阻尼器,一手资源,网上很难找到

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6.1 测试抽样个数

《行业标准》对出厂检验7.2 中C)中的出厂力学性能检测抽样规定“每批应按不低于20%的要求进行抽检,且每批不应少于3件”,要求合格率100%。这类产品检验,在美国ASSHTO等规范中均要求每个出厂的阻尼器都要作严格的静、动力两方面检验。这是因为,阻尼器的生产工艺和数据调整十分复杂困难,很容易控制不好。不能保证各项指标的产品就不能保证它的正常工作。也更是使用了阻尼器的结构在未来地震中不因阻尼器的失效而导致破坏的起码保证。

6.2 地震循环测试

行业标准中6.2.4.2阻尼器耐久测试中的疲劳性能试验方法提出:当以地震荷载控制为主时,施加1HZ的正弦力,选择加载60个循环。我们不得不非常遗憾地说,作为一个行业标准最重要的部分,阻尼器的测试部分,编制者和审查者自己似乎并没有完整的做过一遍,也没有仔细地推敲过别人试验的情况和结果。阻尼器的动力和疲劳测试主要有两种:一种为地震荷载的测试,也就是大地震荷载下的低周疲劳测试。另一种是最大风荷载下的高周疲劳测试。

实际阻尼器在大部分地震下达到最大振幅的情况都不到一个循环[13]。保守地说,如果有3-5次这种满负荷的循环试验,阻尼器在地震中的表现应该是可以保证的。因此,这种达到最大受力荷载的动力测试在一定周期下的循环次数并不需太多。美国土木工程协会HIETC中最多做过10次这样的循环,美国ASCE-7-05规范中要求作5次。再多,对于普通抗震用阻尼器没有必要。现在世界上生产的这种抗震阻尼器循环的次数多了,也会因阻尼器过热而受不了破坏。美国Enidine公司就在HITEC的10周循环试验中破坏了。破产的法国Jarret 阻尼器在三个动力循环后阻尼力就急速衰减达不到要求。据我们所知,目前世界上要想让阻尼器达到60次以上的产品只有美国泰勒公司设计生产的无摩擦金属密封阻尼器。它是一种阻尼器内部热量高度平衡的装置,价格昂贵[12]。

忽略了这一点就会产生错误。我国2001年“建筑设计规范”中对阻尼器的测试要求“阻尼器在最大设计允许位移情况下往复循环60圈后消能器性能衰减量不应小于10%”。这里没有说明循环振动的周期,是其含糊不清之处。新规范也应一并考虑。

美国ASCE-7-05抗震规范中对于该项最大地震荷载下的循环测试要求测试的频率按结构第一周期的倒数,循环次数取为5次。

6.3 风荷载循环试验

同是《行业标准》6.2.4.2阻尼器耐久测试中当以风振控制为主时的疲劳性能试验方法提出:输入位移风荷载疲劳循环测试,每次200次,累计10000次。该项试验主要是检验阻尼器

在连续循环试验中的散热能力和抗疲劳性能。间断多了就失去试验的目的。

6.4 频率相关测试

为了检测阻尼器在不同频率荷载的作用下的工作能力。阻尼器要作不同频率下的最大阻尼力的动力试验。《行业标准》6.2.4.3 中规定加载频率分别为0.1Hz ~ 2.5 Hz 中6个选项。这是没有反映结构自身的动力特性。我们知道,结构无论在风振和地震中主要的振动周期应该是结构的基本周期T1 。阻尼器的振动也主要按基本周期振动。国际规范中频率测试范围取在1/T1 ~ 2.5/T1,当然就科学多了。

况且,像《行业标准》的取值办法就很可能进入无法试验甚至无法生产的区域。如:云南昆明某重要建筑工程,设计的阻尼器是1500kN,±400mm,这样的参数,对一个大型隔震结构,是在合理的范围内。可是,如果我们按《行业标准》取2.5Hz 的频率测试,其测试速度V应该是:

(2)

其中f为振动频率,A为振动幅值。

要知道,目前世界上最大能力的美国圣地亚哥大学动力测试设备也仅可达到1800mm/s[11],也足够用了。这种测试要求出在我们的国标中不是太离谱了吗?

下面我们还介绍阻尼器最重要的三个关键测试。《行业标准》中均未提到。

6.5 基本性能测试

我们所生产的阻尼器是否真能符合设计要求并符合公式(1)的计算结果,是我们生产出的阻尼器每个都要验证的最重要的要求之一。通常我们按设计要求的阻尼系数和速度指数绘出“速度-力”和允许误差范围相关曲线。再将我们的试验结果填入,鉴定它是否在允许的范围之内(±15%允许误差)。

6.6 不同温度环境测试

《行业标准》中对粘滞阻尼器的测试中没有提及不同温度测试。实际上温度的敏感性是阻尼器质量最为重要的测试之一。国际上很多阻尼器的主要问题就是温度稳定性差,在温度变化中不能保证阻尼器的性能一致性(±15%允许误差)。甚至导致阻尼器的破坏[11]。

6.7 阻尼器的慢速检测

阻尼器的内部摩擦是引起阻尼器漏油破坏的重要因素,必要的慢速检验,将阻尼器最大受力控制在设计最大力的10%以内。是鉴别阻尼器质量的一个必要测试。也是ASSHTO规程的测试规定。

6.8 误差控制

《行业标准》给出不同的测试误差控制标准。其中阻尼力是±15%,阻尼系数和阻尼指数是±20%。从公式(1)中介绍的关系等式,这显然是个不符合误差计算的基本理论、不能实现的误差范围。公式中阻尼力的控制误差不可能小于式中单项因素的误差。

在其它疲劳和频率测试项目中,编者都给出了±20%的误差范围。

大家知道,阻尼器是我们结构分析一个重要部分,它可能使我们的计算在地震分析中减少10%甚至50%的受力和位移,但因为内介质油体的不稳定性,±15%以内的误差是国际标准中所允许的。无论美国ASSHTO和ASCE-7-05等各种规范都控制各项误差在±15%以内,这是目前国际水平的体现。

《行业标准》多项指标采用±20%的误差允许误差范围,在编制者产品试验中还有±25%(Ref [3] P 5)的记录。这种降低门槛,使其低于国际标准、纵容低水平的生产产品,不仅对我们抗震要求十分不利,也不利于我国早日赶上世界先进水平,更谈不上已经赶上和超过了世界先进水平。

该行标的编制者有意放宽了误差范围,再加上阻尼器不设置安全系数,会给我们的设计带来危险的结果。如果一个要求最大出力为1000kN的阻尼器,它的实际出力能力可能只有800kN。结构是不安全的。而同样的情况,如果在美国,阻尼器的强度设计的安全系数是2倍以上、产品至少要求保证1.5倍的安全系数,

±15%的允许误差,订货的阻尼器至少能承受:

的受力,结构还是能做到安全可靠。

图1《行业标准》编者的阻尼器剖面图