連梁阻尼器適用性探討

四川省建筑科學研究院 四川省成都市 610000

摘要：近年來地震頻發(fā)，減震技術應用越來越多。連梁阻尼器是一種受到廣泛關注的新型的阻尼器。本文主要采用有限元軟件sap2000對剪力墻結構進行分析。在小震作用下，基于連梁阻尼器耗能、減震效果以及采用連梁阻尼器后所引起的剪力墻結構剛度下降等方面探討連梁阻尼器適用性。

關鍵詞：連梁阻尼器；適用性；減震技術；sap2000

1 研究背景

近年來我國特別是四川地區(qū)地震頻發(fā)，接連發(fā)生了“5.12”汶川地震和“4.20”雅安地震，造成了巨大的生命財產損失。結構安全的重視引起了廣泛重視。傳統的抗震結構有許多局限，如高烈度區(qū)高度及結構平面布置限制，減隔震技術以其特有優(yōu)勢在此情況下得到大力發(fā)展。許多新型的產品應運而生，連梁阻尼器是其中較為熱門的一種新型阻尼器。連梁阻尼器的布置方式是替代原有的剪力墻連梁，其目的是通過連梁阻尼器剪切變形耗散能量，相對傳統的阻尼器，連梁阻尼器布置方面、美觀，不影響建筑使用功能。

本文主要針對目前較為成熟的、應用較多的一種粘彈性連梁阻尼器進行研究，具體構造如圖1，由三層鋼板間隔兩層高阻尼橡膠制造。其工作方式如圖2，通過三個鋼板的相互移動，對高阻尼橡膠做功，耗散地震能量，為結構提供附加阻尼。

2 剪力墻結構受力特點

連梁阻尼器主要利用兩片剪力墻之間的連梁剪切變形耗散能量，適合用于跨高比較小的連梁部位。這類連梁大多存在于雙肢剪力墻中。其側向受力特點如圖3。

據文獻1可知，雙肢剪力墻在倒三角形分布荷載下的等效剛度及頂點位移分別為：

等效剛度

頂點位移

連梁剛度越大，剛度影響系數越小，等效剛度則越大。

3 連梁阻尼器耗能能力

采用一平面雙肢剪力墻作為模型，兩片剪力墻均長2m，厚度200mm，中間連梁長1.2m，尺寸為200x600mm，層高3.3m，共12層。在sap2000中模擬，剪力墻采用殼單元模擬，連梁采用線單元模擬，本文主要研究小震作用下情況，剪力墻和梁均只考慮彈性狀態(tài)，根據我國抗規(guī)，計算位移時，可不考慮連梁剛度折減。對其施加水平力，使模型最大層間位移達到1/1017，接近規(guī)范規(guī)定的最大彈性層間位移1/1000。

不考慮樓板作用時，計算最大層間位移出連梁兩端相對位移，水平相對位移不足0.01mm，可忽略不計，豎向相對位移為1.1mm。

以一表觀尺寸接近200x600連梁阻尼器為例，其微小變形區(qū)性能如下圖4所示：

相對位移1.1mm時，變形不足10%，連梁阻尼器充分發(fā)揮性能時變形可達300%，此時可認為連梁阻尼器處于彈性階段，提供的附加阻尼器比可忽略不計。

從另一個方面來看，連梁阻尼器工作性能主要是由連梁兩端豎向變形引起的[2][3][4]，實際工程中，我國規(guī)范是要求“小震不壞”，即所有的構件都應處于彈性狀態(tài)，包括樓板和連梁，考慮樓板及空間作用，實際連梁兩端位移應小于上述位移。

4 連梁阻尼器引起的整體剛度下降

上述連梁阻尼器在變形為10%時，其表觀剪切模量為2.11N/mm2，粘彈性題尺寸可達600x800mm，則其剪切剛度為1x106N/mm。原連梁阻尼器的剪切剛度在彈性狀態(tài)下僅考慮混凝土剛度，為1.44x109N/mm，考慮0.4倍折減系數，為0.576x109N/mm，二者不是一個數量級。連梁阻尼器按此剛度帶入模型中進行靜力計算。平面剪力墻側向剛度急劇下降，相同側向位移作用下，最大層間位移角達到1/200，這嚴重不滿足我國規(guī)范對于建筑結構的基本要求。

總結

我國規(guī)定的小震是50年超越概率為63%的地震烈度，發(fā)生概率較大。我國結構規(guī)范最基本的規(guī)定為“小震不壞”，無論采用哪種方式來抵御地震都應滿足這一條件。連梁阻尼器有可能會在中震、大震發(fā)揮其耗能性能，但是在小震是應考慮其不能發(fā)揮性能或僅能發(fā)揮有限性能，不能盲目采用毫無根據的附加阻尼比來計算。同時連梁阻尼器對剪力墻結構整體剛度的降低也應考慮在設計內。

參考文獻：

[1]過鎮(zhèn)海.鋼筋混凝土原理[M].北京.清華大學出版社.2013

[2]潘鵬，葉列平.建筑結構消能減震設計與案例[M].北京.清華大學出版社.2014

[3]周云，徐趙東.粘彈性阻尼結構的性能分析方法及工程應用[J].地震工程與工程震動.1998，18（3）

[4]張琴，樓文娟.粘彈性阻尼器參數設計及位置優(yōu)化使用方法[J].工業(yè)建筑.2003，33（6）