抗震耗能器在工程中的應(yīng)用

1 工程概況

唐山市唐詩里項目小學(xué)地上4層，占地面積2150.66 m2，總建筑面積8 968.17m2，框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為9度，抗震耗能器質(zhì)量37 t；中學(xué)地上4層，占地面積2 285.09m2，總建筑面積 9 734.92m2，框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為9度。

2 技術(shù)特點與難點分析

1）抗震耗能器型號多，尺寸及焊接鋼筋及錨栓數(shù)量不一。

2）尺寸精度要求高，從錨板和埋板的預(yù)埋到安裝完畢，各工序均對角度及尺寸的要求較高，只有滿足各項尺寸要求，才能最大限度發(fā)揮抗震效能。

3）單構(gòu)件較重且由于在樓層中，無法使用大型吊裝設(shè)備，安裝難度大，安裝過程中安全隱患較多。

4）抗震耗能器斜向支撐與機電管線沖突部位難處理，需要機電和土建施工方積極配合施工，用磁力鉆在支撐厚度方向中點位置開孔。

5）抗震耗能器部位砌體施工難度大，如何保證砌體質(zhì)量成為施工關(guān)鍵點。

3 抗震耗能器作用原理

抗震耗能器是一種阻尼器，采用特殊的阻尼材料制作的被動減震裝置，通過與主體結(jié)構(gòu)相連，利用阻尼特性耗散結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震作用下的能量，減輕結(jié)構(gòu)的變形和損傷。

3.1 支撐型抗震耗能器

一種仿屈服支撐，簡稱BRB，通過約束軸壓構(gòu)件的側(cè)向變形使得耗能器在受壓情況下不會發(fā)生整體屈服，僅芯材達(dá)到屈服狀態(tài)，通過芯材的往復(fù)拉壓變形耗散地震能量。發(fā)生變形時，BRB變形與受力關(guān)系見圖1。

圖1 BRB變形與受力關(guān)系

BRB屈服位移為長度的0.000 6～0.000 8，最大變形為55mm。在設(shè)計位移幅值下，經(jīng)過30圈往復(fù)試驗驗證，主要力學(xué)參數(shù)下降不超過10%，在1.2倍的大震位移下抗震耗能器的主要力學(xué)參數(shù)下降不超過15%，滯回曲線飽滿，疲勞性能能滿足規(guī)范要求。

3.2 剪切型抗震耗能器

一種軟鋼阻尼器，簡稱M D，采用專用軟鋼作為芯材，利用軟鋼作為能量吸收材料，通過金屬剪切板在平面內(nèi)產(chǎn)生的彈塑性變形來耗散振動輸入能量，使用加勁鋼板與防屈曲裝置組合使用，達(dá)到結(jié)構(gòu)減震的目的，可以在小震下耗能，較早進入塑性狀態(tài)消耗地震能量，減小地震力，保護主體結(jié)構(gòu)，在同樣的地震安全度下，可以減少工程量，進而縮短工期。剪切型耗能器通過設(shè)置加勁或約束機構(gòu)保證其發(fā)生全截面屈服，得到穩(wěn)定的滯回曲線，根據(jù)約束機構(gòu)的不同，分為支撐式剪切型抗震耗能器和墻式剪切型抗震耗能器，見圖3和圖4。

圖3 支撐式剪切型抗震耗能器設(shè)計立面

圖4 墻式剪切型抗震耗能器設(shè)計立面

M D屈服位移為0.5～2 mm，最大變形可以達(dá)到屈服位移的45倍且能經(jīng)受往復(fù)循環(huán)3圈以上。在30倍的屈服位移下，經(jīng)過30圈往復(fù)試驗驗證，主要力學(xué)參數(shù)下降不超過10%，滯回曲線飽滿，疲勞性能能滿足規(guī)范要求。

4 施工工藝流程

4.1 支撐式剪切型抗震耗能器

1）加工錨板。先用大于錨筋直徑4mm的鉆頭鉆孔，再用大鉆頭進行擴孔。擴孔應(yīng)成45°坡口；焊縫為耳機焊縫，探傷合格后方可預(yù)埋。

2）預(yù)埋錨件和埋板，再加工節(jié)點板。錨板安裝位置偏差≤10mm，錨板間垂直及水平距離偏差為±3mm。

3）安裝節(jié)點板，使用倒鏈安裝支撐，保證構(gòu)件兩個吊耳起吊，調(diào)整位置控制精度。調(diào)整節(jié)點板間的垂直度＜0.5°；錨板、節(jié)點中心線與柱型鋼中心線位置偏差≤5mm；B R B構(gòu)件長度偏差0～5mm。

4）安裝支撐加勁板，根據(jù)支撐調(diào)整位置，先焊上端節(jié)點、再焊下端節(jié)點。節(jié)點板和B R B連接處采用對接熔透焊縫。焊接完成后補涂環(huán)氧富鋅漆。BRB支撐與水平面夾角偏差≤5°；B R B支撐與水平面垂直度偏差≤5°；BRB支撐與節(jié)點板對接錯邊偏差≤3mm；漆面厚度≮80μm。

5）212mm同節(jié)點板焊接，與砌體拉結(jié)筋連接，周圍填充砌體。抹灰時，在耗能器處掛A4@250mm抗裂鋼筋網(wǎng)片，與墻體搭接300mm。

4.2 墻式剪切型抗震耗能器

1）加工錨板。先用大于錨筋直徑4mm的鉆頭鉆孔，再用大鉆頭進行擴孔。擴孔應(yīng)成45°坡口；焊縫為耳機焊縫，探傷合格后方可預(yù)埋。

2）綁扎上下墩臺鋼筋，安裝預(yù)埋件。墩臺高度允許誤差為±3mm；墩臺與結(jié)構(gòu)水平距離允許誤差為±5mm；埋件表面傾斜不得超過3mm；上下墩臺中心線允許偏差為0～5mm；上下墩臺豎直方向中心線在同一平面內(nèi)。

3）制作阻尼器等高模型（墻厚方向同墻厚），安裝阻尼器等高模型。阻尼器等高模型高度=阻尼器名義高度+5mm，高度誤差不得＞5mm。

4）待樓層混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，拆除阻尼器等高模型，將阻尼器就位至設(shè)計位置，焊接安裝。分層焊接，每焊完一層，用小錘將焊皮敲凈。焊縫等級為二級，不得出現(xiàn)焊接質(zhì)量通病。

5）在阻尼器兩側(cè)填充200mm寬松散材料，然后做建筑面層。抹灰時，在耗能器處掛A4@250mm抗裂鋼筋網(wǎng)片，與墻體搭接300mm。

5 質(zhì)量控制要點

1）清理工作面混凝土表面浮漿、灰塵等。清理鋼構(gòu)件表面油污、泥沙、灰塵等。

2）對埋板及埋件拉拔試驗合格后方可進行安裝，拉拔檢查為全數(shù)檢查，在混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度后進行。

3）根據(jù)設(shè)計圖紙進行平面定位，放出節(jié)點板位置并彈墨線標(biāo)示，核查過程中安裝尺寸及角度是否正確。

4）隔離設(shè)置吊耳，嚴(yán)禁單點起吊，避免吊裝過程中構(gòu)件變形較大，避免安裝過程中對原結(jié)構(gòu)的破壞。

5）產(chǎn)品運輸?shù)胶线m安裝位置后，用電動葫蘆借助主體結(jié)構(gòu)吊起，調(diào)節(jié)上下左右位置及角度后初步固定。

6）若產(chǎn)品長度和節(jié)點板之間的間距存在誤差，通過現(xiàn)場切割或焊接的方法消除誤差。若誤差超出規(guī)范允許范圍，修改及補救辦法需要通過產(chǎn)品設(shè)計人員同意。

7）產(chǎn)品位置校正無誤厚應(yīng)及時進行電焊固定，先焊上端節(jié)點，后焊接下端節(jié)點。

8）焊接時需要遵循合理的焊接順序，先焊接收縮變形較大的橫縫，而后焊接縱向焊縫，先焊對接焊縫而后焊接角焊縫。

9）多層焊接要連續(xù)施焊，每層焊縫焊完后應(yīng)該及時清理檢查，清除缺陷后再焊下一道。

10）安裝完成后要及時涂刷防銹漆，防銹漆采用環(huán)氧富鋅漆，厚度≮80μm，對于鋼材表面存在銹蝕情況時，應(yīng)進行噴砂除銹。

6 結(jié)語

自汶川地震后，國家對建筑抗震提出了新要求，抗震耗能器就是此類產(chǎn)品，它能很好地加強建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，特別是一些公共建筑，使用的頻率逐漸增加，地震時能夠很好阻止建筑的瞬間倒塌，從而降低地震帶來的人員傷亡和財產(chǎn)損失。