.2262 0.3239

RMS 0.0421 0.0491 0.1792 0.1343 0.0360 0.0404 0.0610

N 0.5095 0.9836 1.7917 2.0199 0.7873 0.4525 0.6478

N 0.1834 0.4131 0.6988 1.0302 0.2834 0.1900 0.2526

零件名稱 雙凸透鏡 雙凸透鏡 凹凸透鏡 雙凹透鏡 凹凸透鏡

4結論

第一,對環境的要求(溫度,濕度,氣流,震動):干涉儀要求在溫度恒定(溫度控制在22℃～24℃),沒有明顯氣流,不能太潮濕,濕度最好控制在60%左右。如果工作環境滿足不了以上的要求,則對干涉儀的測量精度造成一定的影響。同時由于我們使用的是He-Ne氣體激光器,當溫度變化或有氣流影響時,會對穩頻有影響,造成激光儀的不穩定。震動對軟件計算的影響較大,最好放置在隔震的地方。

第二,開機15分鐘后,等激光器穩定后在開始進行檢測。當監視器中的條紋出現亮暗和對比度的變化時,一般在1分鐘內就可以恢復正常。如果在幾分鐘后還有這種現象時,請關閉激光控制器電源,30分鐘后再重新啟動。

第三,在檢測時還要注意被檢件的材料。因為材料不同反射率就不同。反射率低的材料在檢測時,干涉條紋會相對淡些;反射率高的材料,相應的干涉條紋就亮些。

第四,本次實驗目的是通過不同F數的標準鏡頭來測量相同的零件的面形,從而找出其中測量最為理想的標準球面鏡頭,可是由于鏡頭和測量環境存在的問題,致使F1、F1.5、F3調試出現的光圈均達不到理想狀態,導致測量的數據均與實際相差較大,所以只有標準鏡頭F2.0能精確的測試出其測量范圍內的所有光學零件的面形。通過對標準鏡頭F2.0測量的五塊光學零件的測量數據進行分析,我們可以知道被檢光學零件的表面面形、曲率半徑等的偏差都非常的小,屬于較高精度的測量,標準鏡頭F2.0能滿足高精度面行的測量。

5結語

隨著現代科學技術和國防事業的發展,對一些光學系統的成像質量要求越來越高,迫切需要有高精度的光學材料的檢測手段。先進技術的發展日新月異,精密測試技術應該適應這種發展,擔負起質量技術保證的重任。這就要求首先要以提高產品的質量為出發點,這也是要達到的最重要的目的。其次是精密測試技術要提高產品的生產效益。因此,檢測方法要能適應快速發展生產的要求,不能單純為了檢測而檢測,更不能因為檢測的要求而影響生產的效益,從更積極的角度出發,應該是由精密測試技術的良好服務從而促進生產能力的提高。根據先進制造技術發展的要求以及精密測試技術自身的發展規律,不斷拓展新的測量原理和測試方法,以及測試信息處理技術,為高效生產提供質量保證。

參考文獻

[1] 蔡立.光學零件加工技術[M].北京:兵器工業出版社,2006.

[2] 吳強.光學 [M].北京:科學出版社,2006.