久久国产美女免费观看视频_日韩资源在线观看_91尤物国产尤物福利在线_日本亚洲免费不卡_少妇泬出白浆18P欧美_免费午夜福利大片_边摸边吃奶边做爽gif动态图_久久人妻精品无码视频_影视中文无码国产_国产最火爆欧美aa网站

“5.12”大地震后首例消能減震技術(shù)加固實(shí)例

——采用阻尼器對都江堰市北街小學(xué)外國語

學(xué)校藝術(shù)大樓的加固設(shè)計和施工

（四川國方建筑機(jī)械有限公司    四川成都   610031）

摘要   原設(shè)計抗震設(shè)防烈度為7度。受“5.12”大地震影響，該樓一層大多數(shù)柱頂受損，體現(xiàn)出原結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)防的不足。在抗震加固設(shè)計工程中，應(yīng)國家相關(guān)規(guī)范和震后文件的要求，須將該樓的抗震設(shè)防烈度提高到8度，采用傳統(tǒng)加固方法幾乎不能達(dá)到。都江堰北街小學(xué)外國語學(xué)校藝術(shù)大樓的加固設(shè)計和施工過程使我們更進(jìn)一步認(rèn)識到，采用阻尼器對需要提高設(shè)防烈度的框架建筑進(jìn)行加固無疑是最好的選擇。同時，對現(xiàn)代建筑抗震新技術(shù)的推廣也具有深遠(yuǎn)的意義。

關(guān)鍵詞   抗震加固；消能減震；阻尼器；節(jié)點(diǎn)處理

1工程概況

都江堰北街小學(xué)外國語學(xué)校藝術(shù)大樓為五層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深約為2. 8m,屋面總高度為18.0m,建筑面積約為3000㎡，建筑用途為教育建筑。歷經(jīng)“5.12” 大地震，一層柱頂受到了一定程度的剪切破壞開裂 (圖1)；二至三層填充墻輕徽剪切破壞(圖2)；樓梯局部受損，雖不顯著影響整體承載，但已影響使用功能，存在安全隱患，需對其進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)后方可正常使用。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GCB - 50011) (2008 年局部修訂版)和《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》(CB – 50223 - 2008) 對都江堰北街小學(xué)外國語學(xué)校做加固設(shè)計時，應(yīng)滿足其原設(shè)計使用年限，安全等級為二級，抗震設(shè)防烈度為8度，基本地震加速度為0.2g.建筑場地類別為Ⅱ類，設(shè)計地震分組為第二組，建筑設(shè)計特征周期為0. 40s,抗震設(shè)防類別為乙類，建筑抗震等級為一級。

2提出問題

工程初步設(shè)計時，先對該樓建立整體模型進(jìn)行分析。由于抗震設(shè)防烈度的提高，基本地震加速度由原設(shè)計取值0.1g提高到0.2g。使得由地震引起的作用于建筑上的水平荷載提高了4倍。導(dǎo)致地震中質(zhì)量集中地各樓層層間位移明顯增大，最大層間角位移達(dá)到1/447，不能滿足規(guī)范要求。

為了滿足規(guī)范要求，可以通過提高結(jié)構(gòu)整體剛度的方法來減小地震中結(jié)構(gòu)的水平位移，如：增大框架柱截面；結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位增x形斜桿剛性支撐；增設(shè)剪力墻等。但是這些常規(guī)的加固方法在本工程中存在不可彌補(bǔ)的缺陷：

 (1)這些新增構(gòu)件，容易使結(jié)構(gòu)剛度在建筑整體中的分部不均勻，由此會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力的不均勻分布。同時，結(jié)構(gòu)整體剛度的提高會吸收更多的地震能量，這些都是對建筑結(jié)構(gòu)安全的不利因素。

(2)為了使新舊增鋼筋混凝土之間有效連接，達(dá)到共同工作地目的，必將在舊混凝土上大量穿孔植筋，這本身就是對原有結(jié)構(gòu)的一種認(rèn)為的破壞，雖然最終能達(dá)到整體結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的目的，但投人的成本在無形中增大。

(3)鋼筋混凝土的施工工藝過程要求的作業(yè)空間大的特點(diǎn)，確定了施工過程中必將對原建筑非結(jié)構(gòu)部分(如:填充墻、樓面板、水電管線等)造成嚴(yán)重破壞，再次對這些非結(jié)構(gòu)部分恢復(fù)時不僅增加了工程成本費(fèi)用還使得工程工期顯著延長。

幾方思星后，從地震對建筑造成損害的本質(zhì)上找到突破口——建筑受震過程既是地震能量的釋放過程(或說是建筑吸收地震能量的過程)。如果單位時間內(nèi)建筑在地震中吸收的能量在建筑結(jié)構(gòu)的承受能力范圍之內(nèi)，則建筑結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)震害；相反，則建筑結(jié)構(gòu)必將受到地震破壞，超限越多，震害愈嚴(yán)重。由此可見，建筑抗震的根本目的就是將建筑在地震中吸收能量的功率(單位時間吸收能量的大小)控制在建筑結(jié)構(gòu)的承受能力范圍之內(nèi)。由此導(dǎo)出兩條建筑抗震思路:

(1)是降低單位時間內(nèi)傳人建筑結(jié)構(gòu)的能品。

(2)提高建筑結(jié)構(gòu)單安時間內(nèi)對外來能的承受能力。

從第（1）條思路來看，地震作用于建筑的能量大小由地震烈度、震源深度、震中距以及建筑場地的地質(zhì)構(gòu)造等因素確定，對于一確定建筑來說，某次地震工程中一定時間段內(nèi)傳人建筑結(jié)構(gòu)的地震能量是一定值，不易改變。

從第 (2)條思路來看，為提高建筑結(jié)構(gòu)對外來沖擊能量的承受能力可以從兩方面著手：提高結(jié)構(gòu)剛度 (前面以說明了其存在的缺陷，不宜使用)或者在結(jié)構(gòu)中增設(shè)某些能夠在結(jié)構(gòu)受荷超限吸收多余地震能量的裝置?？紤]到地震作用屬偶然荷載，因此，需要一種受外來沖擊荷載被動控制的裝置，既能的地震中吸收多余地震能量，又能不影響結(jié)構(gòu)正常使用時結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布。

3設(shè)計構(gòu)想

隨著消能減震技術(shù)的發(fā)展日趨完善，越來越多的高層建筑、橋梁等受動荷載影響嚴(yán)重的建筑物采用各種類型的阻尼器來滿足結(jié)構(gòu)安全和正常使用的要求。然而在災(zāi)后重建中阻尼器的應(yīng)用尚屬首例?？紤]到結(jié)構(gòu)抗震加固是一項(xiàng)對既有結(jié)構(gòu)的改造工程，結(jié)構(gòu)本身抗震能力就不足，同時抗震加固的目的之一就是減少結(jié)構(gòu)的位移，故阻尼器類型的選擇上首先排除位移相關(guān)型阻尼器；為了避免阻尼器工作中反作用力Fv與結(jié)構(gòu)位移產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力Fs 在連接節(jié)點(diǎn)處形成應(yīng)力疊加對結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成加大損壞，宜采用阻力峰值與結(jié)構(gòu)內(nèi)力錯開(圖3)的速度相關(guān)型阻尼器。

為了達(dá)到結(jié)構(gòu)在地震中有效消耗地震能量的目的，在結(jié)構(gòu)位移較大的一、二層布置了20個(一層12個，二層8個)粘滯型阻尼器，安裝于框架梁柱之間(圖4、圖5和表1)。

4  阻尼器設(shè)計

4.1  模型建立

考慮到本工程是消能減震技術(shù)在震后災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建中首次應(yīng)用，同時開創(chuàng)了消能減震技術(shù)在受損建筑加固中的先例，意義重大。主要對各樓層層間位移和框架扭轉(zhuǎn)的整體模型進(jìn)行準(zhǔn)確分析。由于結(jié)構(gòu)體型簡單，在對本工程進(jìn)行整體模型分析時，經(jīng)過簡化的理想結(jié)構(gòu)模型的基本力學(xué)性能非常接近結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況。是保證后期的結(jié)構(gòu)抗震計算準(zhǔn)確性的重要依據(jù)。在模型中對阻尼器的設(shè)置位置、方向和數(shù)量采用精確的模型參數(shù)進(jìn)行描述，以求得理想的阻尼器力學(xué)參數(shù)。

4.2  阻尼器力學(xué)參數(shù)的選擇

粘滯流體阻尼器的力學(xué)性能表達(dá)式或阻尼器輸出反力和活塞運(yùn)動速度之間的簡化關(guān)系表達(dá)式:

式中，Cv為阻尼常數(shù)(kN/(mm/s));為阻尼器活塞與阻尼器外殼的相對運(yùn)動速度(mm/s);為根據(jù)設(shè)計需要可調(diào)整的阻尼器特征指數(shù)。通常取值范圍在0.1- 1.0之間。

如圖6所示:在不同取值下，粘滯單元部分的阻尼力與其速度的線性關(guān)系。本工程中安裝阻尼器是以抵抗大震為主要目的，阻尼器不需在小震中對結(jié)構(gòu)位移產(chǎn)生明顯影響，同時在大震來臨時要求能及時有效地吸收消耗地震傳來的機(jī)械震動能量，控制建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形滿足國際抗震規(guī)范要求。地震作用下建筑允許最大位移為17mm,設(shè)地震頻率為1.0Hz，則地震中建筑的水平運(yùn)動速度為100mm/s。取=0.15. C= 350,計算出阻尼器的最大阻尼約為700kN。

4.3  確定阻尼器型號并通過實(shí)驗(yàn)測試阻尼器力學(xué)性能

根據(jù)需要計算出阻尼器力學(xué)性能參數(shù)和計算模型中初步確定的阻尼器安裝類型，阻尼器型號選擇：KZ-700S x 100X（14套）和KZ-700S×100F（6套)。

KZ-700S x 100X和KZ-700S×100F阻尼器在力學(xué)性能參數(shù)上完全一樣，僅安裝方式不同。本文只列出KZ-700S x 100X中編號為007的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（圖7、圖8和表2）。

通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，阻尼器的實(shí)際力學(xué)性能完全非常接近理論模型參數(shù)。表明建筑結(jié)構(gòu)在安裝阻尼器后，完全能達(dá)到理論模型分析中的抗震設(shè)防效果。

5阻尼器安裝

5.1阻尼器安裝設(shè)計

盡管在結(jié)構(gòu)模型分析中阻尼器的抗震效果明顯，那畢竟是在理想狀態(tài)下，在實(shí)際應(yīng)用中，阻尼器發(fā)揮做用的大小不僅取決于阻尼器的本身的力學(xué)參數(shù)，還和阻尼器與原結(jié)構(gòu)的安裝連接密切相關(guān)，因此阻尼器的安裝就顯得同樣重要。結(jié)合阻尼器的工作原理和地震作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特性，對阻尼器安裝進(jìn)行設(shè)計:

(1)安裝位置的選擇。應(yīng)選擇在地震作用下結(jié)構(gòu)相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)生相對位移較大的位置，并將該相鄰節(jié)點(diǎn)通過阻尼器連接起來。這樣在地震作用下阻尼器能有效進(jìn)人工作狀態(tài)，并吸收地震傳入結(jié)構(gòu)的能量。

(2) 阻尼器連接支撐的選擇。結(jié)構(gòu)連接支撐應(yīng)選擇剛性支撐，只有在剛性支撐連接下，才能有效地將地震中的結(jié)構(gòu)位移、速度有效地傳遞給阻尼器，避免了位移、速度傳遞過程中的位移、速度損失導(dǎo)致阻尼器未能完全發(fā)揮其消耗能量的作用。因?yàn)樗俣仁菦Q定阻尼力大小的決定性因素，而阻尼力和阻尼器活塞(與阻尼器缸體)相對位移共同決定阻尼器消耗能量的效率。本工程中采用H形鋼并在型鋼翼沿板之間焊接10mm厚加勁鋼板(圖10)，以增加支撐剛度。

(3) 阻尼器安裝的節(jié)點(diǎn)處理。阻尼器與原有結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)處，由于在阻尼器支撐反力作用下，改變了節(jié)點(diǎn)處結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，超出節(jié)點(diǎn)處原設(shè)計受力極限，因此，需要對節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行加固處理。本工程中安裝節(jié)點(diǎn)均處于原結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)處，該處節(jié)點(diǎn)本身受力復(fù)雜，因此在對該處節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理時比較簡單有效地一種方法就是對該處節(jié)點(diǎn)進(jìn)行整體鋼圍套(圖11)的方法處理，使該節(jié)點(diǎn)處形成-個剛域。

(4)阻尼器與支撐、節(jié)點(diǎn)之間的連接:由于阻尼器只在軸向力和軸向位移作用下就能有效工作，故阻尼器與支撐、節(jié)點(diǎn)之間連接的目的就是使結(jié)構(gòu)傳遞給阻尼器的各種作用以軸向力和軸向位移為主。根據(jù)不同的支撐類型，其節(jié)點(diǎn)類型可以有所不同:

①在人字形支撐中，阻尼器兩端均為球形鉸(圖12), 分別與支撐和節(jié)點(diǎn)連接，同時為了使結(jié)構(gòu)傳遞給阻尼器的軸向位移最大化，避免出現(xiàn)阻尼器的側(cè)向位移，還應(yīng)在支撐中部設(shè)置限位裝置(圖10)。

②在“單桿斜向”支撐中，阻尼器與支撐桿之間為剛性法蘭連接，阻尼器與框架節(jié)點(diǎn)之間為球形鉸自由連接(圖13)。

5.2 阻尼器安裝施工

由于阻尼器是建筑應(yīng)用中相對精密的裝置，現(xiàn)場安裝誤差要求控制在±1.0㎝范圍內(nèi)，所以阻尼器安裝中所用的支撐型鋼等都需現(xiàn)場精確測定后現(xiàn)場制作。同時，由于是對受損建筑進(jìn)行加固，現(xiàn)場安裝過程中多少會受原建筑結(jié)構(gòu)的限制，可能會需要做適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整。因此，在阻尼器安裝施工過程中，結(jié)構(gòu)工程師的跟蹤設(shè)計尤為重要。

致謝: *5.12”大地震后首個消能減震加固工程由筆者所在的四川國方建筑機(jī)械有限公司和同濟(jì)大學(xué)合作完成，從設(shè)計到施工，直至竣工投入使用，感謝同濟(jì)大學(xué)呂西林教授、翁大根救授等提供的指導(dǎo)，感謝本公司員工的努力工作和大力配合。

感謝省建設(shè)廳、都江堰建設(shè)局等單位在項(xiàng)目上給予的的幫助和指導(dǎo)。感謝都江堰市北街小學(xué)外國語學(xué)校校方及周列劍先生給予的幫助和支持。

其他對本公司完成大地震后首個消能減震加固工程給予幫助和支持的單位和個人，在此一并表示謝忱。