探究消能減震技術(shù)在結(jié)構(gòu)抗震加固改造中的應(yīng)用

杜秀麗

(青島黃海學(xué)院，山東 青島 266427)

所謂消能減震技術(shù)，其屬于結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制的一種，其具備以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。首先，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)“無(wú)濕化”，幾乎不會(huì)對(duì)建筑使用功能造成影響。其次，消能效果尤為顯著，基于設(shè)計(jì)合理的情況下能夠滿足絕大多數(shù)的抗震要求。可以在確保建筑外貌不發(fā)生變化的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)建筑物的抗震能力。

1 消能減震裝置的主要類(lèi)型及其原理

第一，速度相關(guān)型。這一類(lèi)型的消能減震裝置常見(jiàn)的有黏滯以及黏彈性阻尼器這兩種。對(duì)于黏彈性阻尼器而言，其具有很強(qiáng)的被動(dòng)減震控制效果，主要是借助黏彈性材料自身帶有的滯回耗能特點(diǎn)，為結(jié)構(gòu)提供額外的阻尼與剛度，從而降低建筑結(jié)構(gòu)發(fā)出的動(dòng)力反應(yīng)，以此實(shí)現(xiàn)減震。至于黏滯阻尼器則是依據(jù)流體運(yùn)動(dòng)，主要原理依據(jù)是流體在穿過(guò)節(jié)流孔時(shí)會(huì)生成一定的黏滯阻力，也屬于一種剛度型阻尼器。

第二，位移相關(guān)型。摩擦與金屬阻尼器則是這一類(lèi)型消能減震裝置的代表。特別是針對(duì)地震傳輸給建筑結(jié)構(gòu)的能量，通過(guò)金屬材料發(fā)生的塑性形變能夠最有效將能量削弱，基于地震作用的影響下，金屬阻尼器會(huì)比建筑梁柱的功能結(jié)構(gòu)構(gòu)件更早地實(shí)現(xiàn)塑性，因?yàn)槠渚邆涑錾臏匦阅埽虼四軌驅(qū)⒌卣鹉芰康陌l(fā)部分耗散掉，以此發(fā)揮出消能減震的作用。而對(duì)于摩擦阻尼器而言，則是記住消能裝置內(nèi)部各固體間發(fā)生的相對(duì)滑動(dòng)將地震能量耗散。因此其滯回圈與矩形十分相似，所以其庫(kù)侖特性以及耗能性十分明顯，具有十分廣闊的應(yīng)用空間。

第三，其他類(lèi)型。例如：MR流體阻尼器、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器以及電流變流體阻尼器等等[1]。

2 結(jié)構(gòu)抗震加固改造應(yīng)用消能減震技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)分析

2.1 消能減震技術(shù)應(yīng)用于抗震加固改造中的設(shè)計(jì)思路

第一，對(duì)剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)。主要是使用剪切型或者是支撐型的耗能器，針對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的實(shí)際分布加以調(diào)整，繼而將抗側(cè)剛度進(jìn)一步提高。第二，將阻尼和剛度相結(jié)合。也就是將結(jié)構(gòu)所附帶的阻尼比增加，這樣能夠?qū)Y(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時(shí)，可以通過(guò)這樣的方式削弱地震影響。第三，增加阻尼。在不對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)剛度加以改變的條件下，將其阻尼比進(jìn)一步提高，使用速度相關(guān)型與合理科學(xué)的布置，將結(jié)構(gòu)阻尼比整體提高，從而減少地震影響。第四，消能減震設(shè)備應(yīng)該依據(jù)不同的設(shè)計(jì)需要，選擇相應(yīng)的耗能路徑。比如可以依據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)成大震耗能或者是小震耗能等。在抗震加固工程中應(yīng)用消能減震技術(shù)不是防止以往的加固方式，而是能夠借助消能減震技術(shù)，最大限度地減少以往加固方式在工程中的使用量，借助消能減震技術(shù)結(jié)合以往加固方式，從而選擇最具可行的抗震加固方案，也只有這樣才能讓抗震加固更為安全也更具經(jīng)濟(jì)性。

2.2 安放阻尼器的部位

針對(duì)工程結(jié)構(gòu)來(lái)講，通常阻尼器的安放部位有以下幾個(gè)。(1)結(jié)構(gòu)支撐。阻尼器與支撐能夠一同形成消能支撐。主要的形式為交叉支撐與單斜桿支撐等。(2)設(shè)置在梁節(jié)點(diǎn)位置以此構(gòu)成消能節(jié)點(diǎn)。(3)三鉸接門(mén)鋼架，應(yīng)將阻尼器安放于上部鉸接處。出于思考到屋蓋部分存在溫度變形的可能，所以上部鉸接處有很大可能未在屋頂設(shè)計(jì)中，是將其設(shè)計(jì)與屋蓋部分與柱子之間的鉸接處。(4)在柱頭與大型屋蓋之間的連接部位。關(guān)于柱頭與屋蓋的連接有可能是滑動(dòng)支座或者是鉸接。將阻尼器安放于該部位一方面能夠提高結(jié)構(gòu)的整體阻尼，另一方面還能夠阻止柱子與屋蓋之間發(fā)生的相對(duì)位移，無(wú)論是大風(fēng)還是地震情況均能達(dá)到一定的減震效果。(5)安放于大型屋蓋。其實(shí)發(fā)生變形或者是位移可能性最大的位置就是大型屋蓋上，使用阻尼器能夠取代一部分多余桿，不然就另外添加阻尼器，這樣進(jìn)一步提高阻尼比，降低地震反應(yīng)。

2.3 分析計(jì)算消能減震結(jié)構(gòu)

在對(duì)阻尼器結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置的過(guò)程中，無(wú)論是其結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)還是其動(dòng)力特性均會(huì)發(fā)生一定變化，要是面對(duì)小震，阻尼器會(huì)快速處在工作狀態(tài)，在結(jié)構(gòu)主體還未能進(jìn)到彈塑性狀態(tài)時(shí)，阻尼器就已經(jīng)進(jìn)到彈性狀態(tài)了，因此其呈現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性。當(dāng)面臨大震時(shí)，主體會(huì)步入彈塑性階段，而阻尼器也會(huì)處在非線性狀態(tài)下，所以在分析減震結(jié)構(gòu)時(shí)最好使用時(shí)程分析法。現(xiàn)下說(shuō)使用的SAP2000程序卻沒(méi)有使用“蠻力方法”對(duì)減震結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析，主要是采用的一種全新的非線性方法——快速非線性分析。因?yàn)檫@一分析方法具有很快計(jì)算速度，主要是假定在結(jié)構(gòu)中具有數(shù)量一定的非線性單元，借助彈性結(jié)構(gòu)系和與質(zhì)量與剛度的Ritz向量，縮減對(duì)非線性系統(tǒng)的求解規(guī)模[2]。

3 結(jié) 語(yǔ)

在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中所提出的地震動(dòng)參數(shù)，之后再依據(jù)工程結(jié)構(gòu)中存在的具體問(wèn)題，采取合理的加固計(jì)劃，一方面要保證結(jié)構(gòu)具有更高的抗震能力，另一方面還應(yīng)該確保方案的經(jīng)濟(jì)與合理性。這樣在進(jìn)行抗震加固改造工程中，不僅能夠減低投資金額，而且還能達(dá)到實(shí)際使用需求，從而使得老舊建筑的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。