黏滞阻尼技术工程设计与应用 [Viscous Damping Technology for Engineering Design and Application] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《黏滞阻尼技术工程设计与应用》系统地阐述了黏滞阻尼技术在结构设计中的基本理论、分析方法和设计方法，以及在建筑工程中的应用。内容包括消能减震技术发展的背景；黏滞阻尼器的构造、性能、力学模型与软件模拟；黏滞阻尼耗能结构分析理论与方法；黏滞阻尼伸臂结构设计；黏滞阻尼墙结构设计；黏滞阻尼器在建筑工程中的应用，包括同济设计院7个案例和日建设计3个案例等。
　　《黏滞阻尼技术工程设计与应用》可供土木建筑工程设计人员和研究人员参考，也可作为土木建筑类专业的研究生教材使用。

作者简介

　　丁洁民，同济大学教授、博士生导师，全国工程勘察设计大师，国家一级注册结构工程师，英国皇家资深注册结构工程师；现任同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司总裁兼结构总工程师。1990年毕业于同济大学结构工程系，获工学博士学位。长期从事复杂结构的研究与设计咨询工作，在超高层结构和大跨度钢结构等复杂结构方面取得许多研究成果，荣获建设部科技进步一等奖，国家科技进步二等奖，教育部科技进步一等奖，中国建筑学会科技进步奖一等奖等，并参与编制了《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《空间结构设计规程》（DG／TJ 08-52-2004）等国家和上海市的有关设计规程。已完成高层、超高层、大跨度体育场馆、会展中心、大型影剧院、高铁交通枢纽等百余项工程项目，荣获全国优秀工程勘察设计行业建筑工程一等奖、二等奖，设计银奖，全国优秀建筑结构设计一等奖、二等奖，英国结构工程师协会全球奖，IABSE杰出结构奖，CTBUH世界优秀高层建筑奖等。
　　
　　吴宏磊，同济大学结构工程博士，国家一级注册结构工程师，英国皇家注册结构工程师，现任同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司技术发展部副总工程师。主要从事超高层建筑、大跨度建筑以及消能减震技术等复杂结构的研究与设计咨询工作，完成的代表工程包括上海中心大厦、郑州绿地中央广场、2010年上海世博会主题馆等，荣获全国优秀建筑结构设计一等奖，中国建筑学会科技进步奖一等奖，并在国内外杂志及学术交流会上发表论文30余篇。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 中国城市化发展面临的抗震减灾任务
1．1．1 地震区域分布广
1．1．2 地震震害严重
1．1．3 城市化进程与抗震防灾工作密切相关
1．2 消能减震技术概述
1．2．1 消能减震装置分类
1．2．2 消能减震技术设计标准
1．3 黏滞阻尼器发展
1．3．1 杆式黏滞阻尼器
1．3．2 黏滞阻尼墙
1．4 黏滞阻尼技术研究现状
1．4．1 黏滞阻尼结构试验研究
1．4．2 黏滞阻尼结构设计研究
1．5 工程案例
1．5．1 中国大陆地区和台湾地区
1．5．2 日本
1．5．3 其他国家
1．5．4 小结

第2章 黏滞阻尼器构造、性能与力学模型
2．1 黏滞阻尼器分类与构造
2．1．1 黏滞阻尼器分类
2．1．2 黏滞阻尼器构造
2．2 黏滞流体材料特性
2．2．1 弹性胶泥
2．2．2 液压油
2．2．3 硅基胶
2．2．4 有机硅油
2．3 黏滞阻尼器性能
2．3．1 杆式黏滞阻尼器
2．3．2 黏滞阻尼墙
2．4 黏滞阻尼器力学模型
2．4．1 杆式黏滞阻尼器
2．4．2 黏滞阻尼墙
2．5 软件模拟
2．5．1 杆式黏滞阻尼器
2．5．2 黏滞阻尼墙

第3章 黏滞阻尼减震结构分析方法
3．1 分析方法
3．1．1 动力时程分析法
3．1．2 能量分析法
3．2 附加阻尼比计算方法
3．2．1 规范提供的计算方法
3．2．2 能量曲线对比法
3．2．3 结构响应对比法
3．2．4 应用举例
3．3 时程波选取原则
3．3．1 中国规范
3．3．2 日本规范

第4章 黏滞阻尼伸臂结构设计
4．1 引言
4．2 黏滞阻尼伸臂减震机理
4．2．1 工作原理
4．2．2 变形分解
4．2．3 减震机理
4．3 黏滞阻尼伸臂参数研究
4．3．1 阻尼指数
4．3．2 阻尼系数
4．3．3 伸臂桁架刚度
4．4 黏滞阻尼伸臂布置研究
4．4．1 布置位置
4．4．2 布置数量
4．5 结构高宽比影响研究
4．5．1 结构整体高宽比
4．5．2 核心筒高宽比
4．6 抗震设防烈度影响研究
4．7 黏滞阻尼伸臂结构设计方法

第5章 黏滞阻尼墙结构设计
5．1 引言
5．2 黏滞阻尼墙减震机理
5．2．1 工作机理
5．2．2 黏滞阻尼墙变形分析
5．2．3 减震机理
5．3 黏滞阻尼墙参数研究
5．3．1 阻尼指数
5．3．2 阻尼系数
5．4 黏滞阻尼墙布置研究
5．4．1 平面布置
5．4．2 竖向布置
5．5 黏滞阻尼墙连接梁段长度影响研究
5．6 抗震设防烈度影响研究
5．7 黏滞阻尼墙结构设计方法

第6章 黏滞阻尼器在建筑工程中的应用
6．1 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司工程案例
6．1．1 晋中汇通大厦
6．1．2 厦门某超高层住宅
6．1．3 天水展贸大厦
6．1．4 上海某银行办公楼
6．1．5 同济教学科研综合楼
6．1．6 同济设计院办公楼
6．1．7 上海2010年世博会主题馆
6．2 日建设计工程案例
6．2．1 读卖新闻报社东京总部大楼
6．2．2 名古屋丰田每日大厦
6．2．3 名古屋MODE学院

附表A 黏滞阻尼器建筑工程案例汇总
A．1 中国大陆地区
A．2 中国台湾地区
A．3 日本
A．4 其他国家
参考文献

前言/序言

　　黏滞阻尼技术是消能减震技术的一种，它是通过在工程设计中主动地引入黏滞类阻尼材料，耗散外部输入到结构中的能量，从而降低结构的震（振）动响应。随着我国城市化进程的快速发展，人们对建筑物高性能、高品质、低造价、绿色节能的要求随之提高，采用传统的以增加结构尺寸和材料用量的设计方法已逐渐不能满足社会的需求。而黏滞阻尼技术可以很好地适应新时代建筑的需求，因此，近几年在世界范围内被广泛地应用于高层、超高层建筑、大跨度建筑、加固改建等类型的工程中。
　　本书是作者及研究团队在工程设计过程中应用黏滞阻尼技术的相关研究成果的总结，力求达到以下特点：
　　1.研究新颖性。一方面系统地介绍了黏滞阻尼技术在国内外的最新发展动态以及应用案例，另一方面针对新型的黏滞阻尼伸臂技术和黏滞阻尼墙技术进行详细的研究和阐述，使读者对黏滞阻尼技术有清晰、全面的认识。
　　2.工程实用性。针对黏滞阻尼技术研究的出发点和落脚点都紧扣工程设计与应用，研究参数的选取、工作机理的描述、工程案例的解析都来自于真实的工程实践，所得结论以及研究方法可供读者结合自身设计与研究需要参考。
　　3.国际视角性。书中包括了日本最新的黏滞阻尼技术研究现状，并由日建设计集团选取有代表性的工程案例进行了详细介绍，对读者进一步了解国际先进技术大有裨益。
　　本书共6章，内容安排如下：第1章绪论介绍黏滞阻尼技术发展现状和典型工程案例；第2章从基本概念出发，介绍黏滞阻尼器的工作性能与力学模型，以及在常用分析程序中的模拟方法；第3章探讨了黏滞阻尼技术在工程结构中的分析方法以及附加阻尼比的计算方法；第4章详细介绍了黏滞阻尼伸臂技术及其设计方法；第5章详细介绍了黏滞阻尼墙技术及其设计方法；第6章汇总了黏滞阻尼技术部分工程实例，这些实例内容丰富，其中，前7个案例为作者主持设计，后3个案例为日建设计主持设计。本书由丁洁民、吴宏磊组织和编写，丁洁民定稿。日建设计集团对本书的出版给予了大力支持，亲自撰写了日本相关的工程案例部分。王世玉、董欣、陈长嘉协助完成了资料收集及插图绘制等大量工作。
　　本书的完成离不开相关领域专家学者的支持和鼓励，中国建筑科学研究院王亚勇设计大师、同济大学土木工程学院吕西林教授提供了关键技术咨询，在此表示衷心的感谢。
　　由于黏滞阻尼技术内容广泛、发展迅速，书中难免有片面或不妥之处，敬请广大读者批评指正。

书籍简介： 《黏滞阻尼技术工程设计与应用》是一部深度探讨黏滞阻尼器原理、设计方法、关键技术及其在各类工程领域广泛应用的专著。本书旨在为结构工程师、机械工程师、土木工程师、减震设计师以及相关领域的研究者提供一套全面、系统且极具实践指导意义的知识体系。 第一部分：黏滞阻尼器基础理论与原理 本部分将系统阐述黏滞阻尼器的基本概念、物理特性以及其在能量耗散中的核心作用。 1.1 阻尼的概念与分类： 深入剖析阻尼在工程结构中的重要性，讲解不同类型的阻尼，如干摩擦阻尼、黏性阻尼、材料阻尼等，并重点突出黏性阻尼的独特性和优势。 讨论阻尼的物理机理，包括能量的吸收、转化与耗散过程，解释黏滞阻尼器如何通过流体在高剪切速率下的黏滞性来工作。 1.2 黏滞阻尼器的基本原理： 详细介绍黏滞阻尼器的核心工作原理：利用阻尼器内部的黏性流体（如硅油、特种润滑油等）在活塞或挡板运动时产生的剪切力来吸收和耗散动能。 讲解黏性流体的本构关系，如牛顿流体和非牛顿流体的特性，以及它们在阻尼器设计中的影响。 推导黏滞阻尼器产生的阻尼力与速度之间的关系，重点介绍指数模型、幂律模型等，以及这些模型在描述不同流体特性下的适用性。 分析黏滞阻尼器的主要组成部分，包括壳体、活塞、阻尼液、密封件等，并探讨各部件的材料选择、结构设计及制造工艺对阻尼性能的影响。 1.3 黏滞阻尼器的数学模型与仿真： 构建黏滞阻尼器的简化数学模型，包括单自由度系统和多自由度系统中的应用。 介绍有限元分析（FEA）等数值模拟方法在黏滞阻尼器设计与性能预测中的应用。 展示如何利用数值仿真软件（如ANSYS, ABAQUS等）来模拟阻尼器的动态响应，预测阻尼效果，优化结构参数。 讨论模型验证与辨识的技术，确保理论模型与实际性能的吻合。 1.4 黏滞阻尼器的性能评价指标： 定义并解释衡量黏滞阻尼器性能的关键指标，如阻尼系数（C）、阻尼比（ζ）、能量耗散能力、刚度特性、频率响应范围、温度敏感性、线性度等。 介绍不同工况（如不同加载频率、幅度、温度）下黏滞阻尼器性能的变化规律。 讨论阻尼器寿命、可靠性及维护要求等实际工程考量。 第二部分：黏滞阻尼器的工程设计方法 本部分聚焦于黏滞阻尼器的具体设计流程、参数选择及优化策略，提供一套切实可行的设计指南。 2.1 阻尼器选型原则与需求分析： 根据工程应用的具体需求（如减震目标、荷载特性、安装空间、环境条件、成本预算等），分析不同类型黏滞阻尼器的适用性。 讲解如何根据结构动力学分析结果，确定所需的阻尼水平和阻尼器参数。 讨论考虑结构模态分析、地震动特性、风荷载特性等，对阻尼器进行初步选型。 2.2 核心参数设计与优化： 活塞与孔口设计： 详细讲解活塞尺寸、孔口几何形状（如圆形、狭缝、多孔板等）及其与流体动力学特性之间的关系，如何通过优化孔口设计来实现所需的阻尼力-速度关系。 阻尼液选择与特性： 深入分析不同黏性流体的黏度、温度敏感性（黏度指数）、压缩性、化学稳定性、润滑性、环保性等特性，指导用户根据具体应用场景选择合适的阻尼液。 密封件设计： 讨论密封件材料、结构设计对阻尼器寿命、可靠性、防止泄漏的重要性，介绍常见的密封技术。 壳体与连接件设计： 强调壳体材料的强度、刚度、耐腐蚀性，以及连接件的设计对承受外部荷载、安装便利性的影响。 2.3 考虑温度效应的设计： 深入分析温度变化对阻尼液黏度的影响，以及这种影响如何改变阻尼器的性能。 介绍温度补偿设计技术，如采用特殊配方的阻尼液、设计具有一定温控功能的阻尼器结构等，以保证在宽泛的温度范围内保持稳定的阻尼效果。 2.4 考虑载荷变化与非线性特性的设计： 探讨当荷载幅值、频率发生变化时，黏滞阻尼器的响应特性。 研究如何设计能够适应非线性荷载的阻尼器，例如，通过多级孔口或变截面设计来实现随速度变化的阻尼系数。 引入迟滞阻尼（Hysteretic Damping）概念，并讨论其在复杂工况下的应用。 2.5 阻尼器集成与安装设计： 讲解如何将黏滞阻尼器集成到主体结构或机械系统中，包括支承结构的设计、连接方式的选择、间隙的设置等。 提供实际安装过程中的注意事项和技术要求，确保阻尼器能够正确发挥作用。 第三部分：黏滞阻尼器的工程应用 本部分将汇集黏滞阻尼器在各个工程领域的大量典型案例，展示其在改善结构性能、提升设备稳定性、保障人员安全等方面的卓越贡献。 3.1 桥梁工程应用： 桥梁抗震减震： 详细介绍黏滞阻尼器在大型桥梁（如斜拉桥、悬索桥、连续梁桥）中的抗震设计应用，如何有效降低地震响应，保护桥梁结构免受破坏。 减小运营期振动： 讨论在运营期，如风振、交通振动等引起的不适感，黏滞阻尼器如何通过耗散能量来提高桥梁的舒适性和耐久性。 案例分析： 选取国内外知名桥梁工程案例，深入剖析阻尼器的设计思路、安装方式、实际效果及性能监测数据。 3.2 建筑工程应用： 高层建筑抗震与抗风： 讲解黏滞阻尼器在摩天大楼、超高层建筑中的应用，应对地震、台风等极端荷载，减小结构位移和加速度，保障人员安全和财产损失。 隔震与消能减震： 介绍阻尼器与隔震支座结合使用，以及在复杂建筑结构（如体育场馆、展览中心）中的消能减震设计。 案例分析： 结合具体建筑项目，展示黏滞阻尼器在提升建筑整体性能方面的实际价值。 3.3 工业设备与机械工程应用： 机械设备减振降噪： 阐述黏滞阻尼器在工业机器人、大型发电机组、精密机床、车辆悬挂系统中的应用，如何抑制设备运行过程中的振动和冲击，提高精度和使用寿命。 储罐、管道系统的防振： 讨论在石油化工、核电等领域，阻尼器如何用于保护储罐、管道免受地震或操作引起的振动破坏。 案例分析： 提供不同行业中设备减振降噪的成功案例。 3.4 交通运输工程应用： 车辆悬挂与减震： 详细介绍黏滞阻尼器在汽车、火车、飞机等交通工具悬挂系统中的作用，如何提高乘坐舒适性和操控稳定性。 轨道交通减振： 探讨在地铁、高铁等轨道交通系统中，阻尼器如何减小线路振动对周边环境的影响，并提升列车运行平稳性。 案例分析： 聚焦交通工具的性能提升，展示阻尼器的关键作用。 3.5 其他特殊应用领域： 航空航天： 介绍黏滞阻尼器在飞行器上的应用，如减震起落架、发动机支架等。 地震工程： 讨论阻尼器在地震监测仪器、仪器台等的防震保护。 海洋工程： 阐述在海洋平台、水下结构等方面的减震应用。 第四部分：黏滞阻尼器技术的发展趋势与挑战 本部分将对黏滞阻尼器技术的未来发展方向进行展望，并探讨当前面临的挑战。 4.1 智能阻尼技术： 介绍智能材料（如磁流变液、电变阻尼器）与黏滞阻尼器的结合，实现阻尼性能的实时可调控。 探讨传感器技术、控制算法在智能阻尼系统中的应用。 4.2 新型阻尼液与材料： 展望新型高性能阻尼液的研发，如环境友好型、宽温度范围、高阻尼系数的流体。 研究新型阻尼器结构材料，以提高阻尼器的强度、刚度和耐久性。 4.3 性能集成与多功能化： 探讨将阻尼器与其他结构功能（如隔震、支撑、监测）集成，实现结构的智能化和高效化。 4.4 标准化与规范化： 分析当前黏滞阻尼器设计、制造、检测和应用方面存在的标准与规范的完善需求。 4.5 成本控制与推广应用： 探讨如何通过技术创新和规模化生产，降低阻尼器的制造成本，进一步推动其在更广泛工程领域的应用。 4.6 长期性能监测与评估： 强调对已安装阻尼器进行长期性能监测的重要性，以及数据反馈在优化设计和维护中的作用。 通过对以上四个部分的深入解析，《黏滞阻尼技术工程设计与应用》将为读者提供一个完整、深入且极具价值的知识平台，帮助工程师们更好地理解、设计和应用黏滞阻尼技术，从而有效提升各类工程项目的安全性和可靠性。本书内容严谨，案例丰富，理论与实践并重，是该领域不可或缺的参考书。