隔震技术的基本原理精选(九篇)

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第1篇：隔震技术的基本原理范文

关键词：建筑工程；结构抗震；技术

1.建筑工程结构抗震技术的基本原理与设计原则

建筑工程结构抗震技术的基本原理是：通过增加建筑物的阻尼来增大对地震所释放能量的吸收和消耗，从而达到减轻振动，减少损害的目的。建筑工程结构抗震技术与传统抗震技术区别是：结构抗震技术是将地震看作一种能量的释放过程，透过增加建筑物的阻尼的方式主动抗震，从而减轻地震对建筑物的破坏。而传统的抗震方法只是将地震看作是一种力的作用，透过增强建筑物的刚度和强度的方式实行被动防震[1]。

建筑工程结构抗震技术设计应该遵循以下原则：

（1）结构应具有连续性。在对建筑物进行设计时，应该使建筑物在结构上具备完整的连续性，这样就能够使建筑物在地震中保持为一个整体，促进其抗震功能的发挥。

（2）保证构件间的可靠连接。在建筑物的设计和施工过程中，应该注重加强建筑物各构件之间的稳固连接，这样就能够使建筑物在地震的能量传递中保持一定的强度和建筑物变形时保持一定的延展性，从而加大建筑物的抗震性能。

（3）增强房屋的竖向刚度。在设计和对建筑物进行施工时，应该使建筑物在横竖两个方向上都具备足够的竖向刚度，同时确保建筑物基础部分的整体性，以避免或者降低地震时建筑物所遭受的损害。

2.两种可靠度的结构体系目标功能水平优化决策模型

已知结构抗震设计的要求为：P（G≥0）≥Pa，（Pa为与结构抗震可靠指标相应的可靠度）。

2.1模型1参数规划法

其中，X为结构设计方案的设计变量向量（其维数假定为n），根据优化层次的不同，可以是与结构布局、拓扑、形状、尺寸等有关的变量。目标函数中，C0（X）为结构的初始造价[2]。方案X的函数，第二项结构失效损失期望中；Psi为设计方案X基于功能i的结构体系可靠度；Cfi为该功能失效的损失值。约束条件中gj（X）≤0为与设计方案有关的约束条件，如构件的强度约束、构造要求约束等；[Psk]-Psk（X）≤0为基于功能的结构体系可靠度约束。

模型1包括两类设计变量：设计方案和基于功能的结构体系目标可靠度。把目标可靠度处理为参数，从而模型1转化为一系列包含目标可靠度参数的优化问题。求解时，首先对目标可靠度取若干不同的值，分别对模型1进行优化设计，选出相应的优化设计方案。利用这些优化设计方案拟合出目标函数对目标可靠度的变化曲线，曲线上目标函数最小值所对应的目标可靠度就是所求的最优目标可靠度。

2.2模型2约束放松法

比较模型1与模型2可以看出：模型2实际上就是在模型1的基础上去掉基于功能的结构体系可靠度所对应的约束条件。即：首先对整个优化模型的约束条件进行放松，然后对结构进行优化设计，以得到相应的优化设计方案，最后从最优设计方案计算出的基于功能的结构体系可靠度，也就是最优目标可靠度。

3四种建筑工程结构抗震控制的常用技术

3.1被动控制

被动控制的防震技术并不包含外部能源的抗震技术，通常是在建筑物的某个部位增加子系统或者对建筑物的某些构建进行结构上的处理以改变其动力特性，被动控制抗震技术可以分为基础隔震以及耗能减震两个类别：

（1）基础隔震。建筑物的基础隔震技术指的是：在建筑物的基础部分构建控制机构来阻隔地震时能量的向上传送，达到减轻建筑物的振动，降低地震破坏的效果[3]。当前研究应用的建筑物隔震技术主要有：摩擦滑移隔震、层橡胶垫隔支撑式摆动隔震珠、滚轴隔震以及混合隔震等。

（2）耗能减震。建筑物耗能减震技术的原理是：将地震能量导向特别的元件或者机构并加以吸收和消耗进而减轻建筑物主体的损耗。建筑物耗能减震技术是：将建筑物的一些部件设计成耗能元件，或者在建筑物的一些部位装配阻尼器在小震以及荷载作用下，这些阻尼器和耗能元件都处于弹性状态，使建筑物的整个结构具各很强的刚度，进而在地震中发挥重要作用。在强烈地震发生时，阻尼器和耗能元件会进入非弹性状态，使建筑物的阻尼大大增加，大量吸收和消耗地震能量，使建筑物的主体振动大大减小，进而达到保护建筑物的效果。

3.2主动控制

建筑工程中的主动控制抗震技术需要外部能源来实现，它需要透过施加和振动力向相反的作用力来进行建筑物减震，这种技术的原理是：传感器对建筑物的外部激励以及动力响应进行监测，然后将信号传送到计算机，计算机再依据程序计算应该施加的作用力的大小，然后经过外部的能源驱动控制系统产生所需求的作用力。当前建筑业已经研究和开发的建筑物主动控制抗震装置主要有：主动拉索系统、主动质量阻尼系统、主动空气动力挡风板系统、主动支撑系统以及气体水冲发生器等。

3.3半主动控制

建筑物半主动控制抗震技术是：使用控制机构来调节建筑物在地震发生时的结构参数来实现减震日的，这项技术对于外部能源的要求不高，只需要弱电装置来供应就可以了。比如，蓄电池等半主动控制抗震技术通常使用开关来控制，透过开关来调节控制器的状态，进而改变建筑物的动力特性。当前建筑业比较常用的建筑物半主动控制减震装置有[4]：可变阻尼系统、可变刚度系统、可控液体阻尼器、主动调节参数质量阻尼系统以及可控摩擦式隔震系统等。

3.4混合控制

建筑物混合控制抗震技术是被动控制与主动控制的综合应用，这种抗震技术充分运用了被动控制与主动控制的抗震优点，它既能够透过被动控制抗震系统吸收和耗散地震能量，又能够运用主动控制抗震系统来达到抗震效果，所以混合控制抗震技术具有非常高的应用价值。当前建筑业比较常用的混合控制抗震装置主要有：阻尼耗能抗震与主动控制抗震相结合的混合控制抗震系统[5]、调谐质量阻尼系统与主动质量阻尼系统组合的混合控制、滑掀体阻尼系统与主动质量阻尼系统结合的混合控制抗震系统，基础隔震抗震与主动控制抗震结合的混合控制抗震系统等

以上四种建筑工程结构抗震技术，主动控制抗震技术拥有最好的抗震效果，但是因为它所需外部能量大，再加上控制系统比较复杂，所以在实际运用上反而不够普遍。被动控制抗震技术实用性比较大，发展迅速，应用最为广泛，加上主动控制抗震技术由于其精确度比较高，价格相对低廉，所以有着很好的市场前景。混合控制抗震技术具各了几种抗震技术的优势所以效果十分突出，前景也非常广阔。

参考文献：

[1]宋雪.关于地震的发生与结构抗震的浅谈[J].硅谷.2008（23）

[2]王光远等著.工程结构与系统抗震优化设计的实用方法[M].中国建筑工业出版社，1999

[3]刘如山，胡少卿，石宏彬.地下结构抗震计算中拟静力法的地震荷载施加方法研究[J].岩土工程学报.2007（02）

第2篇：隔震技术的基本原理范文

关键词：结构抗震技术；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

中图分类号：TU352.1+1文献标识码：A 文章编号：

1．建筑工程结构抗震技术的基本原理

在地震发生的时候，地壳内部要释放巨大的能量，这些能量以能量波德形式向周围传递。在地震的波及范围内，它用输入能量的方式破坏建筑物，建筑物会产生激烈的振动，甚至遭到严重破坏而倒塌。地震时建筑物的振动剧烈程度与其本身的阻尼相关，建筑物的阻尼越小，其对地震能量的吸收和消耗就越小，那么振动就越剧烈，反之振动就越轻。

所以，建筑工程结构抗震技术的最基本的思想就是要想方设法增加建筑物的阻尼，以增大对地震所释放能量的吸收和消耗量，从而达到减轻振动、减少损害的目的。这是建筑工程结构抗震技术区别于传统抗震技术的根本所在，结构抗震技术是将地震看作一种能量的释放过程，透过增加建筑物的阻尼的方式主动抗震，从而减轻地震对建筑物的破坏。而传统的抗震方法只是将地震看作是一种力的作用，透过增强建筑物的刚度和强度的方式实行被动防震，效果并不理想[1]。

2．建筑工程结构抗震设计的基本原则

在建筑物的结构抗震技术设计中，为了实现预期的建筑物抗震效果，应该遵循以下原则：

2.1结构应具有连续性

在对建筑物进行设计时，应该使建筑物在结构上具备完整的连续性，这样就能够使建筑物在地震中保持为一个整体，促进其抗震功能的发挥。如果建筑物在地震中不能在结构上保持连续性，就不能有效地吸收和消耗地震能量，从而导致建筑物遭受比较大的损坏。

2.2保证构件间的可靠连接

在建筑物的设计和施工过程中，应该注重加强建筑物各构件之间的稳固连接，这样就能够使建筑物在地震的能量传递中保持一定的强度和建筑物变形时保持一定的延展性，从而有效吸收和消耗地震能量，减少建筑物在地震中遭受的破坏。

2.3增强房屋的竖向刚度

在设计和对建筑物进行施工时，应该使建筑物在横、竖两个方向上都具备足够的竖向刚度，同时确保建筑物基础部分的整体性，在地震中就会具备很好的坚韧性和延展性，以避免或者降低地震时建筑物所遭受的损害。

3.建筑工程结构抗震控制的技术分析

3.1被动控制

被动控制的防震技术并不包含外部能源的抗震技术，通常是在建筑物的某个部位增加子系统，或者对建筑物的某些构建进行结构上的处理，以改变其动力特性。当前，建筑物的被动控制抗震技术已经成为一个研究热点，在很多建筑工程中都有应用，被动控制抗震技术可以分为基础隔震以及耗能减震两个类别。

3.1.1基础隔震

建筑物的基础隔震技术指的是在建筑物的基础部分构建控制机构来阻隔地震时能量的向上传送，以达到减轻建筑物的振动，降低地震破坏的效果。从隔震技术的发展过程来看，它有以下的特点：第一，建筑物隔震技术在建筑业的运用越来越普及，越来越广泛。建筑物隔震技术不但在近几年的一些新建工程中有广泛的运用，在旧有建筑物的防震加固中也时常用到。第二，建筑物隔震技术的结构形式设计日益多样化，已经从传统的砌体结构以及钢筋混凝土结构发展为组合结构、钢结构以及木结构。第三，隔震技术可以选择的隔震装置日益增多。当前研究应用的建筑物震技术主要有：摩擦滑移隔震、层橡胶垫隔震、支撑式摆动隔震、珠及滚轴隔震以及混合隔震等[2]。

3.1.2耗能减震

建筑物耗能减震技术是将建筑物的一些部件设计成耗能元件，或者在建筑物的一些部位装配阻尼器。在小震以及风荷载的作用下，这些阻尼器和耗能元件都处于弹性状态，使建筑物的整个结构具备很强的侧向刚度，进而在地震中发挥重要作用。在强烈地震发生时，阻尼器和耗能元件会进入非弹性状态，使建筑物的阻尼大大增加，大量吸收和消耗地震能量，使建筑物的主体振动大大减小，进而达到保护建筑物的效果。建筑物耗能减震技术的原理是将地震能量导向特别的元件或者机构并加以吸收和消耗，进而减轻建筑物主体的损耗，它有以下特点：第一，安全，凭借耗能装置来消耗地震能量，进而保护建筑物；第二，经济，成本不是很高；第三，合理；第四，维护费用低，适用范围广。当前，比较常用的耗能减震装置有复合型耗能器、摩擦耗能减震装置、粘滞阻尼器、金属阻尼器以及粘弹性阻尼器等。

3.2主动控制

建筑工程中的主动控制抗震技术需要外部能源来实现，它需要透过施加和振动方向相反的作用力来进行建筑物减震。这种技术的原理是：传感器对建筑物的外部激励以及动力响应进行监测，然后将信号传送到计算机，计算机再依据程序计算应该施加的作用力的大小，然后经过外部的能源驱动控制系统产生所需求的作用力。当前建筑业已经研究和开发的建筑物主动控制抗震装置主要有：主动拉索系统、主动质量阻尼系统、主动空气动力挡风板系统、主动支撑系统以及气体脉冲发生器等。

3.3半主动控制

建筑物半主动控制抗震技术是使用控制机构来调节建筑物在地震发生时的结构参数来实现减震目的的，这项技术对于外部能源的要求不高，不需要使用强电，只需要弱电装置来供应就可以了，比如蓄电池等。半主动控制抗震技术通常使用开关来控制，透过开关来调节控制器的状态，进而改变建筑物的动力特性。当前建筑业比较常用的建筑物半主动控制减震装置有：可变阻尼系统、可变刚度系统、可控液体阻尼器、主动调节参数质量阻尼系统以及可控摩擦式隔震系统等[3]。

3.4混合控制

建筑物混合控制抗震技术是被动控制与主动控制的综合应用。这种抗震技术充分运用了被动控制与主动控制的抗震优点，它既能够透过被动控制抗震系统吸收和耗散地震能量，又能够运用主动控制抗震系统来达到抗震效果，所以混合控制抗震技术具有非常高的应用价值。当前建筑业比较常用的混合控制抗震装置主要有：阻尼耗能抗震与主动控制抗震相结合的混合控制抗震系统；调谐质量阻尼系统与主动质量阻尼系统组合的混合控制；滑掀体阻尼系统与主动质量阻尼系统结合的混合控制抗震系统；基础隔震抗震与主动控制抗震结合的混合控制抗震系统，等等。

在以上四种建筑工程结构抗震技术中，主动控制抗震技术拥有最好的抗震效果，但是因为它所需外部能量大，再加上控制系统比较复杂，所以在实际运用上反而不够普及；被动控制抗震技术实用性比较大，当前发展迅速，应用最为广泛；半主动控制抗震技术由于其精确度比较高，价格相对低廉，所以有着很好的市场前景；混合控制抗震技术具备了几种抗震技术的优势，所以效果十分突出，前景也非常广阔。

4.结语

总而言之，随着我国经济社会的不断发展和建筑业抗震技术的不断更新，我国建筑市场的结构抗震需求越来越大，抗震技术特点也日益呈现出多样化的发展趋势。当前建筑业新开发的结构抗震技术在实际应用中有着突出的优势，为新建筑物的结构抗震设计和现有建筑物的结构抗震加固提供了良好的途径。建筑物结构抗震技术克服了传统技术的“硬碰硬”技术缺点，具有效果显著以及安全可靠的特点，在今后的发展中必将日益走向成熟，为我国的建筑物抗震事业提供坚实的技术基础。

参考文献：

［1］王力军.土木工程施工中的结构抗震技术研究[J].中国建设信息，2011(6)。

［2］.浅论我国建筑物施工中的抗震技术创新[J].华章，2010(4)。

［3］张丽霞.高层建筑的结构抗震技术分析[J].建筑技术开发，2011(16)。

第3篇：隔震技术的基本原理范文

关键字：建筑；结构；减震控制；问题

地震是人类所面临的最严重自然灾害之一，随着近年来相继发生的汶川地震、玉树地震和雅安地震，对整个中国而言都是重大的打击，也不得不让人们去反思我国在抗震、减震措施中所存在的不足。传统的建筑物结构抗震采用的是弹塑性设计方法，通过增强结构自身在延性、强度以及刚度方面的抗震性能来抵抗地震产生时的作用。然而这属于被动消极的抗震对策，由于抗震设计的建筑结构不具备自我调节的功能，在地震出现时很可能无法满足安全性的需要。随着现代控制理论被逐渐应用于建筑工程领域当中，并通过几十年的不断发展与完善，结构减震控制在减震效果上明显优于传统的抗震设计方法，在当前世界各国的建筑工程领域中都得到了广泛发展和应用。

一、建筑物结构减震控制的发展概述与分类

1、发展概述

在1972年，美国学者J.T.P.YAO首次提出了结构控制的概念，通过几十年的发展与完善，世界各国都相继开展了建筑结构建筑控制在技术和理论方面的研究，并积极致力于在建筑领域中的推广和应用。我国在《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中也将结构减震控制中的隔震和消震方面的内容纳入其中，并制定了《叠层橡胶支座隔震技术规程》和《建筑隔震橡胶支座标准》这两个相关技术标准规范。

2、建筑物结构减震控制的分类

建筑物结构减震控制可根据是否需要外部能源的输入进行分类，主要分为被动控制（Passive Control）、主动控制（Active Control）与混合控制（Hybrid Control）三类。

（1）被动控制

被动控制是指在建筑物结构的某些部位装设耗能装置，或对结构本身某些构件进行动力特性的改变，控制过程中既不依赖于结构反应的信息也不需要外部能量提供控制力，具有构造简单、易于维护和造价低等方面的特点。被动控制主要包括了基础隔震技术、耗能减震技术和吸震减震技术，其中以改变建筑物结构频率为主的隔震技术是在我国减震控制中应用和研究最多以及最成熟的技术，并在大量工程实际中得到了应用，本文也将着重就基础隔震技术和耗能减震技术方面的问题进行研究和探讨。

（2）主动控制

主动控制是指利用现代控制技术，对建筑物结构的输入外部激励条件和结构反应进行联机实时监测，并根据计算分析结果采用加力装置对建筑结构施加一定的控制力，实现结构的自动调节，使建筑结构在地震或其它作用力下的响应能控制在允许的范围内。主动控制的特点是通过外部能量输入的控制力，能有效起到保护建筑结构避免损伤的目的，然而主动控制系统结构复杂且造价昂贵，所需能量在强烈地震作用下难以实现。当前较常使用的主动控制系统有主动拉锁系统、主动质量阻尼器等等。

（3）混合控制

混合控制是指被动控制与主动控制的协调使用，可兼具被动控制与主动控制的优点，既能大量消耗地震产生时的振动能量，也能确保控制效果的良好，具有较为良好的发展前景和使用价值。当前建筑物结构中较常使用的混合控制为主动控制与基础隔震技术相结合的混合控制。

二、基础隔震技术的应用

基础隔震技术（见下图1所示）的基本原理是在建筑物结构的上部和基础之间设置隔震消能装置，以降低地震发生时能量向建筑结构上部的传输，从而实现减少上部结构振动的作用。对所设置的隔震消能装置要求具有较大的变形能力、有足够的初始强度和刚度而且能够提供较大的阻尼消耗。随着现代叠层橡胶垫在建筑领域中的应用，使基础隔震技术进入了实用化的阶段，我国于上世纪90年代也分别在云南、广东等地建造了一些使用叠层橡胶垫进行隔震的建筑项目。

图1 建筑基础隔震系统示意图

1、叠层橡胶垫支座的应用

由于现代建筑物结构减震控制中的橡胶垫支座主要采用橡胶片与薄片增强铜板进行粘合疏化的方式而加工制成（如下图2所示）。叠层橡胶垫支座的垂直向刚度很高，而水平向刚度较低，在地震荷载作用下叠层橡胶垫支座能够隔离建筑结构的水平方向运动分量，并保持垂直方向的稳定，因而能隔离公共交通对建筑结构所产生的高频振动，并保护结构免受地震或者其它振动所造成的伤害。

图2 橡胶垫支座示意图

2、铅芯橡胶垫支座的应用

铅芯橡胶垫支座是在原有叠层橡胶垫的基础上，在其中部圆形孔中灌入铅而制成的，也是对叠层橡胶垫技术的发展与改进。由于铅具有良好的塑性变形能力以及较低的屈服点，从而使橡胶支座在阻尼比上得到提高，普遍能达到20%～30%。而且铅芯还能有效提高橡胶垫支座的耗能和吸能能力，增加了支座的初始刚度又确保了支座具有适宜阻尼，能起到抵抗微震与控制风反应的作用。

由于铅芯橡胶垫支座具有良好的阻尼作用和隔震作用，因此在建筑物的设置中可以单独使用，不用再另外设置阻尼器，节省了建筑空间而且施工方便，使建筑基础隔震系统的组成相对简单，因此在我国建筑领域得到了较为广泛的应用。

三、耗能减震技术的应用

耗能减震技术的基本原理是在建筑物结构的某些部位设置耗能装置，并通过耗能装置因摩擦或弹塑性变形所产生的能耗以吸收在地震产生时输入到建筑结构中的能量，从而达到减震控制的主要目的。耗能减震技术具有减震效果明显、安全可靠以及经济合理等特点，常用的耗能减震装置主要有摩擦耗能装置、金属弹塑性耗能装置等等，

1、摩擦耗能装置

摩擦耗能装置是按照摩擦做功而消耗能量的原理进行设计和制造的，其基本组成是金属或其它固体材料元件，通过元件之间的相互滑动而产生摩擦力。当前我国已存在较多种不同构造的摩擦耗能装置，例如摩擦筒制震器、摩擦剪切铰耗能器、限位摩擦耗能器以及摩擦滑动螺栓节点等等。摩擦耗能装置的种类虽多，但普遍具有良好的滞回特性和耗能能力。在下图3中，即为常用摩擦耗能装置的回复力特性曲线，图中Q代表了荷重，δ为变形量。

图3 摩擦耗能装置的回复力特性曲线

2、金属弹塑性耗能装置

金属弹塑性耗能装置是通过软钢或者其它软金属材料所制成，其减震控制的原理是将建筑结构振动的部分能量利用金属的屈服滞回进行吸收和消耗，从而达到减震控制的作用。我国在金属弹塑性耗能装置中也有较大的开发与研究，常见的有低屈服点钢耗能器、锥形钢耗能器、加劲圆环耗能器等等。这类耗能装置普遍具有滞回性能和工作性能稳定以及耗能能力大的特点。在下图4中，即为常用金属弹塑性耗能装置的回复力特性曲线，图中Q代表了荷重，δ为变形量。

图4 金属弹塑性耗能装置的回复力特性曲线

总结：

地震作为人类所面临的最严重自然灾害之一，随着当前我国建筑结构逐渐向着高层化和复杂化方向发展，更应当在结构设计中采用适宜的减震控制技术，以有效减轻和抑制地震时的动力反应，降低建筑结构的抗震等级。同时随着减震控制技术的不断发展和完善，在建筑物结构的实际应用中造价因素也不断降低，减震建筑的经济效益正日益突出。减震控制技术作为未来建筑物结构抗震技术的主要发展方向，应加强对相关技术问题的研究与探索，以更好的发挥出在降低地震灾害方面的重要作用，为构建和谐稳定的社会和保障建筑物结构的抗震安全，作出我们应有的贡献。

参考文献：

[1] 张文芳，崔路苗.建筑结构被动减震控制的研究与应用[J].山西建筑，2006（22）.

[2] 汪源浩，王建国，等.超高层建筑结构的减震控制技术与抗震设计要点[J].合肥工业大学学报，2006（3）.

第4篇：隔震技术的基本原理范文

随着社会的不断进步，我国的交通事业得到了迅猛的发展，桥梁在其中就发挥着十分重要的作用。在桥梁的设计中，减隔震技术发挥着不容小觑的作用。该技术是桥梁抗震的重要条件，在地震发生时，其可以减少桥梁受到的损害，甚至可以避免桥梁受到损害。为此，就针对减隔震设计的原理、配备的设置以及在实际工程中的应用进行了相关的探讨。

关键词：

桥梁结构设计；减隔震技术；应用

中图分类号：

TB

文献标识码：A

文章编号：1672―3198（2015）21021501

1减隔震技术的基本原理

减隔震技术是通过结构的基础位置隔离地震能量、阻断地震波的传播。在减隔震设计中，通过附加阻尼的方法进一步降低了地震地响应，阻尼并不是自然装置，而是施工人员人为的将其设置在桥梁结构的某些位置，同时，耗能构件在地震发生的时候，通过自身的结构可以将地震的能量进行吸收，从而让桥梁的结构在受到地震冲力的时候得到缓冲，使桥梁结构的稳定性与完整性得到更好的保持。

减隔震技术包括两大方面：减震技术和隔震技术。减震技术是指人为的将阻尼及耗能构件设置在桥梁的结构中，让耗能构件吸收地震波的能量；隔震技术是特殊的结构类型，其具有振动周期的特殊结构，与减震技术有很大的不同。在地震发生的时候，可以输出地震能量。两种技术相互配合，能够共同应对强大的地震波，保护桥梁免受伤害。

2减隔震装置技术的分类

2.1铅芯橡胶支座

铅芯橡胶支座是把一个或多个铅芯插入到分层的橡胶中，形成紧凑的减隔震装置，其在延长结构周期的同时把地震的能量消耗掉。铅芯具有良好的力学特性，能够与分层橡胶支座进行紧密的结合，同时良好的耐疲劳性与弹塑性使得其适合做减隔震材料。铅芯橡胶支座的诸多特性能够提供地震中所需要的耗能，同时能够很好的满足使用过程中的屈服强度和刚度，在桥梁结构的抗震设计中被广泛的应用。

2.2粘滞阻尼器

粘滞阻尼器是利用活塞运动前后的压力差异，使黏滞流体通过节流孔，在这一过程中会产生阻尼力和耗能。

粘滞阻尼器有着以下几个特征：第一，粘滞阻尼器没有显著的增加桥墩的受力。弹塑性阻尼装置和摩擦阻尼装置的屈服力或者摩擦力是常数值，在墩最大变形时这些值会同时达到，而粘滞阻尼器在应用的过程中，如果阻尼器的参数为1，由于速度与反力成比例，在桥墩达到最大变形值的时候，粘滞阻尼器的阻尼力是最小的，数值接近于零，当桥墩变形的速度达到最大的时候，桥墩的变化最小，其内力也是最小的；第二，粘滞阻尼器不会影响桥梁的正常使用。受稳定变化导致的变形作用，摩擦阻尼器与弹塑性阻尼器要自由变形必须先要克服装置中的屈服力与摩擦力，而粘滞阻尼器在变形的过程中，产生的抗力几乎为零。

2.3高阻尼橡胶支座

高阻尼橡胶支座采用石墨、添加纤维塑料或其他添加剂的高阻尼橡胶材料制成，高阻尼橡胶中的石墨细颗粒物或者是纤维塑料在摩擦的过程中生热耗散运动的能量，该种支座减震耗能性较突出。

2.4滑动摩擦型支座

在我国最常见的滑动摩擦型支座是聚四氟乙烯滑板支座，该支座的摩擦板采用的是聚四氟乙烯（PTFE），与不锈钢的摩擦系数仅为0.06，是中等吨位活动支座的首选。在地震发生的时候，受地震作用，当支撑在滑动摩擦型支座上的梁体受到的摩擦力小于惯性力时，支座与梁体间的滑动面就开始滑移，延长了桥梁结构的振动周期。

2.5金属阻尼器

技术阻尼器就是利用一些金属材料，如：铅、钢等弹塑性变形的性能来吸收地震地能量，低屈服点的钢材能够制成剪切型阻尼器或者是弯曲性阻尼器。

3减隔震技术在桥梁结构设计中的实际应用案例

日本宫川大桥的建设就应用了减隔震技术，该大桥建造于1991年，桥墩设计为墙式墩，主梁结构是钢板型，采用的是三跨连续的梁桥，其墩高为1km，采用的是铅芯橡胶支座。

宫川大桥在没有使用减隔震设计时，把所有支座都假定为铰接的情况下，其顺桥向的基本周期为0.3s，而采用铅芯橡胶支座的减隔震设计之后，该大桥的顺桥向基本周期提高为0.8s，该种支座减隔震装置的设计，在地震作用中，顺桥向的基本周期都有着显著的延长，地震传入到桥梁结构中的能量也在减弱。

对于像宫川大桥自身刚度比较大的梁式桥梁来说，会受到较大的地震荷载，在其结构的设计中进行减隔震技术的应用，可以有效的降低桥梁整体结构受到的地震荷载，更能够对地震力进行有效的分配。

减隔震支座对于不同的震波、不同的场地，减震效果也是不同的，我们具体分析不同的情况。第一种情况，滑板橡胶支座能在多种类型的桥梁建筑中取得比较满意的减震效果，但是在使用的过程中要充分考虑产生高频脉冲地震波的情况，应用滑板橡胶支座要考虑支座长度不足导致的落梁情况；第二种情况，铅芯橡胶支座适用于大多数的场地类型，抗震的效果比较理想，但在施工场地比较软的情况下，铅芯橡胶支座的减隔震装置就不能获得理想的抗震效果；第三种情况，板式橡胶支座使用简便且经济实惠，但减震效果不如铅芯橡胶支座，且在基本周期偏大的时候，对桥梁结构的影响比较大。

4减隔震技术的适用条件

减隔震技术的应用还是有一定的条件限制的，并

不适用于所有的情况。例如在桥梁建设周期过长的情况下就不适合使用减隔震技术。基于此，在桥梁结构抗震理念设计之初，设计单位要做好提前的准备工作，确定好在桥梁的建设中是否使用减隔震技术。

以下几种情况是适宜使用减隔震技术应用的。

4.1角度方向

桥梁结构在设计及施工之前，施工的企业要针对不同的点预计地面运动的特点与规律，从不同的角度进行观察，符合桥梁结构施工要求的就可以运用减隔震技术。

4.2地震波的角度

地震波如果属于高频波，并且能量很集中，就可以使用减隔震技术，这需要施工单位施工前做好提前勘探的工作。

4.3桥梁结构的角度

桥梁的结构规范并且没有梁墩过低或者是过高的情况，也可以使用减隔震技术，施工单位在进行桥梁的设计时就能够知晓是否适用减隔震技术。

5减隔震技术的缺点

5.1缺乏规范性

我国由于技术方面的限制，在减隔震装置的设置上缺乏规范性，尤其在一些细节的处理上，更是缺乏相关经验的支持，如果不能很好的解决其规范性的问题，很可能会降低减隔震装置的作用。

5.2适用的条件有限

不是所有的情况都适用减隔震技术，在进行桥梁设计之前要进行前期考察，具体分析实际的桥梁结构设计是否适用减隔震装置，如果在前期的准备工作中做得不够充分，很可能给桥梁未来的使用造成一定的局限性，也会增大桥梁潜在的危险性。

5.3缺乏考验

在当前设计出带有减隔震装置的桥梁没有经历过真正的地震检验，在性状优劣的问题上还需要进一步考证，只有正真经历过地震，才能了解减隔震技术的应用效果。

6对应的策略

针对减隔震技术在实际运用中存在的问题，相关的技术人员应该学习并了解地震发生的周期、强度等，确认减隔震技术的使用范围，国家也要出台相应的方针政策，规范桥梁建设的安全，尤其是在装有减隔震装置的桥梁，对其进行抗震效果的判断。要运用强大的计算机技术，进行实际情况的模拟，在进行充分的论证与实验后才能进行实践。

参考文献

[1]乔治.李，扎克.梁.罕遇地震作用下当前减隔震技术的局限性[J].公路，2009，（05）.

[2]邵楠楠.桥梁结构减隔震技术的研究[J].北方交通，2009，（06）.

[3]王统宁，刘健新，于泳波.近断层地震动作用下减隔震桥梁空间动力分析[J].交通运输工程学报，2009，（05）.

[4]燕斌，冯云成.厦漳跨海大桥南汊北引桥减隔震方案设计[J].建筑结构，2010，（S2）.

[5]吴运达.浅析桥梁减隔震设计[J].科技资讯，2010，（30）.

第5篇：隔震技术的基本原理范文

【关键词】隔震原理；基础隔震；隔震试用范围；隔震稳定；经济性

建筑隔震减震技术是通过在建筑物底部或某高度处设置侧向刚度较小且变形能力大的隔震装置,以减小地震对上部楼层的能量输入,从而减小上部楼层的地震响应。

1 建筑隔震的原理

建筑隔震就是在建筑物的基础或下部结构和上部结构之间设置隔震装置（或系统），形成隔震层，以达到阻隔地震时地面振动向上部结构传递地震力（或振动能量），降低结构在地震下的振动反应的目的。

建筑结构采用隔震措施后,与相同的非隔震结构相比,将具有较长的周期(通常是原周期的2～3倍) 。根据反应谱理论,层数较少的非隔震结构周期较短,地震作用较大,而隔震建筑的周期明显延长,使得地震作用显著减小。这是目前对隔震建筑原理的一般解释,并由此认为隔震建筑一般适用于层数用隔震技术,我国也开始高层建筑隔震的研究和应用。但传统的基于延长周期的隔震原理似乎无法解释隔震技术在高层建筑中应用的合理性,而实际高层建筑隔震的动力分析结果又表明高层建筑隔震仍具有明显的减震效果 。隔震技术在高层建筑中应用的合理性来源于多个方面,其中比较主要的方面在于隔震层同时也是绝好的消能减震层,结构的大部分变形集中在隔震层,使得隔震层中阻尼器的消能作用具有更高的效率。除此之外,即使只考虑隔震本身,高层建筑隔震仍具有其他优势,主要体现在上部结构绝对加速度响应的降低。

2 隔震建筑的形式

2.1 基础隔震

所谓基础隔震,就是在建筑物的基础与上部结构之间增设高度很矮, 具有足够可靠性的隔震层,控制地面运动向上部结构传递,地震时其能量可反馈到地面或由隔震层吸收,以大大减小结构及构件的地震反应,确保建筑物的整体安全,其内部设备不发生破坏或丧失使用功能,室内人员不遭受伤害也不会有强烈震感。同时,还可防止结构内部的次生灾害。主震后无需避震疏散,即使发生罕遇大震隔震房屋也不会倒塌。

在其中使用的橡胶隔震垫不仅有良好的隔震性能,而且该技术在造价方面也有其优越性。隔震结构与一般结构相比,费用增加的部分包括:隔震构件、隔震层上面的楼面、设备管道的柔性接头及相应的设计费用和施工费用。如果上部结构仍然按传统的抗震设计,其总工程费用略有增加。

基础隔震技术是用水平力很“柔”的隔震元件将上部建筑与基础隔离，由于隔震层的刚度很小，当地震发生时，隔震层将发挥“隔”的作用，承受地震动引起的位移运动，而上部结构只作近似平动。原来的“刚”“性”“抗震”结构的地震反应是“放大晃动型”，而基础隔震结构的地震反应只是“抗震结构”的1/4-1/12，大大提高了结构的安全度。“抗震结构”的层间位移大，所以造成建筑的开裂、破坏甚至倒塌。基础隔震结构的层间变形很小，这样不仅建筑结构不会破坏，而且建筑内的装修，设施也保持完好。

目前应用较多的隔震元件是建筑隔震橡胶支座，隔震橡胶支座是由一层钢板一层像胶层层叠合起来的，并经过加工将橡胶与钢板牢固地粘结在一起，首先，隔震支座有很高的竖向承载特性和很小的压缩变形，可确保建筑的安全；第二，隔震支座还具有较大的水平形能力，剪切变形可达到25%而不破坏；第三，橡胶隔震支座具有弹性复位特性，地震后可使建筑自动恢复原位。采用隔震橡胶支座的建筑物，设防目标一般可以提高一个设防等级。传统建筑的设防目标是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，而设计合理的基础隔震建筑通常能做到“小震不坏，中震不坏或轻度破坏，大震不丧失功能”。此外，采用隔震橡胶支座建造的房屋，可适当降低上部结构的设防水准（一般可降低一度到一度半），这样就有可能使建筑布置更加灵活，并可减少一些结构的构造措施或减少一些结构件的尺寸或配筋（如墙体厚度），从而使上部结构能节约部分土建造价。现代科技的发展已解决了橡胶的老化等耐久问题，完全可以使橡胶隔震支座的寿命满足建筑使用的要求。

基础隔震技术适用范围很广，尤其适用于量大面广的中、低层砖混房屋和钢筋混凝土房屋建筑，在高烈度地震区，采用基础隔震技术建造的房屋，可以突破现行抗震规范中对房屋层数的限制，在保证高度比的前提下可以加高一两层，这样可以增大建筑物的容积率，节省建设用地，提高土地利用率。在中低烈度地震区，采用隔震技术，投资可能会稍有增加，但建筑的品质与往日的相比已不可同日而语，更重要的是其产生的社会效益无法估量。

2.2 中间层隔震

在基础以上的中间楼层设置隔震层,下部结构同普通建筑物一样直接与地基接触,因此它不存在基础隔震建筑的底部体积和墙体数量问题,但隔震层以下的楼层需要做抗震处理。在市区场地不太宽裕时,可把隔震层设计在地面以上,在空中变形有利于节约用地,同时也能有效减少地基的挖土量。

3 隔震建筑稳定性

隔震建筑稳定性隔震建筑通过隔震垫改变建筑的周期，从而减少地震能量的输入，达到减震的目的，设置隔震层，将导致减少建筑物的水平位移约束， 根据弹性稳定理论，可以肯定， 两个完全相同的上部结构，嵌入隔震层的稳定性不如无隔震层的。因此，从某种意义上说，结构减震是以降低结构稳定性为条件的。橡胶垫越扁平，隔震器稳定性越好，水平刚度越大，水平刚度大的隔震器隔震效果相对较差，在此揭示了隔震器稳定性与其隔震效果是～ 对矛盾，设计研究中，协调矛盾是重要的， 国内外文献建议s2直径与高度比取值为3―6；隔震建筑的稳定与隔震层位置也有关系，隔震层位置越接近地基，建筑的隔震效果越好，整体稳定性稳差，稳定性越好，隔震效果越差。为了防止隔震建筑失稳， 《规范》 规定： 隔震支座在表第l2．2．3初期值的±20％ ；徐变量不超过各橡胶层总厚度的5％ ；隔震层橡胶支座在罕遇地震作用下， 不宜出现拉应力。另外隔震建筑在设计施工中为防失稳都应设置沉降观测点。表3 平均压应力限值I 建筑类别 甲类 乙类 丙类建筑 建筑 建筑平均压应力限值(MPa) 10 12 15高层建筑隔震设计中隔震建筑稳定性问题更加突出，在当前技术条件下，隔震支座根本无法承受大的拔力，日本在隔震技术开发和应用中，采用了直线式滑动支座，这种支座最大抗拔力可达18000KN，还有一个新办法，就是采用柱基“活接” 隔震消能措施。但目前高层建筑隔震设计中不单只应用橡胶隔震垫，还须其他减震设计方法进行空间模型非线性时程分析，

4 隔震结构的经济性。

隔震建筑在振动性能和抗震安全性方面提高了建筑物的附加价值，因此与以往建筑物比较时，应考虑附加价值进行综合评价。在考虑隔震建筑的造价时，不仅要考虑初始造价，如果从包括建筑物在使用阶段的维修、重建、内部物品的损坏和经济损失来考虑，隔震建筑具有很好的经济性。从国内外建筑的实例来看，全部工程费用可能增加，但隔震效果好，上部结构和基础结构部分的造价减少很多。如果能有效的利用隔震层作为设备层或停车场就可以抵制隔震层的费用增加。因此，总造价可能就会降低。

参考文献

[1]GB50011―2001 建筑抗震设计规范

[2]曲哲,叶列平,潘鹏,高层建筑的隔震原理与技术,清华大学土木工程系,北京100084

第6篇：隔震技术的基本原理范文

关键词: 建筑结构； 减震设计, 结构控制理论

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

中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）04-0000-00

1 建筑结构控制设计概述

理论和试验研究及震害实践表明, 如果要求建筑 结构在遭受地震作用时不破坏或不倒塌, 至少应具备下列两个条件之一: 结构的主要部位有足够的强度储备;结构的主要部位对地震作用下的强迫变形有充分的适应能力。如单纯满足前者, 往往需要耗用过多的材料,且若遭受强烈地震作用,结构仍可能破坏或倒塌。

从而提出抗震结构按两阶段设计,即在弹性阶段按强度控制, 在弹塑性阶段按变形控制,这样设计的结构, 既有一定的强度,又具有较大的延性及耗能能力, 能一定程度地适应强烈地震使结构产生的强迫变形。

1.1 机构控制

在分析框架和抗震墙结构倒塌模式的基础上, 提出对破坏机构进行控制 , 使之发生期望的破坏机构形式, 达到既具有足够强度, 又具有足够延性的目的。实现途径是在结构的特定位置设置一定数量的人工塑性铰 ,对塑性程度及区域进行控制, 使得结构在强震时能形成最佳耗能机构。

1.2 梁的延性设计

当连梁的跨高比为5时, 延性和耗能很好, 连梁两端相对竖向位移的延性系数都在8以上, 滞回曲线也相当饱满。当连梁的跨高比降至1时, 延性系数 则降至3左右, 滞回曲线严重捏扰, 耗能很小, 最后弯剪破坏。抗震墙的刚性连梁, 其跨高比往往仅为1左右, 若要使其工作在弹塑性阶段作耗 能构件 ,则需要对它的构造采取一定措施, 以适应延性和耗 能的要求。措施之一是在 1/ 2 梁高的中性面上留一水平通缝, 在缝的上下两侧各埋置钢板, 钢 板上开有椭 圆形螺栓孔, 用高强螺栓把两钢板联结。在竖载、风载和小震下, 高强螺栓 把水平通缝分 开的两部分连梁联结成 整体工作, 使刚性连 梁整 体刚度不变, 以保证其工作在弹性阶段; 在强烈地震作用下, 两钢板发生相对滑动, 原来跨高比为 1的刚性 连梁将被分成 两根跨 高比为2的小梁协同工作。这样, 不仅延性系数由原来3提高为10左右, 而且由于钢板间的滑动摩擦, 使其耗能能力也得到了一定程度的改善。

1.3柱的延性设计

虽然不希望塑性铰发生在柱上, 但是它们仍需具有一定的延性和耗能能力, 才能保证大震时不倒。试验表明, 采用螺旋箍筋能较大程度地提高柱的延性和后期抗轴压能力。

综上所述, 结构本身的延性耗能设计是靠提高构件的延性耗能能力来实现的。延性耗能设计只能从建筑材料的配置数量和构造方式来实现, 能提高结构的抗震能力。

2建筑结构的减震设计

结构的减震设计方法很多, 其基本思想是通过设计主动或被动的结构特殊体系, 使得结构在强震时所受到的实际地震作用较小。

因此, 这样设计的结构强度和变形能力无需像弹性法及延性耗能设计要求的那么高。因此，结构的减震技术有极广阔的发展前景。

2.1吸震设计

这种方法主要是在主体结构上安装有特殊的附加结构, 在地震时通过吸震器的运动吸取较大量的振动能量, 从而减轻主体结构的振动效应。其方法是在筒中筒结构楼板与内筒壁处设置分缝,内外筒组成动接触体系,通过振动 时两部分的微碰撞而互相吸能,降低整个结构的地震反应。

2.2 阻震设计

在结构的一些连接处或一些构件上装上一定数量的阻尼器,通过这些阻尼器的较大阻尼力去减少结构的振动响应。如果阻尼器的性能可靠, 则结构的减震效果是稳定可靠的。主要方案有:

在高层框架核心筒体的连接处采用弹簧钢杆摩擦减震器和砂质减震器;

在结构的抗震缝、伸缩缝或沉降缝处放置扭转梁阻尼 器或挤压铅阻尼器;

耗能横缝填充墙: 主要是在填充 墙上设置耗能横缝。这类墙的左右与框架柱脱开,下部与框架固接, 上部由水平耗能缝通过耗能器与框架相连。

2.3 隔震设计

这是目前在我国研究得最多的设计方法。它的基本原理 是在地震 激励的传递路线上设置隔震层, 使通过隔震层传到结构上的地震作用减少到一定程度。

这种设计通常伴随有阻震设计的特点, 这是因为隔震层同时设有特殊阻尼材料的缘故。

3结构的动力优化设计

结构控制与减震设计的方法在具体实施时都会存在一个优化设计问题, 如吸震器和阻尼器的参数、位置的优化； 人工塑性铰的位置、 数量及次序的优化；隔震体 系的 相对滑 移量 与隔 震效果之间的优化等。下面以框架抗震墙结 构为例,介绍结构的动力优化设计。

机构控制理论要求: 对框架结构,在中震时塑性铰仅出现在梁两端,在大 震时才在柱根部出现 塑性铰, 以形成梁式侧移机构 ,在任何情况下节点始终处于弹性状态。对于抗震墙结构,在中震时塑性铰仅出现在连系梁两端, 在大震时才在墙体根部出现塑性铰。

根据实际震害和试验 研究中墙体先于框 架破坏的规律, 通过优化分 析得知, 框架 ) 抗震墙结构的 最佳耗能 机构为: 在中震时，塑性铰仅依次出现 在连 系梁两端、墙体根部及框架梁两端,在大震时才在框架柱根部出现塑性铰。

调整框架与抗震墙的 侧移刚度比、框架梁与柱及连 系梁与墙体的强度比、 柱 轴压比等参数, 并保证梁端、柱端和墙体 根部不发生剪切破坏( 或滑移 ) , 即可 控制 连系 梁、框架梁、柱、 墙体的 开裂和屈服顺序, 从而达到控制整个框架) 剪力墙的工作状态。其中, 对带刚梁( 在1 /2梁 高处 设有 水平 缝) 的双 肢抗 震墙 ,通过优 化分析得 知, 刚性 连梁 的 最佳 位置 约 在抗 震 墙总 高度 的1/2处, 刚性连梁的弯曲刚度宜等于普通连梁弯曲刚度的 100 倍左右。

如此设计的抗 震墙, 在弹性阶段, 整体性增强,侧向变形减小, 比普通联 肢抗震墙具有更强的 抗侧向力能力; 在弹塑性阶段 ,刚性连 梁将被分成两根 1/ 2 跨高比的小 梁协同 工作, 抗震墙 侧向刚度减小, 延性和耗能能力增加。

调整刚性连梁 的位 置、 弯曲刚 度和 配筋率等参数, 可控制普通连梁 和刚性连梁的内力及梁端开裂和屈 服顺序, 从而达 到控制整个剪力墙的工作状态。

结 语

总而言之，结构控制与减震设计 的各种方法各有优 缺点, 必须 结合具体情况选择其中几种进行优化组合。另外, 如 何结 合 正常 使用 荷载、风载和小震状态以及大震不倒的标准合 理选取 隔震 器参数 ,还尚待解决。

参考文献

[1]陈海卫;;振动控制技术的发展及存在问题的探讨[J];福建建设科技;2010年01期

[2]刘鸣;结构振动控制的应用及若干问题[J];长安大学学报(建筑与环境科学版);2003年04期

第7篇：隔震技术的基本原理范文

1. 概述

地震是一种突发性的破坏性极强的自然灾害，罕遇的大地震不仅会直接给建筑物及构筑物造成极大的破坏，同时也会造成泥石流等次生灾害的发生，造成极大的人员伤亡和经济财产损失。而我国恰恰是一个地震多发的国家，如唐山大地震和汶川大地震都是史无前例的特大地震灾害，给人们带来了极其巨大的痛苦。所以结构设计中的抗震设计是关系人民生命和财产的大事，必须给予高度的重视，特别是在我国的震区。

传统的结构抗震设计[2]主要致力于保证机构自身具有一定的强度、刚度和延性，以满足一定的抗震设计要求。事实表明，在大震作用下结构主体经常会产生不可修复的损伤甚至破坏，造成的损失是巨大的，难以接受的。这种仅靠自身性质抗震的结构在地震作用中处于被动受力状态，因此是一种消极的抗震方式。为使结构更有效地抵抗地震作用，以隔震、减震为技术特点的技术逐渐发展起来，并且许多设备都以在现实结构特别是地震区建筑和超高层建筑中广泛的应用。

结构控制理论按是否需要外部施加能量分为主动、半主动和智能控制及被动控制。而被动控制主要可分为隔震技术、消能减震技术和吸震减震技术。隔震技术[3]是在结构物地面以上部分的底部设置隔震层，使之与固结于地基中的抵触顶面分开，限制地震动向结构物的传递，如橡胶支座隔震和滚子隔震等。隔震结构主要用于基本规则的低层和多层建筑；吸震技术[4]是在主体系统上加附加子系统，以减少主体结构的震动，如调谐质量阻尼器TMD或调谐液体阻尼器TLD。吸震系统主要应用于大跨结构及超高层抗风中；消能减震技术[5]是在结构中设置非结构的耗能元件（耗能器或阻尼器），结构振动使耗能元件在被动的往复运动中耗散结构的振动能量，减轻结构的动力反应。这比传统的依靠结构本身延性耗能显然是更近了一步，耗能元件一般不改变结构的形式，也不需要外部能量的输入。耗能减震技术由于技术相对成熟，施工方便，设备制造相对容易，减震效果明显等特点使之广泛用于多高层建筑抗震的设计和加固[6]中。它也是本文的重点论述对象。

2. 消能减震技术的原理

消能减震结构体系是一种较新的抗震结构体系，是把一些非承重构件（如支撑、连接件等）设计为耗能杆件，或在结构的一定部位装耗能设备（阻尼器等），在小风小震作用时，这些耗能杆件或装置和结构本身能保证足够的侧向刚度，使结构处于弹性状态。当出现大震时，随结构的侧向变现增大，耗能构件率先进入非弹性状态，产生较大阻尼，大量消耗地震能量，从而大大降低地震对结构的反应，使得主体结构遭受较少的破坏。

下面通过对单自由体系的结构动力学方程[7]，简单阐述弹性状态下消能减震的基本原理。

设但自由度质点受力 ，

根据结构动力学基本方程：

或

其中 ，

―强迫简谐振动频率， ―为结构体系的固有频率， ―为结构阻尼比

解微分方程并整理后得

其中 ，

将 提出后 R 剩下的部分 便是结构动力放大系数，可以理解为相当于静力 产生的位置基础上乘以M。

M是决定结构振动反应的关键参函数。M主要由参数频率比 和阻尼比 决定。总结分析后得下图（图1）：

图1 单自由度结构强迫振动M与 和 的关系曲线

从关系曲线中可以看出M随阻尼比 的增大而减小。即阻尼比增大能明显减小结构振动效应。对于多自由度体系，在弹性阶段，由于可以用振型分解的方法将多自由度体系分解为多个单自由度体系的叠加，所以基本机理和单自由度体系基本相同，不再赘述。通过安装消能减震设备，能明显增大结构的阻尼，从而减少地震对结构的激振作用。

同时也可以从能量角度来说明消能减震的原理[8]，更能说明非弹性状态下消能减震的原理。

地震时，结构在任意时刻的能量方程为

式中 ―地震过程中输入给结构的能量；

―主结构本身的耗能；

―附加子结构的耗能（TMD等）。

其中主结构本身的耗能

式中 ―结构振动动能， ―结构振动势能

―结构黏滞阻尼耗能， ―结构塑性变形耗能

从能量观点上看，地震输入结构的能量 是一定的。其中 为结构的振动能，仅仅是结构转换，不产生耗能。 结构塑性变形耗能，主要靠结构自身的延性耗能，但是当地震能量较大时，大量靠结构延性耗能会导致结构构件的损伤甚至破坏。 结构阻尼耗能，当无消能减震设备时，阻尼比较小，如混凝土仅为5%，能消耗的能量有限。所以通过增加消能减震设备，能明显增加结构的阻尼耗能，从而减少结构的延性耗能，能显著减少地震作用对主要构件的影响，从而使结构更加安全。

3. 常用的消能减震设备

消能减震结构的耗能装置，可以在主体结构进入非弹性状态前，率先进入耗能工作状态，充分发挥耗能作用，从而有效地保护了主体结构，使其不再受到损伤或破坏。耗能装置可以是放置在结构相对位移较大处的阻尼器，也可以是由结构物的某些非承重构件（如支撑等）设计成耗能构件。试验表明，耗能装置可做到消耗地震总输入能量的90%。常用的耗能装备有阻尼器、耗能支撑和摩擦墙等。

3.1阻尼器

消能减震中的附加耗能元件或装置一般称为阻尼器。阻尼器通常安装在支撑处、框架和剪力墙的连接处、梁柱连接处以及上部结构与基础连接处等有相对变行或相对位移的地方。常用的阻尼器可分为位移相关型和速度相关型等，下文将分别进行介绍。

3.1.1 位移相关型阻尼器

位移相关型阻尼器通常用塑性变形性能好的材料制成，利用其在反复地震荷载下良好的滞回性能来耗散地震能量。主要有金属屈服型阻尼器和摩擦型阻尼器。

1）金属屈服型阻尼器。金属屈服型阻尼器是利用软钢材料屈服后的塑性变形来耗散地震能量的。低碳钢具有优良的塑性变形能力，可以在超过屈服应变几十倍的塑性应变下往复数百次而不断裂。阻尼器的主要形式有：轴向屈服型中的软钢沿构件长度方向设置，产生轴向变形屈服，其形态类似于支撑；剪切屈服型中的软钢按平板设置，产生平面内剪切变形屈服，其形态类似于腹板。此外还有利用软钢弯曲屈服和扭转屈服的阻尼器。

下图2是台湾大学蔡克全教授[9]提出地的三角板耗能阻尼器(TADAS)。该设备由数片三角形钢板悬臂地焊接在一块地板上，在垂直于钢板的侧向力作用下，悬臂板的弯矩与钢板宽度呈同样的线性变化，整块钢板会同时发生弯曲屈服，从而提供较大的变形和耗能，滞回曲线如图3。

图2TADAS示意图 图3 TADAS滞回曲线

软钢阻尼器可以同时提供阻尼和刚度，同时，由于设置的屈服点不同，同一装置在不同地震作用下的耗能效果差异很大。所以软钢阻尼器的刚度和屈服荷载是设计中需确定的主要性能指标。

2）摩擦型阻尼器[10]。摩擦型阻尼器是通过有预紧力的金属固体部件之间的相对滑动摩擦来耗能。通过调节预拉力可以调整部件之间摩擦力的大小，对钢板表面进行处理可以改善摩擦性能。

图4为1982年Pall和Marsh研究科一种十字型双向摩擦器，其独特之处在于由横联板和竖连杆组成四连杆结构，当X型支撑一个方向受拉时，通过连杆机构使得另一方向的摩擦设备也发挥作用，一方面增强了摩擦耗能能力，另一方面也避免了另一方向支撑受压而产生的屈曲问题，滞回曲线如图5。

图4 Pall十字型双向摩擦阻尼器图5 滞回曲线

摩擦型阻尼器的摩擦耗能需在摩擦面间产生相对滑动后才会发生作用，在多次反复荷载作用下具有较稳定的耗能性能。但是，当摩擦阻尼器在动静摩擦力的作用下有时会出现起滑时的摩擦振动，设计人员需对其影响预先做出评估。

3.1.2 速度相关型阻尼器

速度相关型阻尼器包括黏滞阻尼器和黏弹性阻尼器。这类阻尼器的主要优点是：阻尼器从小振幅到大振幅都可以产生阻尼耗能作用。但是这种阻尼器一般采用粘性或黏弹性材料制作，阻尼力往往与温度有关，且加工制作要求较高，价格较昂贵。

1）黏滞阻尼器[11]。黏滞阻尼器是通过高粘性的液体（如硅油）中活塞或者平板的运动产生黏滞阻尼力来耗能。黏滞阻尼力主要与活塞在流体里的运动速度有关，一般与速度成正比。其构造如图6

黏滞阻尼器在较大频率范围内都呈现比较稳定的阻尼特性；另外，黏滞阻尼不会给结构产生附加刚度，对结构的主频率影响较小，对加速度效果控制较好，而位移型阻尼器对位移控制效果较好而对加速度控制效果相对较差。但是粘性流体的动力粘度与温度有关，是黏滞系数随温度变化；同时加工制作要求较高，黏滞液体易发生渗漏。

2）黏弹性阻尼器[12]。黏弹性阻尼器是利用异分子共聚物或玻璃质物质等黏弹性材料的剪切变形来耗散地震能量。典型的黏弹性阻尼器构造如图7

图7典型的粘弹性阻尼器构造图

黏弹性阻尼器的优点：构造简单、性能优良、造价低廉、耐久性较好，同时它的滞回曲线近似椭圆形，耗能强。但是，缺点是对环境因素较为敏感，温度和工作频率影响较大。一般来说黏弹性材料的剪切模量随温度的升高而降低，随频率的增大而变大。它的耗能能力对应于某个温度和频率存在一个最大值。

3.2耗能支撑

耗能支撑实质上是将各式阻尼器用在结构支撑系统上的耗能构件。常用的有如下几种：

1）耗能交叉支撑。在支撑较叉处利用软钢阻尼器的原理，做成耗能交叉支撑。这种耗能装置通过支撑交叉处的方刚框或圆钢框的塑性变形耗能。如图8：

图8耗能交叉支撑

2）摩擦型耗能支撑。通过相互运动的摩擦力来耗能，其中一典型构造同摩擦型阻尼器。

3）耗能隅撑。隅撑两端刚接在梁、柱或基础上，普通支撑简支在隅撑的中部。地震作用下，通过隅撑的屈服消耗地震能量。由于隅撑不是结构主要构件，更换较为方便。图9为几种常见的隅撑

图9常见耗能隅撑

4）无黏结套箍防屈曲耗能支撑[13]。防屈曲耗能支撑主要由钢核心构件、外约束构件(钢管、混凝土等)和无粘结材料组成（图10）。其工作原理为：支撑结构在地震作用下所承受的轴向力作用全部由支撑中心的芯材承受，该芯材在轴向拉力和压力作用下屈服耗能，而钢管和套管内灌筑混凝土或砂浆提供给芯材弯曲限制，避免芯材受压时屈曲。由于泊松效应，芯材在受压情况下会膨胀，因此在芯材和砂浆之间设有一层无粘结材料或非常狭小的空气层，可以减小或消除芯材受轴力时传给砂浆或混凝土的力。

防屈曲耗能支撑在受拉与受压时均能达到屈服而不发生屈曲，较之传统支撑构件具有更稳定的力学性能，经过合理设计的防屈曲耗能支撑不但可具有高刚度和高延性，并且不易屈曲特性更能发挥钢材良好的滞回耗能能力（图11）。因此，防屈曲耗能支撑同时具有中心支撑和滞回型耗能元件的优点，具有良好的应用价值。

3.3耗能墙

黏滞耗能墙（构造如图12），该耗能墙由上下两部分构件构成，下部做成容器状，其中装盛粘性液体，上部可做成钢板墙状，可在容器中运动。实际应用时，耗能墙可镶嵌在钢框架中，耗能墙上部与框架下层梁相连。地震作用下楼层间产生相对运动，内部钢板在黏滞液体中来回运动，产生阻尼力，耗散能量。

4. 结语

第8篇：隔震技术的基本原理范文

【关键词】建筑结构；抗震；加固

我国是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一，由于受太平洋板块、亚欧大陆板块和印度洋板块的挤压，地震断裂带纵深发育水平很高，导致我国地震活动频度高、强度大。大陆Ⅵ～Ⅸ度地震区占国土面积的80%以上，并且地震区中很大一部分为抗震设防相对较薄弱的村镇地区。历次震害表明，砌体结构建筑物的楼层数越高其所受的震害就越严重。

1.影响砌体房屋抗震性能的因素分析

1.1砌体房屋纵墙的影响

随着住宅商品化和住宅功能要求的提高，使得一些多层砌体住宅房屋的客厅增大，个别的设计方案和实际工程在客厅的外纵墙没有设置，形成构造柱、圈梁与阳台门相连，使得外纵墙的开洞率大于55%。众所周知，多层砌体房屋的抗震性能主要依靠砌体墙，而地震作用在水平方向是两个方向的，房屋的纵向相对于横向弱得多，在地震作用下纵向则率先开裂和破坏。由于是纵向墙体又是横向墙体的支承，所以纵向墙体的开裂和破坏则会削弱对横向墙体的支撑作用，对多层砌体房屋的整体抗震能力产生非常不利的影响。

在实际的多层砌体住宅房屋中，还有纵向阳台门和窗的中间砌筑240mm×240mm的砌体墙垛。这个方案虽然较阳台全部为开洞要好一些，但是该砌体墙垛的高宽比远大于4，在地震作用下为弯曲破坏，由于砌体墙垛的抗弯能力很差，所以该墙垛对房屋的整体抗震能力几乎没有什么贡献。

提高多层砌体住宅房屋的纵向抗震能力，应满足以下两个方面的要求：

（1）多层砌体住宅房屋至少有一道通长且基本贯通的内纵墙，门洞的宽度不宜大于1.5m；所谓基本贯通，就是不宜有大于720mm的错位。

（2）外纵墙的开洞率应进行控制。在仅有一道内纵墙的情况下，6度和7度时外纵墙的开洞率不宜和不应超过55%；8度时不宜超过50%。

1.2 砌体墙段的局部尺寸

《建筑抗震设计规范》明确规定：“局部尺寸不能满足时应采取局部加强措施弥补。”这里有两个问题值得讨论：

1.2.1局部尺寸不足的量化

从局部尺寸的限值是为了在地震作用下该轴线的墙段各个击破即个别墙率先开裂和破坏的概念出发，局部尺寸不足者不宜小于[GB50011—2001建筑抗震设计规范]给出的限值0.8；其墙段的宽度可以从墙体外边缘算起。

1.2.2采取加强措施

（1）加大墙边处构造柱的截面和配筋。

（2）对局部尺寸不足的墙段采用水平配筋砌体等。

1.3 砌体房屋的层数及高度

现行建筑抗震设计规范（GB5001l-2001）对多层砌体房屋的总高度和总层数有了强制性规定。在设计中房屋总高度及总层数应同时满足限值，因为楼盖重量占房屋总重的一半左右，房屋总高度相同，多一层楼盖就意味着增加半层楼的侧向地震作用，同时加大对底部的倾覆力矩。在中、强地震作用下，因倾覆力矩过大，使得底部墙体产生过大的压力或剪而被破坏，故此减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。

1.4墙体的高宽比

由于砌体墙的破坏形态与墙体的高宽比有关。当砌体墙的高宽比小于1.0时，墙体形成剪切破坏的x形裂缝；当砌体墙的高宽比不小于1.0且不大于4.0时，墙体为剪弯破坏；当砌体墙的高宽比大于4.0时，为弯曲破坏。在墙体中部增设构造柱后，其墙体的破坏形态按构造柱和圈梁（或钢筋混凝土带）包围的两个子墙体呈现出不同高宽比的破坏形态。若砌体墙沿高度方向的中部也设置钢筋混凝土带，则按构造柱和圈梁（或钢筋混凝土带）包围的四个子墙体呈现出不同高宽比的破坏形态。因此，在应用新的GB50011-2001建筑抗震设计规范横墙较少关于“在横墙内的柱距不宜大于层高”时，也要注意不要造成构造柱和圈梁所包围墙体的高宽比大于1.0。当出现构造柱和圈梁所包围墙体的高宽比大于1.0时，宜在墙体高度的中部增设60mm高的钢筋混凝土带，配筋可采用3Φ6。另外，对于横墙较少的多层砌体住宅房屋的方案设计申，一般宜控制一层内大于4.2m的房间占该层总面积不超过60%，否则不会在横墙较少的多层砌体住宅房屋的抗震验算中通过，则必然增加方案的修改工作量。

2.砌体结构房屋的抗震加固

上部结构根据实际工程概况分析加固原因和目的，进而确定结构的抗震加固方法。对抗震承载力不足或开裂受损的房屋而言，宜采取面层或板墙加固、拆除重砌、增设砌体或钢筋混凝土抗震墙、裂缝灌浆加固等措施。对于整体性差的砌体结构，采用增设构造柱、圈梁、钢拉杆或锚杆等措施加强纵横墙及其与楼屋盖的连接；也可采取增设托梁、预制楼屋盖增设叠合层等方法加强楼屋盖，从而提高结构的整体性。局部薄弱部位，如无拉结筋的填充墙、“女儿墙”、悬挑构件、平面不规则处等，采取有关拉结、增强承载力、拆除或平面切割等措施。以上的加固措施均属于传统加固方法，其基本原理是提高砌体结构的抗震承载力或整体性，主要措施是增大材料强度、加大构件截面、增设新构件等。

2.1适用于砌体结构的直接加固方法

（1）钢筋混凝土外加层加固法——属于复合截面加固法。其优点是施工工艺简单、适应性强，加固后的承载力提高明显，技术经验比较成熟；常用于加固柱、带壁墙，但其现场湿作业施工时间长，加固后建筑结构的净空有所减小。

（2）钢筋水泥砂浆外加层加固法——属于复合截面法。其原理是把欲加固墙体表面粉刷层剔除，在墙体两侧附设Φ4mm～Φ8mm的钢筋网片，然后抹水泥砂浆面层，常用于砌体墙加固及钢筋混凝土外加层加固带壁柱墙时两侧穿墙箍筋的封闭。

（3）增设扶壁柱加固法——属于加大截面加固法。其优点与钢筋混凝土外加层加固法相近，但承载力提高有限，不易满足结构的抗震要求，一般仅用于非抗震设防地区。

2.2 适用于砌体结构的间接加固方法

（1）包钢加固——也称粘结外包型钢加固法，以环氧树脂化学灌浆等方法粘结时，称之为湿式包钢加固。这种措施受力可靠，施工简便，现场作业量小，但用钢量较大，加固费用高，防护措施要求较高，适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高结构承载能力的加固。

（2）预应力撑杆加固法——其优点是最大幅度地提高砌体柱的承载能力，适用于加固高应力、高应变状态的砌体结构；缺点是不能在600℃以上的高温环境中使用。

2.3 砌体结构构造性加固与修补

（1）增设圈梁——这种措施可用于既有砌体结构的圈梁设置不符合抗震要求、纵横墙交接处有明显缺陷及房屋整体性较差等工况。

（2）增设梁垫——该措施可用于大梁下砖砌体被局部压碎或大梁下墙体局部产生竖向裂缝等工况。

（3）砌体局部拆砌——当房屋发生局部破裂，且未影响承重及结构性安全时，将破裂墙体局部拆除，并采用高一级强度的（下转第341页）（上接第238页）砂浆及整砖砌筑。

（4）砌体裂缝修补——可根据砌体构件的受力状态和裂缝特征及其产生原因，针对性地进行裂缝修补或加固。常采用水泥砂浆填缝修补、配筋水泥砂浆填缝修补、灌浆修复等措施。

3.抗震加固新技术

3.1减震隔震

随着减震技术的发展，以及对历次强烈地震中建筑结构破坏形式的总结，我们可通过分析地震作用效应，采用减震隔震技术，减小既有砌体房屋在强震中所承受的地震作用。目前在既有建筑结构中常用的减震技术主要有基础隔震技术、消能减震技术以及调谐减震技术等被动减震方法。

3.2 抗震加固与节能改造一体化

当今世界资源越来越短缺，地震频发，针对抗震加固和节能改造这两项工程，许多学者提出了抗震加固与节能改造一体化，并对其技术进行了深入的研究。一体化技术可以提高既有结构承载能力、改善既有结构的抗震性能，与传统抗震加固技术相比，一体化技术改造后结构的承载能力更高、抗震性能更好，能使既有建筑耗能能力有所降低，节约能源，实现了抗震加固与节能改造有机结合，避免二次作业，设计施工一体化，降低运营成本。目前，玻化微珠保温砂浆是抗震加固与节能改造一体化技术中最常用的无机材料。

第9篇：隔震技术的基本原理范文

关键词:激光球面干涉仪;等厚干涉;光学零件面形;干涉仪器;精度分析

中图分类号:TH744文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)24-0191-03

1检测仪器

1.1激光球面干涉仪

1.1.1干涉仪的分类干涉仪的设计方式有许多种,按照形成干涉的光束数目分为双光束及多光束两大类,双光束干涉仪所产生的条纹其亮度多呈正弦曲线的分布情形。其基本原理都是通过各种光学元件形成参考和检测光路的方法。就是采用了一种常见的干涉方式制成的,一般称为菲索干涉仪,这种干涉仪一般用来检测元件表面或光学系统的波相差。由于所用激光的带宽很窄,因此它的相干长度很长可以在光程差很大的情况下得到干涉图样,对待测物体放置的要求不是很严格。泰曼格林干涉仪、菲索干涉仪、麦克詹达干涉仪及麦克森干涉仪,皆属于此种双光束干涉方式。

1.1.2干涉仪检测光学零件表面的优点

其一,它是非接触监测,不会损伤被探测物体表面。

其二,它获取数据的信息量大,图样本身是一个连续变化的过程,有着极高的分辨率。

其三,测量范围大,它可以同时对一个很大表面进行并行的分析和处理。

局限性:因为是分析反射光,所以有足够的反射才能得到干涉图样进行分析。这就对光源和被探测物体的表面粗糙度提出了条件。

1.1.3干涉仪的应用光学仪器中的透镜、棱镜等,其表面质量要求很高,通常要求磨制面与理想几何形状间的误差不超过光波波长的数量级,用干涉法可检验出微小的误差(小于波长的几十分之一)。所以在光学系统评价、表面的粗糙度、面形和元件的微小偏移的测量都采用了干涉仪进行分析。

1.2OSI-75TQ型激光球面干涉仪

OSI-75TQ型激光球面干涉仪(如图1)是用稳频的氦氖激光器作为光源,由于它的相干长度很大,干涉仪的测量范围可以大大的扩展;而且由于它的光束发散角小,能量集中,因而它产生的干涉条纹可以用光电接收器接收,变为电讯号,并由计数器一个不漏的记录下来,从而提高了测量速度和测量精度。

QSI-75TQ型激光球面干涉仪用以检测光学元件的面形、光学镜头的曲率半径以等的一种精密仪器,其测量精度较高。该干涉仪可以检测平面和球面光学零件,前者由分束器、准直物镜和标准平面所组成,后者由分束器、有限共轭距物镜和标准球面所组成。激光光束在标准平面或标准球面上,部分反射为参考光束;部分透射并通过被测件,为检测光束。检测光束自准返回,与参考光束重合,形成等厚干涉条纹。本次实验主要检测球面零件的面形偏差。

1.3仪器的设计原理

激光束经扩束,再经聚光镜会聚后,经过分光棱镜,形成两个支路,一个支路用于观察,将图像成像在CCD上;另一个支路经过准直物镜形成一列高质量的平面波,该平面波进入标准镜在最后一面反射形成参考球面波。由标准镜射出的球面波在被检球面上反射就得到被检球面波。参考球面波和被检球面波在光线的回程中相遇,就发生干涉现象。

表1QSI―75TQ型激光球面干涉仪主要技术指标

技术指标 参数值

测量原理 菲索干涉原理

显示方式 CCD显示

平面参照镜面形精度 p-v:优于 λ/20

球面参照镜面形精度 P-v:优于 λ/15

光源 He-Ne激光器

波长 632.8nm

最大检测口径(平面) 75mm

电源 210～230V40～60Hz

工作温度 20℃～25℃

1.4球面标准镜头

球面标准镜头:F数=1/相对口径=f/D=R/D,在检测时要根据所需检测的曲率半径和F数来选择合适的标准镜头。

如果是凸透镜,镜头的标准面半径要大于被检的镜片半径,要实现全口径检测,最好选镜头的F数小于或等于被测凸透镜的F数。

如果是凹透镜,要考虑整个导轨的长度是否能够实现。在导轨满足的情况下,在选择合适的镜头。同样要想使被测件能实现全口径测量,最好选标准镜头的F数小于或等于被测凹透镜的F数。

表2测量范围

F数 曲率半径测量范围/mm 最大测量口径/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实验中检测的光学零件

零件代号 零件曲率半径 零件名称

t―1 109.9;66.68 双凸透镜

t―2 311.9;77.59 双凸透镜

t―3 22.49;66.76 凹凸透镜

t―4 77.8;77.8 双凹透镜

t―5 827.9;70.47 凹凸透镜

由标准测量镜头测量范围可知:以上这些光学零件都能选用F1、F1.5、F2、F3进行测量。

2检测原理

前面提到菲索干涉原理为等厚干涉,干涉条纹是等光程差(等光学厚度)的点的轨迹。任何干涉、通过对条纹数目或数目变化,可以获得以光的波长为单位的对光程差的计量,用于精密测量和检验。

当两束光波即波阵面合成在一起时,其合成后的光强的分布将由波阵面的振幅和相位来决定。由于相位差的变化产生了明暗相间的干涉图样。而相位差是由于两束光经过的反射路径后形成的光程差造成的。通过分析这样的干涉图样我们就可以经过计算得出图样中的任何一点的光程差。而光程差的出现是由于被检测表面的形状或倾斜与参考表面不一致。那么当我们把参考表面做成一个接近完美的表面时,干涉图样所反映的就是被测表面的情况。

如下图,由一个曲率半径R很大的平凸透镜与一个平板玻璃在O点密接,形成一空气隙,空气隙等厚线是以O为圆心的同心圆圆环。如果单色平行光正入射,则在空气隙上表面形成等厚干涉条纹,条纹形状是以O为圆心的同心圆圈。

(a) 装置(b)条纹

hk是第K级条纹对应的空气隙厚度

rk是第K级条纹半径

因为

第K级暗纹条件

所以

(对应第K级暗纹的厚度)

rk2=R2-(R-hk)2≈2Rhk R≥hk

所以

3实验数据的处理

3.1检测(测量)误差

所谓测量,就是将被测的量和一个作为测量单位的标准量进行比较的过程。例如,用游标卡尺测量轴的直径,就是将轴在直径方向上的线度,与游标卡尺上的刻度进行比较,从而读出其尺寸的过程。

测量误差分类:

过失误差。测量人员主观原因或是客观外界的原因造成;是不允许出现的,必须消除。

系统误差。由测量装置仪器的设计原理缺陷、测量环境变化、以及操作人员的测量方法及读数等造成;可以尽量减小。

偶然误差。由测量装置、零部件变形及信号不稳定性、环境变化、人为因素等造成;这样的误差是必须要出现的。

3.2实验所测数据

光学零件的面形偏差是用光圈数表示的。

光圈的度量包括:

N――被检光学表面的曲率半径相对于参考光学表面曲率半径的偏差称半径偏差;

N――被检光学表面与参考光学表面在任一方向上产生的干涉条纹局部不规则程度称局部偏差所对应的光圈数;

实验显示的数据还包括:P-V、RMS值、等高图、三维立体图、X-Y剖面图、干涉条纹图等。

3.3测量数据

实验中将测量数据列成表格,可以简明地表示出有关物理量之间的关系,便于检查测量结果是否合理,有助于发现、分析、解决问题。

表4使用标准球面镜头F2.0检测结果

编号 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

项目代号 109.9;66.68 311.9;77.59 22.49;66.76 77.8;77.8 827.9;70.47

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

PV(波长) 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

零件名称 双凸透镜 双凸透镜 凹凸透镜 双凹透镜 凹凸透镜

4结论

第一,对环境的要求(温度,湿度,气流,震动):干涉仪要求在温度恒定(温度控制在22℃～24℃),没有明显气流,不能太潮湿,湿度最好控制在60%左右。如果工作环境满足不了以上的要求,则对干涉仪的测量精度造成一定的影响。同时由于我们使用的是He-Ne气体激光器,当温度变化或有气流影响时,会对稳频有影响,造成激光仪的不稳定。震动对软件计算的影响较大,最好放置在隔震的地方。

第二,开机15分钟后,等激光器稳定后在开始进行检测。当监视器中的条纹出现亮暗和对比度的变化时,一般在1分钟内就可以恢复正常。如果在几分钟后还有这种现象时,请关闭激光控制器电源,30分钟后再重新启动。

第三,在检测时还要注意被检件的材料。因为材料不同反射率就不同。反射率低的材料在检测时,干涉条纹会相对淡些;反射率高的材料,相应的干涉条纹就亮些。

第四,本次实验目的是通过不同F数的标准镜头来测量相同的零件的面形,从而找出其中测量最为理想的标准球面镜头,可是由于镜头和测量环境存在的问题,致使F1、F1.5、F3调试出现的光圈均达不到理想状态,导致测量的数据均与实际相差较大,所以只有标准镜头F2.0能精确的测试出其测量范围内的所有光学零件的面形。通过对标准镜头F2.0测量的五块光学零件的测量数据进行分析,我们可以知道被检光学零件的表面面形、曲率半径等的偏差都非常的小,属于较高精度的测量,标准镜头F2.0能满足高精度面行的测量。

5结语

随着现代科学技术和国防事业的发展,对一些光学系统的成像质量要求越来越高,迫切需要有高精度的光学材料的检测手段。先进技术的发展日新月异,精密测试技术应该适应这种发展,担负起质量技术保证的重任。这就要求首先要以提高产品的质量为出发点,这也是要达到的最重要的目的。其次是精密测试技术要提高产品的生产效益。因此,检测方法要能适应快速发展生产的要求,不能单纯为了检测而检测,更不能因为检测的要求而影响生产的效益,从更积极的角度出发,应该是由精密测试技术的良好服务从而促进生产能力的提高。根据先进制造技术发展的要求以及精密测试技术自身的发展规律,不断拓展新的测量原理和测试方法,以及测试信息处理技术,为高效生产提供质量保证。

参考文献

[1] 蔡立.光学零件加工技术[M].北京:兵器工业出版社,2006.

[2] 吴强.光学 [M].北京:科学出版社,2006.