抗震加固中粘滯阻尼器空間布置的簡(jiǎn)要分析

蘇鴻梁 趙 杰

（天津振津工程集團(tuán)有限公司1，天津300222；天津市頤和城市建筑設(shè)計(jì)有限公司2，天津300381）

地震災(zāi)害每年給人類(lèi)帶來(lái)巨大損失，造成大量房屋倒塌。新版抗震規(guī)范出來(lái)后，我國(guó)出現(xiàn)大量并不滿(mǎn)足要求的建筑，對(duì)既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固來(lái)提高結(jié)構(gòu)的抗震能力是工程抗震研究的一個(gè)重要方向。采用粘滯阻尼器進(jìn)行抗震加固具有對(duì)原結(jié)構(gòu)破壞小，干作業(yè)，施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，從而得到了廣泛的認(rèn)可。文章通過(guò)對(duì)一工程實(shí)例進(jìn)行分析，希望能為今后抗震加固工程中粘滯阻尼器的選擇提供一些參考意見(jiàn)。

1 工程概況

該加固工程為一七層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，縱向長(zhǎng)34.9m，橫向?qū)?4.4m，總高度為24.6m。結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防烈度：8度，設(shè)計(jì)的基本地震加速度：0.20g，設(shè)計(jì)場(chǎng)地土為Ⅱ類(lèi)，所處場(chǎng)地的特征周期為0.4s。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建立PKPM模型和SAP2000模型進(jìn)行對(duì)比分析,本工程的基本平面布置信息如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置圖

地震波作用下待加固結(jié)構(gòu)的基底剪力與反應(yīng)譜法計(jì)算的結(jié)構(gòu)底部剪力對(duì)比信息如表1所示：

表1 彈性時(shí)程下底部剪力的對(duì)比

2 阻尼器的具體布置

本工程在待加固結(jié)構(gòu)的X向和Y向均設(shè)置了粘滯阻尼器，本著均勻?qū)ΨQ(chēng)和設(shè)置于變形較大處的原則，通過(guò)設(shè)計(jì)分析優(yōu)化，以求顯著降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。具體各層采用阻尼器的數(shù)量，型號(hào)和相關(guān)參數(shù)，如表2（粘滯阻尼器的參數(shù)取值）和表3（減震裝置在各結(jié)構(gòu)樓層布置）所示。

表2 阻尼器類(lèi)型

表3 粘滯阻尼器在各樓層的布置

表4 地震波作用下各樓層的減震效果

3 設(shè)置粘滯阻尼器在彈性時(shí)程分析下的減震效果

通過(guò)對(duì)該結(jié)構(gòu)設(shè)置粘滯阻尼器進(jìn)行抗震加固，討論結(jié)構(gòu)在小震作用下結(jié)構(gòu)的減震比率。減震效果如表4所示。

上述的結(jié)果是通過(guò)選擇三條地震波（兩條天然波和一條人工波）計(jì)算得到的，由以上分析可得：粘滯阻尼器的設(shè)置對(duì)結(jié)構(gòu)的減震取得了良好的效果。以層剪力和層間位移角為對(duì)比指標(biāo)，得出設(shè)置粘滯阻尼器的結(jié)構(gòu)減震效果明顯，結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)時(shí)，粘滯阻尼器有效的發(fā)揮滯回耗能的作用，減輕了主體結(jié)構(gòu)承擔(dān)的地震力。

4 粘滯阻尼器減震效果評(píng)價(jià)

根據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范等效阻尼比的計(jì)算公式：

式中：T為結(jié)構(gòu)的第一周期；mi為第個(gè)自由度的質(zhì)量；Cj為第個(gè)消能器的等效阻尼系數(shù)；θj為第個(gè)消能器的裝設(shè)水平角；Φrj為第一階模態(tài)第個(gè)消能器的兩端相對(duì)水平位移；Φi為第一階模態(tài)第個(gè)自由度的位移。

減震結(jié)果分析：

（1）通過(guò)對(duì)加粘滯流體阻尼器前后耗能比較，可以發(fā)現(xiàn)加粘滯阻尼器后結(jié)構(gòu)的耗能能力提高很大，結(jié)構(gòu)的耗能曲線(xiàn)較飽滿(mǎn)。

（2）各材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)值得注意，保證了輸入的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)和材料的受力變形曲線(xiàn)在統(tǒng)計(jì)意義上的相符。

（3）由分析結(jié)果可見(jiàn)，利用粘滯阻尼器耗能，大大的減少了作用于主體結(jié)構(gòu)的輸入地震能量，有效地保護(hù)了框架結(jié)構(gòu)的梁、柱等主要受力構(gòu)件，改善了結(jié)構(gòu)的抗震性能，取得了較好的減震效果。

（4）在ELcentro波作用下，結(jié)構(gòu)附加粘滯流體阻尼器的層間位移僅為原結(jié)構(gòu)的0.3倍左右。這說(shuō)明粘滯阻尼器在罕遇地震下能很好的減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。

（5）由耗能能量圖來(lái)看，粘滯阻尼器耗散了大量的地震能量，發(fā)揮出了很好的減震效果。

（6）在ELcentro波作用下，設(shè)置于結(jié)構(gòu)中的粘滯流體阻尼器耗能相對(duì)比較飽滿(mǎn)。

（7）罕遇地震作用下，設(shè)置粘滯阻尼器的減震結(jié)構(gòu)的層間位移均滿(mǎn)足抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，層間位移角均小于1/70。

（8）大震下粘滯阻尼器的最大出力為452kN，所選取的600kN的粘滯阻尼器滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

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