我国地震灾害多发频发，是世界上震害最严重的国家之一。在我国大规模城镇化的背景下，提高建筑结构抵御震害的能力以维护人民群众生命财产安全，这是我们防震减灾工作者的重要使命。以人民需求与市场应用为导向，发展具有高性能、高适用性及轻量化特征的减震技术，这是本课题组的一项重要工作。

惯容是一种近年发展起来的新型的两端点加速度型结构控制元件，基于惯容的减震系统可以实现表观质量放大、阻尼耗能增效、轻量化、负刚度等效果，存在弥补既有防灾减灾措施不足的巨大潜力，相关研究已成为研究热点。课题组关于结构减震技术的研究主要针对惯容减震系统进行。

对于目前土木工程领域中最具工程应用价值的滚珠丝杠惯容装置，在利用滚珠丝杠机制将装置平动转化为飞轮旋转运动以产生表观质量放大效果时，不可避免地会在装置固定端产生扭矩，从而对装置连接处的构造提出了较高要求。针对此问题，课题组提出将传统滚珠丝杠惯容器中的单向丝杠更换为正反牙丝杠以驱动一对飞轮的正反向相对旋转运动，从而创造性地提出了自平衡惯容系统的概念（图1）以放松装置两端的安装要求，并研发了实体装置样机，通过振动台试验验证了其在纯拉力系统中的减振有效性，见图2所示。

图1 自平衡式惯容系统示意图

图2 自平衡惯容器振动台试验

课题组研发的自平衡惯容器方便用于纯拉力系统中。为进一步促进使用纯拉力系统的自平衡惯容器减振系统的实际工程应用，针对拉索式自平衡惯容器减震结构，研究了拉索布置的优化拓扑形式，以日本仙台地区一实际八层钢框架结构为例，建立了拉索式惯容器减震结构有限元模型。实际地震作用模拟结果显示，课题组所研发的自平衡惯容器应用于纯拉力系统中可以高效地抑制结构振动，具备良好的应用前景。

图3 拉索式惯容器减震结构示意图

（a）X向拉索式惯容器布置                         （b）Y向向拉索式惯容器布置

图4 拉索式惯容器减震结构示意图

图5 拉索式惯容器减震结构地震时程响应控制

                           (a) X方向                                                       (b) Y方向            

图6 拉索式惯容器减震结构地震响应控制效果

惯容系统的轻量化、高性能化特点方便其应用于能源与电力设施结构中。基于轻量化目标，课题组提出分布式调谐质量惯容系统进行烟囱地震响应的多模态控制，同时，所研发的自平衡惯容器已成功应用于电力设施的技改项目中。

图7 附加分布式调谐质量惯容系统的高耸烟囱结构

图8 变电站断路器设备的惯容减震技改项目

关于惯容系统的减震研究，课题组目前已在新型惯容器研发、动力试验研究、减震优化设计、抗震性能评估等方面展开深入研究，同时，为进一步提升惯容系统的减震适应性，课题组针对非线性惯容、自适应惯容系统及惯容减振结构的（半）主动控制等方面进行了系列奠基性研究。

图9 惯质可变曲轴惯容的动力试验

欢迎有相同研究兴趣的同学加入，也欢迎相关研究人员进行讨论合作！

参考文献：

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