【摘要】隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，高層建筑越來越多的出現(xiàn)在人們的生活和工作當(dāng)中。在高層建筑當(dāng)中，電梯是必不可少的交通工具。而電梯的平衡重系統(tǒng)對(duì)于電梯的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。本文針對(duì)電梯平衡重系統(tǒng)的抗震控制措施，建立了約束阻尼層的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行了總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】電梯；平衡重系統(tǒng)；阻尼抗震

前言

在電梯的平衡重系統(tǒng)當(dāng)中，阻尼抗震設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。它對(duì)于電梯作用的正常發(fā)揮起著很大的保護(hù)作用。因此，我們應(yīng)當(dāng)對(duì)電梯平衡重系統(tǒng)的阻尼抗震設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行明確和規(guī)范，才能使這項(xiàng)技術(shù)得到充分的發(fā)展和應(yīng)用。

一、約束阻尼層導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)微分方程

在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，導(dǎo)軌可以被當(dāng)作是導(dǎo)軌架上支撐的一系列簡(jiǎn)支梁。對(duì)這種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，可以轉(zhuǎn)化為對(duì)簡(jiǎn)支梁約束阻尼層的設(shè)計(jì)。

（一）阻尼層的粘帖方式

當(dāng)前，我國(guó)較為常用的平衡重系統(tǒng)導(dǎo)軌是T型截面的。其控制措施具體形式是將一定厚度的粘彈性阻尼材料對(duì)稱的粘貼于普通導(dǎo)軌的區(qū)段兩側(cè)，同時(shí)將上下兩端與導(dǎo)軌直接相連的鋼夾板粘帖于其外側(cè)。鋼夾板的作用是阻止粘彈性阻尼材料發(fā)生形變，從而使其形成約束阻尼層。

如果發(fā)生地震，那么導(dǎo)靴對(duì)普通導(dǎo)軌進(jìn)行反復(fù)的壓緊，隨著平衡重的震動(dòng)，會(huì)使其產(chǎn)生形變[1]。由于鋼夾板具有很大的剛度，因此會(huì)比導(dǎo)軌的形變要小。因此，在鋼夾板與導(dǎo)軌之間的阻尼層產(chǎn)生的剪應(yīng)變就會(huì)很大，在振動(dòng)的過程中，會(huì)消耗很大的能量，從而起到減振的作用。

（二）約束阻尼層普通導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)微分方程

T型導(dǎo)軌的無阻尼運(yùn)動(dòng)的微分方程為：，其中，E是T型導(dǎo)軌材的料彈性模量，I是T型導(dǎo)軌的截面慣性矩，m是單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，y（x，t）是導(dǎo)軌的邊形曲線，p（x，t）是導(dǎo)軌所受荷載，其中還包含著導(dǎo)靴對(duì)導(dǎo)軌的自用力p（t），阻尼層對(duì)到對(duì)所產(chǎn)生的阻尼力fd（x，t），還有由此產(chǎn)生的鋼夾板兩端對(duì)導(dǎo)軌的反作用力p1（t）和p2（t）。假設(shè)，T型導(dǎo)軌的第一階振型為主震動(dòng)，那么y（x，t）=Y1（x）η1（t）。其中，Y1（x）和η1（t）分別為導(dǎo)軌的第一階振型和相對(duì)應(yīng)的廣義坐標(biāo)。如果假設(shè)導(dǎo)軌為簡(jiǎn)支梁，那么Y1（x）=sin。如果T型導(dǎo)軌的外荷載P（t）=P0sinωt，那么f0（x，t）=2τhc，其中hc是阻尼層的寬度。τ是阻尼層所產(chǎn)生的剪應(yīng)力。因此，τ（x，t）=G’γ+G”γ/ω。其中，G’和G”分別是粘彈性阻尼材料的存貯性模量和損耗彈性模量，γ是剪應(yīng)變。通過實(shí)驗(yàn)證明，粘彈性阻尼層和鋼夾板的長(zhǎng)度只需要達(dá)到層高的1/5-1/6就可以滿足需求。而由于鋼夾板的長(zhǎng)度比較小，因此其剛度比T型導(dǎo)軌大很多，所以，可以將其看作為剛性。

在同等情況下，普通導(dǎo)軌與平衡重的質(zhì)量相比，是比較小的，甚至可以忽略，所以M*=0，此時(shí)C*和K*就由是T型導(dǎo)軌和約束阻尼層所形成的復(fù)合導(dǎo)軌的等效阻尼和等效剛度[2]。在研究平衡重系統(tǒng)的動(dòng)力反映的時(shí)候，可以直接利用平衡重系統(tǒng)的動(dòng)力分析模型來進(jìn)行。以上方式能夠使阻尼層在設(shè)計(jì)的過程中得到有效的簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)工作也將因此而變得更加的簡(jiǎn)單、便捷。

二、阻尼層參數(shù)的變化對(duì)復(fù)合導(dǎo)軌等效阻尼和等效剛度的影響

通過C*和K*的相應(yīng)公式我們可以發(fā)現(xiàn)，他們都是隨著k11的增加而呈現(xiàn)單調(diào)上升的趨勢(shì)。而且如果G’保持不變，那么C*會(huì)隨著損耗因子G”/G’的增大而上升。而從k11的公式中可以看出，k11是隨著G’，hc和1/tc的增加而上升的。另外，阻尼層的長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)，否則，鋼夾板的長(zhǎng)度也會(huì)隨之增加，從而導(dǎo)致鋼夾板的剛度減小，形變?cè)龃蟆＿@樣就會(huì)造成鋼夾板和T型導(dǎo)軌之間的相對(duì)性變減小，阻尼層的剪應(yīng)變也隨之減小，最終將會(huì)導(dǎo)致減振效果大大降低。

有一點(diǎn)需要特別注意，那就是粘彈性材料G’和G”的取值通常是依據(jù)振動(dòng)頻率而決定的。當(dāng)導(dǎo)靴在導(dǎo)軌上處于不同位置的時(shí)候，平衡重系統(tǒng)的震動(dòng)頻率也會(huì)隨之發(fā)生改變[3]。所以，在對(duì)導(dǎo)靴不同位置的符合導(dǎo)軌的等效高剛度和等效阻尼進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，各種矢量取值都應(yīng)當(dāng)隨之變化。而計(jì)算結(jié)果顯示，如果導(dǎo)靴處在導(dǎo)軌中間的時(shí)候，即L0在0.2L-0.8L之間時(shí)，平衡重系統(tǒng)的動(dòng)力反應(yīng)是最大的，此時(shí)其振動(dòng)頻率變化較小。而當(dāng)導(dǎo)靴處于中間區(qū)段以外的時(shí)候，雖然平衡重系統(tǒng)的頻率變化較大，但是動(dòng)力反應(yīng)卻很小。因此，職能考慮導(dǎo)靴處在導(dǎo)軌中間區(qū)段是的情況。

三、應(yīng)用阻尼層的平衡重系統(tǒng)在地震中的反應(yīng)

本文對(duì)某棟14層建筑安裝了阻尼層的平衡重系統(tǒng)的電梯進(jìn)行了試驗(yàn)，在電梯平衡重系統(tǒng)當(dāng)中分別輸入了兩組地震波數(shù)據(jù)，通過這種方式研究阻尼層參數(shù)的變化對(duì)平衡重系統(tǒng)地震反應(yīng)的影響，以及平衡重系統(tǒng)在不同地震情況下的動(dòng)力反應(yīng)情況。而通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，得出了如下結(jié)論：

①如果鋼夾板為剛性，那么阻尼層的厚度越小、長(zhǎng)度越長(zhǎng)、平衡重系統(tǒng)在地震的影響下導(dǎo)軌的最大性變和導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間的最大脫開位移就會(huì)減小，減振效果會(huì)有所提高。

②如果T型導(dǎo)軌中含有阻尼層，那么導(dǎo)軌的形變和導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間的最大脫開位移就會(huì)較小，控制效果十分的明顯，控制效果能夠達(dá)到50%以上。這樣能夠有效的防止在發(fā)生地震時(shí)平衡重系統(tǒng)發(fā)生脫軌破壞，或?qū)к壈l(fā)生過大的塑性形變等現(xiàn)象。

③對(duì)于不同類型的地震，導(dǎo)軌上的阻尼層都能夠有效的較少導(dǎo)軌的形變和導(dǎo)靴與導(dǎo)軌的最大脫開位移。

④即使只有T型導(dǎo)軌的中間區(qū)段粘帖有阻尼層，整個(gè)層高的范圍之內(nèi)的導(dǎo)軌最大性變和導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間的最大脫開位移都能得到有效的控制，其極值的發(fā)生位置仍然是在導(dǎo)靴位于0.3L-3.6L之間，這個(gè)規(guī)律與無控制的時(shí)候基本相同。

四、電梯平衡重系統(tǒng)的阻尼抗震設(shè)計(jì)步驟

針對(duì)阻尼層的以上特點(diǎn)，對(duì)于阻尼抗震的具體涉及步驟如下：

①以電梯的系統(tǒng)參數(shù)為依據(jù)，當(dāng)導(dǎo)靴處在導(dǎo)軌中間區(qū)段的時(shí)候，對(duì)其平衡重系統(tǒng)的自振頻率進(jìn)行計(jì)算，更具計(jì)算結(jié)果選擇適當(dāng)?shù)淖枘岵牧?，同時(shí)確定G’和G”。

②以建筑物的層高和T型導(dǎo)軌的截面尺寸為依據(jù)，對(duì)阻尼層的幾何參數(shù)以及鋼夾板的尺寸大小進(jìn)行選擇。在選擇鋼夾板尺寸的時(shí)候，要注意其剛度比T型導(dǎo)軌要大。

③利用公式將復(fù)合導(dǎo)軌的等效剛度和等效阻尼計(jì)算出來。

④利用上一個(gè)步驟的計(jì)算結(jié)構(gòu)，建立相應(yīng)的分析模型，對(duì)導(dǎo)軌和導(dǎo)靴的地震反應(yīng)與阻尼層的剪應(yīng)變進(jìn)行計(jì)算。

如果導(dǎo)靴是處在導(dǎo)軌的中間區(qū)段0.3L-0.6L之間，那么導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間的最大反應(yīng)和阻尼層的最大剪應(yīng)變都符合相關(guān)的要求，那么設(shè)計(jì)過程結(jié)束。如果不符合，則需要重復(fù)以上的步驟，直至結(jié)果符合要求為止。

總結(jié)

本文對(duì)電梯平衡重系統(tǒng)進(jìn)行了分析，尤其對(duì)阻尼減震中的阻尼層的應(yīng)用進(jìn)行了細(xì)致的分析。并結(jié)合這些技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)，建立了普通導(dǎo)軌上阻尼層的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)也證明了在導(dǎo)軌上粘帖阻尼層對(duì)于電梯平衡重系統(tǒng)應(yīng)對(duì)地震的效果的提升。希望對(duì)以后此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展提供更大的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]吳波.電梯平衡重系統(tǒng)的阻尼抗震設(shè)計(jì)[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2011.

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[3]克拉夫.結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)[M].科學(xué)出版社，2013.