消能減震技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)抗震加固中的應(yīng)用研究

■李成龍 ■濰坊科技學(xué)院，山東 壽光 262700

地震是影響人類生活的自然災(zāi)害之一，多年以來重大地震災(zāi)害在全球范圍內(nèi)相繼發(fā)生，1920年中國甘肅省海原縣發(fā)生8.5級地震，1976年中國河北省唐山發(fā)生7.8級地震，2008年中國汶川發(fā)生8級地震，2009年印尼蘇門答臘島發(fā)生7.7級地震，2010年中國青海玉樹發(fā)生7.1級地震，同年智利發(fā)生8.8級地震，2011年日本宮城縣發(fā)生9級地震，地震越來越受到人們的關(guān)注，同時工程結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)也成為了人們關(guān)注的熱點問題，基于上述背景，探討消能減震技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)抗震加固中的應(yīng)用具有重要意義。

1 工程實例介紹

某辦公樓工程為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，整個辦公樓共計5層，東西方向長度共計36米，南北方向?qū)挾瓤傆?8米，東西方向柱距6米，南北方向柱距6米，該辦公樓的1層高度為4米，2層、3層、4層、5層的高度均為3.3米，另外該工程砼強(qiáng)度設(shè)計等級C30，抗震設(shè)防烈度7度，上人屋面活荷載2.0kN/m2，樓面活荷載2.0kN/m2，梁線荷載9kN/m，框架梁截面300毫米×600毫米，框架柱截面500毫米×500毫米，現(xiàn)澆板厚度100毫米，隨著抗震標(biāo)準(zhǔn)的提高，該辦公室工程應(yīng)用了消能減震技術(shù)，實施抗震加固處理，本文就以該項目為例，探討消能減震技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)抗震加固中的應(yīng)用。

2 原結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析

想要對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固處理，首先應(yīng)該對建筑原結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震反應(yīng)分析，例如在該辦公樓工程中，原抗震設(shè)防烈度為7度，隨著抗震標(biāo)準(zhǔn)的提高，目前該辦公樓抗震設(shè)防烈度為8度，因此需要對原工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，在實際工作中，首先對原結(jié)構(gòu)實施抗震分析，分析結(jié)果顯示，在8度多遇地震之下，該辦公室工程原結(jié)構(gòu)在Y向上屬于薄弱方向，雖然框架柱配筋符合抗震標(biāo)準(zhǔn)，框架梁配筋也基本可以達(dá)到抗震標(biāo)準(zhǔn)，然而底層部分縱向配筋未達(dá)到抗震標(biāo)準(zhǔn)，同時箍筋也不符合抗震標(biāo)準(zhǔn)，各樓層Y向上的樓層位移、層間位移、層間位移角、層剪力分別如下:

1層的樓層位移為4.4毫米，層間位移4.4毫米，層間位移角1/909rad，層剪力297.1kN;2層樓層位移8.1毫米，層間位移3.7毫米，層間位移角1/891rad，層剪力229.7kN;3層樓層位移10.81毫米，層間位移2.71毫米，層間位移角1/1217rad，層剪力195.3kN;4層樓層位移12.77毫米，層間位移 1.96毫米，層間位移角1/1683rad，層剪力153.5kN;5層樓層位移14毫米，層間位移1.23毫米，層間位移角1/2682rad，層剪力81.2kN。

根據(jù)我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011-2010)中的規(guī)定，框架結(jié)構(gòu)建筑在小震下的層間位移角限值為1/550，由此可見，該辦公室工程層間位移角滿足標(biāo)準(zhǔn)，不過值得注意的是，該辦公室工程建筑時間已經(jīng)比較久遠(yuǎn)，依據(jù)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，部分框架柱承載力無法達(dá)到抗震標(biāo)準(zhǔn)，并且該辦公室工程在Y向上配筋較少，剛度較弱，必須要實施抗震加固處理。

3 阻尼器設(shè)置

在消能減震技術(shù)中，阻尼器的設(shè)置是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，只有選擇適當(dāng)?shù)淖枘崞?，才能保證消能減震的效果，如果阻尼器布置不合理，會直接干擾建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，在該辦公室工程中，采用控制目標(biāo)函數(shù)法來選擇和布置黏滯阻尼器，在阻尼器消能結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要確立各項參數(shù)，包括速度指數(shù)、阻尼系數(shù)、阻尼器最大出力等等，進(jìn)而根據(jù)各項參數(shù)來設(shè)計以及選擇阻尼器。

在本工程中，由于在阻尼系數(shù)不變的情況下，隨著速度指數(shù)的減小，阻尼器的減震效果更加顯著，因此在實際工作中選擇較小的速度指數(shù)，在這種情況下，隨著速度的變化，阻尼力前期更易接近最大設(shè)計值，一旦速度超過最大預(yù)估值，阻尼力提升幅度較小，接近于常數(shù)，連接點和支撐系統(tǒng)不會由于阻尼力過大而影響結(jié)構(gòu)性能，保證工程結(jié)構(gòu)的抗震性能。

4 加固后結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析

為了測試消能減震技術(shù)的實際應(yīng)用效果，需要對加固后結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)進(jìn)行分析，在該辦公室工程中，采取SAP2000實施抗震分析，采取Nlink單元的Damper來模擬阻尼器，速度指數(shù)為0.2，阻尼器系數(shù)為1000kN·s/m，剛度系數(shù)為阻尼系數(shù)的100-10000倍，由于Y向為薄弱環(huán)節(jié)，因此阻尼器設(shè)在Y向上，設(shè)在最外一榀框架的1-5層，此外為了保證分析結(jié)果的精準(zhǔn)性，在結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析過程中必須要科學(xué)選用地震波，在本辦公室工程中，地震波選用70Gal的El Centro波，采樣周期為0.02s，通過計算得出，加固后Y向樓層位移、層間位移、層間位移角、層剪力如下:

1層的樓層位移為3.28毫米，層間位移3.28毫米，層間位移角1/1219rad，層剪力226.1kN;2層樓層位移6.12毫米，層間位2.84毫米，層間位移角1/1161rad，層剪力187.9kN;3層樓層位移8.32毫米，層間位移2.20毫米，層間位移角1/1363rad，層剪力160.3kN;4層樓層位移9.87毫米，層間位移 1.55毫米，層間位移角 1/1935rad，層剪力142.8kN;5層樓層位移10.77毫米，層間位移0.94毫米，層間位移角1/3191rad，層剪力67.4kN。

由此可見，該辦公室工程經(jīng)過加固處理之后，各層的層間位移、層間位移角、層剪力均顯著降低，Y向上最大位移降低25%以上，結(jié)構(gòu)抗震性能明顯提升，經(jīng)過黏滯耗能，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀況以及結(jié)構(gòu)位移明顯改善，說明該辦公室工程應(yīng)用消能減震技術(shù)之后，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性得到了很大提升，加固處理后符合抗震標(biāo)準(zhǔn)。

5 總結(jié)

自然災(zāi)害具有不可控的特征，長久以來地震災(zāi)害給全世界各國人民造成了慘重?fù)p失，在這種情況下，建筑結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)越來越受到人們的重視，近些年消能減震技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，本文結(jié)合工程實例，從原結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析、阻尼器設(shè)置、加固后結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析3方面入手，分許了消能減震技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)抗震加固中的應(yīng)用，經(jīng)過研究得出，加固處理后結(jié)構(gòu)構(gòu)建的受力狀況以及結(jié)構(gòu)位移明顯改善，符合抗震標(biāo)準(zhǔn)。相信在未來的發(fā)展中，建筑結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)還會繼續(xù)進(jìn)步，從而為人們的生命財產(chǎn)安全提供保障

［1］楊林曙.消能減震技術(shù)在建筑抗震加固中的應(yīng)用探討［J］.陜西建筑，2013，02∶11-13.

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