日本桥梁和建筑结构监测的研究与实施综述丨Engineering(28)

图24 被动控制中等效阻尼比（ξ）对第一自然周期（T）的依赖性。R2 ：相关系数；H：磁滞阻尼器；V：黏性阻尼器；O：液压油阻尼器；BRB：屈曲约束支撑
除了一座五层楼高的钢筋混凝土建筑，该图显示的结果大部分来自11~54层楼高的中高层建筑。图中所示的结构类型为钢筋混凝土结构（RC）、钢框架钢筋混凝土结构（SRC）、带钢梁的钢管混凝土柱（CFT）和钢结构。地面加速度峰值随着建筑物位置的不同而不同。在日本东北地区仙台市，在一座21层楼高的办公大厦的地下室，研究人员记录的水平加速度峰值为210 cm·s–2和310 cm·s–2 。然而，在日本东京及其周边地区，即埼玉县和神奈川县，研究人员记录的其他建筑物的水平加速度峰值为50~140 cm·s–2 。应当指出，日本东京都会区的地震动与其结构设计中的小地震或中等强度地震相对应。因为输入加速度比东京都会区的地面加速度小，所以图24排除了日本中部地区岐阜市的建筑物，该建筑物具有半主动阻尼器和被动阻尼器。
该图表明，被动控制在所有被观测的建筑物中均有效，因为不受控制的建筑物的第一水平模态的阻尼比通常在1%~2%。大都市地区的主要激振水平不足以使磁滞阻尼器充分发挥作用。值得注意的是，磁滞阻尼器所产生的阻尼对于磁滞阻尼器而言效果稍差。磁滞阻尼器的顶层和底层之间的加速度峰值比的范围为1.7~10.9，而黏性阻尼器和液压油阻尼器的顶层和底层之间的加速度峰值比的范围为1.1~3.1。这些阻尼比揭示了阻尼器动力特性之间的差异：具有位移依赖性的磁滞阻尼器在大地震下工作良好，而具有速度依赖性的黏性阻尼器和液压油阻尼器在小地震、中等强度地震及大地震下工作良好。由于被报道的建筑物数量有限、识别结果差异较大以及建筑结构设计原理未被公开，所以，要准确地描述控制有效性的总体趋势是比较困难的。但是，等效阻尼比刚开始是增长的，之后随着时间的变化出现了下降趋势。
如果想让阻尼比一定，那么被动控制则无法对第一模态大于3 s的高层建筑进行跟踪。从图22中可以看到，等效阻尼比随时间的变化同样出现了下降趋势。在实际的建筑结构中，阻尼器的安装有严格的空间限制，并且安装成本高。然而，通过对地震观测记录进行分析，我们也可以了解建筑结构的振动控制机制。所以，我们建议对建筑结构进行监测，以促进建筑结构控制技术的发展。
（二）用于结构评估和损坏检测的建筑结构监测