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耗能减震技术在抗震加固工程中的简化设计

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  摘要:介绍了阻尼器型屈曲约束支撑和阻尼器型屈曲约束钢板墙这两种耗能减震技术的简化设计方法,并通过这种简化设计方法使阻尼器型屈曲约束支撑这种耗能减震技术在抗震加阎工程中的得到了应用,从案例分析结果看,这种耗能减震技术简化设计方法为结构抗震设计提供了可靠、便利的设计依据,是一种合理有效的抗震途径或结构振动控制技术手段,可应用于抗震加固工程的设计理论和分析。
中国论文网 /4/view-11879519.htm
  关键词:阻尼器;屈曲约束支撑;屈曲约束钢板墙;耗能减震;抗震加固
  中图分类号:TV352 文献标识码:A 文章编号:1000-0666(2015)01-0297-04
  0 前言
  耗能减震技术属于一种结构被动控制措施,采取结构振动控制技术,对结构施加控制机构或系统,与结构内身共同发挥作用,以减轻主体结构的地震反应,是一种合理有效的抗震途径(高杰等,2010)。耗能减震结构中所用的耗能装置一般称作阻尼器,目前研究开发的阻尼器种类很多,笔者主要对阻尼器型屈曲约束支撑和阻尼器型屈曲约束钢板墙在抗震加同工程中的简化设计方法进行了介绍,并针对及其工程应用做了相关总结与探讨(GB50011-2010)。
  1 基本原理
  阻尼器型屈曲约束支撑和阻尼器型屈曲约束钢板墙均属于位移型阻尼器,基本原理是其芯材的屈服耗能为主体结构提供附加阻尼。由于它们的耗能模式不同,所以其耗能减震原理与耗能减震性能也不同,阻尼器型屈曲约束支撑是一种拉压屈服型位移阻尼器,而阻尼器型屈曲约束钢板墙则是一种剪切屈服型位移阻尼器(高杰等,2011)。
  阻尼器型屈曲约束支撑通过在低屈服点钢核心外部套管,可以完全避免受压屈曲,是一种效率很高的结构构件;同时屈曲约束支撑在达到其屈服强度极限状态时受压和受拉均可进入屈服状态,且滞回曲线饱满,又是一种性能优越的耗能减震器(李国强等,2009),其基本组成如图1所示。
  阻尼器型屈曲约束钢板墙是指不会发生面外屈曲的一种钢板剪力墙,由承受水平荷载的钢芯板和防止芯板发生面外屈曲的部件组合而成(孙飞飞等,2011),是针对普通钢板剪力墙易发生面外屈曲而改进的新型抗剪、减震耗能构件(孙飞飞等,2009),其基本组成如图2所示。
  2 简化设计方法
  2.1 消能减震设计步骤
  结构消能减震设计中,应保证结构采用阻尼器后达到规范规定的性能目标,包括结构位移、基底反力、构件配筋(陈清祥等,2005)。消能减震设计步骤流程(翁大根等,2010),如下:
  (1)增加结构阻尼比对原有结构进行验算,使其强度、位移均满足规范与设计要求,则该阻尼比为结构需要的有效阻尼比ξeff
  (2)将结构有效阻尼比ξeff减去原结构同有阻尼比ξ,得到阻尼器应该提供给原结构的附加阻尼比ξeff
  (3)选择适当屈服承载力与屈服位移的阻尼器,并将阻尼器布置在原结构中。
  2.5 迭代计算
  3 案例分析
  某工程主体结构为7层,在小震下对其进行了结构强度、位移验算,均不能满足现行规范的设计要求(GB50011-2011)。采用上述耗能减震设计简化方法对其进行耗能减震设计,在结构的1~4层布置阻尼器型屈曲约束支撑,X方向A轴上1轴~2轴之间和G轴上6轴~7轴之间各布置了8根,Y方向1轴上D轴~E轴之间和5轴上E轴~F轴之间也各布置了8根,采用人字型布置,总计布置32根尼器型屈曲约束支撑,如图4所示。采用同一技术性能标准的阻尼器型屈曲约束支撑,其屈服位移均为1 mm,屈服承载力均为300 kN。
  在小震作用下,通过对本工程原结构进行验算,结构有效阻尼比ξeff达到10%可满足结构位移、配筋、基底反力的要求,而原结构同有阻尼比ξ为5%,因此,阻尼器型屈曲约束支撑应该提供给结构的附加阻尼比ξa为5%。
  4 结论及建议
  本文的研究结论表明,对结构采用阻尼器型屈曲约束支撑的耗能减震技术设计方案后,原结构的刚度变化影响较小,而且能给原结构提供满足规范和设计要求需要的附加阻尼比,使采用阻尼器型屈曲约束支撑这一耗能减震技术措施的结构的总的有效阻尼比要比原结构明显提高。
  耗能减震技术简化设计方法是一种在抗震加同工程中行之有效的抗震加同设计方法与途径,既可以简化结构抗震设计步骤,又又以较便捷地计算出结构采取耗能减震技术措施后的有效阻尼比,为结构抗震设计提供了可靠、便利的设计依据。
  本文在撰写过程中得到了胡大柱博士的帮助,在此表示衷心感谢。

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