阻尼器耗能減震技術(shù)在加固改造中應(yīng)用研究

張溢

(廈門海投工程建設(shè)有限公司，福建 廈門 361026)

在建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的境況下，建筑安全需求逐步提升，許多既有建筑結(jié)構(gòu)存在建筑功能變更或按照早期的抗震規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)不契合當(dāng)前的抗震設(shè)防要求，導(dǎo)致部分建筑抗震能力不足，一旦發(fā)生地震可能會(huì)嚴(yán)重受損或倒塌[1]。阻尼器耗能減振技術(shù)是通過提供運(yùn)動(dòng)阻力，消耗運(yùn)動(dòng)能量以達(dá)到耗能減震目的，是既有建筑加固中常用的技術(shù)方法，探討此技術(shù)的應(yīng)用方式，是提升建筑工程抗震加固質(zhì)量的有效路徑。

1 黏滯阻尼器技術(shù)簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗(振)震是通過增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗(振)震性能(強(qiáng)度、剛度、延性)來抵御地震、風(fēng)、雪、海嘯等自然災(zāi)害的。由于自然災(zāi)害作用強(qiáng)度和特性的不確定性，傳統(tǒng)的抗(振)震方法設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)又不具備自我調(diào)節(jié)能力。因此，當(dāng)?shù)卣饋砼R，往往會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。黏滯阻尼器的研發(fā)和應(yīng)用，等于給建筑或橋梁裝上了“安全氣囊”(見圖1)。在地震來臨時(shí)，阻尼器最大限度吸收和消耗了地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的沖擊能量，大大緩解了地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成的沖擊和破壞。

圖1黏滯阻尼器

1)黏滯流體阻尼器一般由缸筒、活塞、阻尼孔、阻尼介質(zhì)(黏滯流體)和活塞桿等部分組成。在強(qiáng)震或風(fēng)振中能率先消耗震(振)動(dòng)能量，迅速衰減結(jié)構(gòu)的震(振)動(dòng)反應(yīng)并保護(hù)主體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件免遭破壞，確保結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震或風(fēng)振中的安全[2]。

2)當(dāng)工程結(jié)構(gòu)因振動(dòng)而發(fā)生變形時(shí)，安裝在結(jié)構(gòu)中的黏滯阻尼器的活塞與缸筒之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于活塞前后的壓力差使黏滯流體從阻尼孔中通過，從而產(chǎn)生阻尼力，耗散外界輸入結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量，達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的目的[3]。

2 工程概況

福建省廈門市的建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化示范園公共服務(wù)中心改造工程，主要對(duì)2#3#4#5#樓進(jìn)行加固改造，改造建筑面積4.8萬m2，其中3#樓建筑高度72m，4#樓建筑高度60m。項(xiàng)目原建筑功能由商業(yè)辦公變更為教育功能，致使建筑類別由丙類變更為乙類，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)由二級(jí)變更為一級(jí)。項(xiàng)目抗震加固施工采用的是阻尼器耗能減震結(jié)合粘鋼技術(shù)，通過剪力墻、框架梁粘鋼以及黏滯阻尼器安裝，提升該工程建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。工程改造根據(jù)《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》(JGJ 116—2009)、《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》(JGJ 297—2013)等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)作為施工設(shè)計(jì)圖編制依據(jù)。

3 粘鋼施工

3.1 粘合面處理

粘鋼施工需要先行處理好被粘混凝土表面，而后再加固構(gòu)件卸荷。應(yīng)清除粘合面表面油污雜質(zhì)，清洗干凈后將表層打磨掉2～3mm，再利用無油壓縮空氣將表面粉粒吹凈。若混凝土表面潔凈度良好，可直接打磨擦拭。如為新澆筑的混凝土結(jié)合面，需先清除表面浮渣并利用洗滌劑刷洗表面，干燥后方可涂刷粘結(jié)劑。同時(shí)，還需要對(duì)鋼板粘結(jié)面做除銹及打磨處理。未生銹鋼板直接打磨至出現(xiàn)金屬光澤即可，銹蝕較為嚴(yán)重的鋼板則應(yīng)先浸入稀鹽酸中浸泡，20min后待銹層全部脫落后取出，再利用石灰水沖洗干凈，之后再進(jìn)行打磨。

3.2 植栓與粘膠

粘合面處理前，應(yīng)先根據(jù)設(shè)計(jì)圖確定鋼板安裝位置，并提前做好放線。而后進(jìn)行試拼裝鋼板，確保鋼板與混凝土面相契合，再于混凝土結(jié)構(gòu)上鉆孔，并應(yīng)校準(zhǔn)鋼板粘結(jié)位置及螺栓孔位，清除孔內(nèi)灰塵后對(duì)試植栓孔進(jìn)行全面擦拭清理，確?？變?nèi)干凈后方可進(jìn)行植栓操作。鋼板粘結(jié)前，應(yīng)根據(jù)說明書配置粘鋼結(jié)構(gòu)膠，配膠時(shí)要攪拌均勻，配好后應(yīng)立即使用。涂膠時(shí)，應(yīng)先擦洗鋼板及混凝土基面，之后在鋼板面及混凝土表面上涂刷厚約2mm左右的粘鋼結(jié)構(gòu)膠，要求中間區(qū)域的涂膠厚度比邊緣區(qū)域略大。粘膠完成后應(yīng)將鋼板貼在指定位置，擰緊化學(xué)錨栓后再利用鋼支撐與木方對(duì)鋼板加壓，利用手錘依次敲擊粘貼片，若鋼板未發(fā)出空鼓聲音，則說明鋼板已粘貼緊密。而后在環(huán)境溫度5～20℃條件下，使膠自然固化。固化階段要做好養(yǎng)護(hù)，不可隨意移動(dòng)鋼板，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)為3d以上。

4 黏滯阻尼器安裝施工

4.1 技術(shù)材料與施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

安裝阻尼器前，根據(jù)黏滯阻尼器設(shè)計(jì)圖、深化圖等技術(shù)文件，進(jìn)行安全與技術(shù)交底，提前組織焊接等各類工藝試驗(yàn)，并結(jié)合結(jié)構(gòu)深化圖紙及施工現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)狀，編制阻尼器安裝專項(xiàng)施工方案，為阻尼器順利安裝提供技術(shù)保障。焊材等鋼結(jié)構(gòu)材料的選用應(yīng)契合國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)且與本工程設(shè)計(jì)要求相符。安裝施工前還應(yīng)全面檢查調(diào)試各類施工機(jī)具設(shè)備，并將阻尼器及鋼支撐等相關(guān)構(gòu)件運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，檢查無誤后方可實(shí)施安裝作業(yè)。

4.2 預(yù)埋件安裝

安裝黏滯阻尼器之前，需要先行安裝預(yù)埋件。應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)圖定位預(yù)埋件安裝區(qū)，對(duì)預(yù)埋件外觀進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)其形狀、尺寸均符合施工要求之后，利用吊機(jī)將預(yù)埋件吊運(yùn)至需要安裝的梁柱、支墩墻等位置處，根據(jù)設(shè)計(jì)圖要求復(fù)核預(yù)埋件的標(biāo)高、水平度等，查看預(yù)埋件的水平度是否契合施工標(biāo)準(zhǔn)，并調(diào)整預(yù)埋件位置直至符合設(shè)計(jì)要求[4]。確認(rèn)預(yù)埋件位置正確后，可采用點(diǎn)焊方式將之連接到梁柱鋼筋或支墩鋼筋之上，也可采用鐵絲進(jìn)行捆扎連接，但要注意捆扎的牢固性。

4.3 黏滯阻尼器安裝

4.3.1 設(shè)備與構(gòu)配件檢查運(yùn)送

阻尼器安裝設(shè)備及安裝配件運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)檢查阻尼器外觀并檢測(cè)其質(zhì)量性能。要查看阻尼器外表面平整度及損傷情況，并檢查防腐涂層涂刷的均勻度，還要審查各個(gè)配件完整性、節(jié)點(diǎn)板尺寸與設(shè)計(jì)圖是否一致，查看焊縫有無質(zhì)量缺陷。質(zhì)量合格的設(shè)備材料可運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，利用汽車吊或塔吊吊送至安裝樓層，然后再用推車向安裝位置運(yùn)送。吊送至上支墩墻及下支墩墻中間區(qū)域時(shí)，要在阻尼器缸體下方墊放厚度適宜的墊塊，吊裝時(shí)還要加強(qiáng)防滾或防震措施，以防止圓形阻尼器滾落，除此之外，還要做好活塞桿外露區(qū)域保護(hù)。

4.3.2 腳手架及起吊設(shè)備安裝

以阻尼器安裝位置為依據(jù)，定位腳手架安裝位置，并對(duì)腳手架安裝高度進(jìn)行計(jì)算。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的空間大小，合理選擇腳手架形式，一般有移動(dòng)式或固定式兩種腳手架架設(shè)方式。需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求確定腳手架的安裝數(shù)量及規(guī)格[5]。安裝起吊設(shè)備，本工程采用的是手動(dòng)葫蘆吊，要求其起吊載荷高于需要安裝的阻尼器的實(shí)際重量，以確保阻尼器設(shè)備及配件吊送過程的安全性。

4.3.3 位置及尺寸復(fù)核

正式安裝阻尼器前，需要再次檢查阻尼器安裝位置的高度、尺寸與平面布置圖是否一致，如果偏差較大應(yīng)立即調(diào)整，以免影響阻尼器構(gòu)件正常安裝。同時(shí)還應(yīng)測(cè)量預(yù)埋件尺寸大小，如其尺寸比設(shè)計(jì)略大，可利用砂輪機(jī)磨平，如果尺寸小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)利用強(qiáng)度相同的材料補(bǔ)焊處理。此外，還需按照設(shè)計(jì)圖復(fù)核上節(jié)點(diǎn)板及預(yù)埋板的焊接位置，并利用水平尺對(duì)阻尼器中心線及墻體軸線的平行度進(jìn)行測(cè)量，均符合要求后方可開展焊接作業(yè)。

4.3.4 斜鋼支撐與橫梁拼裝與焊接

為防止阻尼器安裝時(shí)出現(xiàn)尺寸與設(shè)計(jì)圖不一致情況，應(yīng)于吊送之前準(zhǔn)確測(cè)量各個(gè)斜鋼支撐件及橫梁的尺寸大小以及標(biāo)高，如果標(biāo)高與設(shè)計(jì)圖不一致，或是垂直度存在偏差，則應(yīng)立即進(jìn)行校正處理，之后再將斜鋼支撐、橫梁吊送至安裝位置進(jìn)行焊接施工，以免這些結(jié)構(gòu)件不符合施工要求導(dǎo)致安裝后出現(xiàn)返工現(xiàn)象。焊接時(shí)應(yīng)使用溶透焊縫，并且所用焊接材料要與母材具備相同的強(qiáng)度等級(jí)。焊接時(shí)要確保焊縫外形均勻，且要注意防止產(chǎn)生夾渣或氣孔等質(zhì)量缺陷。

4.3.5 滑動(dòng)擋板安裝

A型滑動(dòng)檔板應(yīng)安裝在阻尼器節(jié)點(diǎn)板之上，安裝前，需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖在滑動(dòng)擋板上固定好尼龍板，之后再采用焊接方式連接滑動(dòng)檔板與預(yù)埋件，并將加頸板焊接在滑動(dòng)檔板的外部區(qū)域。B型滑動(dòng)檔板安裝時(shí)，需要做好中間滑塊的拼裝，然后以設(shè)計(jì)圖為依據(jù)在滑動(dòng)檔板上安裝好尼龍板，之后，便可采用焊接方法連接滑動(dòng)檔板與預(yù)埋件及加勁板。A型與B型滑動(dòng)檔板安裝示意圖詳見圖2所示。

4.3.6 防腐除銹處理

安裝好黏滯阻尼器后，應(yīng)對(duì)鋼支撐、節(jié)點(diǎn)板以及預(yù)埋件等各構(gòu)件外露結(jié)構(gòu)表面涂裝一層防腐涂層，要確保涂層均勻涂刷且無遺漏點(diǎn)，并且不可留有針孔、形成氣泡或是出現(xiàn)皺皮現(xiàn)象。應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求選用適合的油漆及防腐涂料，如安裝時(shí)阻尼器表面出現(xiàn)表層漆脫落、磨損現(xiàn)象，應(yīng)采用與阻尼器外觀相同顏色油漆進(jìn)行補(bǔ)漆處理，補(bǔ)漆時(shí)注意不可覆蓋缸體標(biāo)志及編號(hào)。

圖2 滑動(dòng)檔板安裝示意

5 阻尼器安裝安全及質(zhì)量控制

阻尼器是一種用于控制建筑物或橋梁在發(fā)生地震、風(fēng)力等外部因素作用下的振動(dòng)的裝置。阻尼器的安裝安全和質(zhì)量控制非常重要，這關(guān)系到建筑物和橋梁的結(jié)構(gòu)安全和人員生命財(cái)產(chǎn)的安全。以下是阻尼器安裝安全及質(zhì)量控制的幾點(diǎn)建議。

5.1 阻尼器的選型

在進(jìn)行阻尼器的安裝前，需要對(duì)建筑物或橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、所處的環(huán)境條件和受力情況等進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果選擇適合的阻尼器型號(hào)和數(shù)量。阻尼器型號(hào)和數(shù)量的選擇應(yīng)該符合設(shè)計(jì)規(guī)范和要求，以確保其能夠有效地減震和控制振動(dòng)。

5.2 阻尼器的安裝位置和方式

阻尼器的安裝位置和方式直接影響其使用效果和安全性。在安裝阻尼器時(shí)，需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案和標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行操作，避免出現(xiàn)傾斜等問題。同時(shí)，在安裝過程中需要注意加強(qiáng)固定和支撐，增加阻尼器與建筑物或橋梁之間的連接強(qiáng)度，保證其安全可靠。

阻尼器安裝應(yīng)由資質(zhì)齊全的專業(yè)施工人員在專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)下開展，施工前應(yīng)做好施工區(qū)域外圍防護(hù)欄設(shè)置，氧氣瓶及乙炔瓶間距、二者與輸氣帶之間距離應(yīng)分別大于5m與10m。焊接阻尼器鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，需將施工2m內(nèi)的雜物及易燃物全部清除，并嚴(yán)格檢查腳手架及吊裝設(shè)備，以確保腳手架穩(wěn)固，并有專人看護(hù)時(shí)方可實(shí)施吊裝作業(yè)。阻尼器部件下料時(shí)，需要結(jié)合安裝設(shè)計(jì)要求進(jìn)行各部位及軸線跨距號(hào)料，并應(yīng)在地面預(yù)拼裝后再向安裝地點(diǎn)運(yùn)送。焊接前需明確焊接要點(diǎn)，以保證一次性、高質(zhì)量完成焊接作業(yè)[6]。

5.3 阻尼器的質(zhì)量控制

阻尼器是保障建筑物和橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要設(shè)施，因此在安裝前需要對(duì)阻尼器進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)。質(zhì)量檢測(cè)包括阻尼器的性能測(cè)試、耐久性測(cè)試、材料檢驗(yàn)等多個(gè)方面。如果發(fā)現(xiàn)阻尼器存在質(zhì)量問題，應(yīng)該及時(shí)更換或修理，并重新進(jìn)行檢測(cè)。

5.4 阻尼器的保養(yǎng)維護(hù)

阻尼器在使用中會(huì)逐漸出現(xiàn)磨損或老化等問題，因此需定期進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)。保養(yǎng)維護(hù)包括清洗、潤(rùn)滑、調(diào)整等多個(gè)方面。在進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)時(shí)，需要遵照廠家提供的操作說明和標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行操作，確保阻尼器的正常運(yùn)行。

安裝好阻尼器后，要確保主體不可從墻體中突出，需在安裝驗(yàn)收完成后進(jìn)行封堵作業(yè)。使用巖棉板填塞阻尼器與砌體之間的空間，之后在封堵位置外側(cè)安裝一層厚度為1cm的水泥壓力板，相鄰封板之間搭接長(zhǎng)度應(yīng)為20cm，且搭接處應(yīng)涂滿結(jié)構(gòu)膠，以確保外側(cè)封板搭接牢固。粘好壓力板后 ，應(yīng)利用射釘固定壓力板及混凝土搭接區(qū)域，每隔15cm射入一枚射釘。封堵后根據(jù)設(shè)計(jì)圖對(duì)外側(cè)封板進(jìn)行抹灰處理，并將網(wǎng)格布架設(shè)于搭接區(qū)域。

6 結(jié)語

綜上所述，阻尼器的安裝安全及質(zhì)量控制非常重要。在進(jìn)行阻尼器的選型、安裝、質(zhì)量控制和保養(yǎng)維護(hù)時(shí)，必須嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化，以確保阻尼器的安全可靠和有效運(yùn)行。該工程利用此種減震加固技術(shù)，減小了層間位移角，降低了頂角位移及樓層剪力，并增強(qiáng)了滯回曲線的飽滿度，提高了建筑結(jié)構(gòu)的耗能能力，對(duì)地震能量具備良好的耗散效果，能夠滿足本建筑工程的抗震加固需求，可有效增強(qiáng)本工程建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并能延長(zhǎng)建筑使用壽命。