附加消能子结构在抗震加固工程中的应用

介绍了消能子结构的研究现状,文中以某小学教学楼抗震加固工程为例,阐述了采用附加消能子结构配合屈曲约束支撑进行抗震加固的设计过程,采用阵型分解反应谱法和时程分析法分析并对比了加固前后结构的抗震性能变化,基于现有研究成果,进行了消能子结构的加固设计和罕遇地震作用下的承载力复核。结果表明:采用附加消能子结构对结构进行抗震加固,在提高建筑抗震性能的同时,可以不影响建筑内部功能。加固后,结构整体刚度增加,自振周期变短,层间剪力增大,整体变形变小,结构的整体受力状态和变形模式得到改善,房屋整体抗震性能提升。罕遇地震作用下,结构整体塑性程度较低,损伤屈服机制更加合理,可以实现“大震不倒”的设防目标。消能子结构为连接消能器和主体结构的关键构件,应重点进行设计,采用柱的N-M曲线进行承载力复核比较便捷。文中设计思路可为类似工程提供借鉴和参考。

带竖缝混凝土墙的装配式框架消能子结构抗震性能试验研究

为提高装配式钢筋混凝土框架抗震能力,提出带竖缝混凝土墙的装配式消能减震框架结构体系。通过1个消能子结构试件的低周反复加载试验,考察消能子结构和竖缝混凝土墙设计方法的合理性,分析试件破坏模式、滞回性能、承载力、延性、抗侧刚度及变形特征等。通过有限元分析竖缝混凝土墙的抗震性能,研究带竖缝混凝土墙的装配式框架消能子结构的受力机理。结果表明:罕遇地震作用下,消能子结构中梁柱轻微损伤,梁柱节点及齿槽连接区钢筋基本保持弹性,结构损伤主要集中于竖缝混凝土墙;消能子结构的极限位移角为1/30,位移延性系数为3.25,变形和耗能能力良好;消能子结构弹性抗侧刚度理论值与试验值相对误差为10.4%;竖缝混凝土墙模拟和规范计算得到的极限位移和特征点荷载吻合较好;竖缝混凝土墙对实体墙两端梁截面产生附加阻尼力,缝间墙斜撑作用使其外侧和中间墙肢发生差异性破坏。建议带竖缝混凝土墙的装配式框架消能子结构在多遇和罕遇地震作用下的层间位移角限值分别按1/800和1/100控制;竖缝混凝土墙设计时应考虑斜撑作用,按压弯剪复合受力进行设计,并加强外侧缝间墙墙肢抗剪配筋构造。

消能子结构节点设计方法研究

针对目前消能子结构设计存在的问题,提出消能子结构节点弹性系数设计方法(即消能子结构节点弹性系数法),用弹性分析下的力完成消能子结构节点的设计与验算,建立子结构节点核心区控制方程,以带防屈曲约束支撑(BRB)钢筋混凝土框架减震结构为例,给出子结构节点核心区控制方程中各参数的取值方法,采用YJK软件对某带BRB钢筋混凝土框架减震结构进行消能子结构的设计,并进行罕遇地震弹塑性时程分析,验证消能子结构节点弹性系数法的可行性和合理性,结果表明:(1)消能子结构节点弹性系数法是可行和合理的;(2)满足子结构节点核心区控制方程即可满足《建筑消能减震技术规程》JGJ297-2013对消能子结构节点要求;(3)子结构节点核心区控制方程中的参数取值方法是可行的;(4)将子结构按中震弹性设计的规定是片面的。

消能子结构设计方法研究

消能子结构是主体结构与耗能器相关联的结构。在地震时,消能子结构强度的保证关乎耗能器的工作效率。文中首先介绍了偏心受力构件的计算问题,提出Nu-Mu曲线绘制方法。探讨了消能子结构在不同性能目标下材料强度的取值问题,提出了子结构的包络配筋设计方法,保证耗能器在罕遇地震作用下能充分发挥作用。

消能子结构法在既有工程改造加固中的应用

某研发中心办公楼由于建筑功能、地震动参数、抗震设防类别及结构抗震等级变化,致使原结构无法满足标准提升后的抗震要求,需进行加固改造。经多方案研究比选采用消能子结构法——增设屈曲约束支撑的加固方案,通过增加结构附加刚度和附加阻尼比的方法满足了抗震要求,体现了加固方案的优越性。

支墩型消能子结构设计方法研究

支墩型连接是消能减震结构常用的连接方式。针对消能子结构设计方法不统一、不可靠及设计结果不合理的问题,对支墩型消能子结构提出弹性设计方法。建立子结构弹性设计验算关系式,给出弹性设计验算关系式中各参数的取值方法,推导阻尼器对支墩型子结构产生的附加内力。以某框架结构为例,对弹性设计方法及新疆、云南设计方法设计的子结构进行构件极限承载力验算。结果表明:满足弹性设计验算关系式的消能子结构可以满足《建筑消能减震技术规程》(JGJ 297—2013)第6.4.2条关于子结构设计的有关要求;仅提高设计准则的中震设计方法和提取大震下构件内力进行承载力复核的方法没有全面考虑《建筑消能减震技术规程》(JGJ 297—2013)第6.4.2条有关规定,设计结果不满足要求。

柱间连接型消能子结构设计方法与抗震性能试验

消能减震技术能显著提高建筑结构的抗震能力,但目前对消能子结构的性能目标和设计方法尚未达成共识。针对工程中较常见的柱间连接型消能子结构,提出基于多遇地震作用下弹性分析的设计方法,给出设计流程和设计要点。对1个钢筋混凝土纯框架子结构试件和2个消能子结构试件进行低周反复加载试验,考察消能子结构的抗震性能,检验所提设计方法的合理性。研究结果表明:消能子结构承载力约为纯框架与阻尼器承载力之和,单周耗能能力约等于纯框架与阻尼器各自耗能之和;阻尼器损伤累积直至完全剪断过程中,消能子结构承载力和刚度逐渐下降;阻尼器破坏后,周围框架抗震性能与加载同阶段的纯框架性能基本一致。按所提设计方法设计的消能子结构在罕遇地震作用下破坏模式合理,能保证阻尼器充分发挥消能效果;增大消能子结构纵向钢筋配筋量对改善其塑性铰状态和结构破坏模式无显著效果。

9度区某高层钢框架-中心支撑结构消能减震分析

对一个位于9度区,高度为76.8m,采用钢框架-中心支撑体系的医院建筑进行了消能减震设计。对比分析了多遇地震与罕遇地震作用下该医院减震结构与非减震结构的地震响应。分析结果表明,地震作用下,设置的黏滞阻尼器滞回曲线饱满,耗散了大量地震输入结构的能量,减小了结构楼层剪力、层间位移角等参数的数值,改善了结构的损伤,提高了结构的抗震性能与安全储备,达到了预期的抗震性能目标。对消能子结构的节点区域进行了详细的有限元分析,结果表明,节点构造及承载力等满足要求。

高烈度区超限结构减震效果及子结构性能分析

为确保阻尼器在中大震作用下有效发挥耗能作用,结构减震设计时应对结构及阻尼器进行抗震性能分析。针对高烈度区的某高度超限的框架结构,设置屈曲约束支撑(BRB)进行减震分析,明确整体结构及消能子结构的构件在不同地震水准下的性能状态,同时分析BRB受力性能及其减震效果。分析表明:高烈度区框架结构采用减震方案后结构层间位移角能够满足规范限值要求;小震作用下BRB处于弹性状态并增大了结构刚度,中大震作用下BRB减震效果明显,结构及其构件满足预定性能目标要求;为确保阻尼器在中大震作用下有效发挥耗能作用,保护主体结构抗震安全,减震子结构中部分梁柱应采取设置钢骨或增大配筋的加强措施。上述研究可为基于抗震性能分析的减震结构全过程分析与设计提供依据。

采用一种预埋件的金属阻尼器中间柱型连接构件的受力性能研究

消能减震技术能显著提高建筑物的抗震性能,消能器的效果依赖其与主体结构的有效连接,目前关于阻尼器与整体结构有效连接设计方法的研究不多。针对工程中金属阻尼器的中间柱型连接形式,本文提出一种带有预埋件的悬臂墙构造,并给出设计方法及其设计要点。为进一步验证该设计方法的可靠性,探究悬臂墙的受力性能,对两个试件开展拟静力单向加载和低周往复加载试验。研究结果表明,悬臂墙裂缝从预埋件连接处开始发展,最终破坏时墙角及预埋件核心区应力较大,增设暗梁暗柱可较好地提高悬臂墙的承载能力。型钢预埋件配合暗梁暗柱能使悬臂墙在设计尺寸较小的情况下承受较大的设计阻尼力,保证阻尼器充分发挥消能效果。

组合减震技术在加固改造项目中的应用

以新冠肺炎疫情期间的应急项目加固改造为例,主要探究组合减震技术在加固改造项目中的应用。鉴于既有结构抗震性能以及防震缝宽度不足、结构整体扭转和局部抗震承载力不足的问题,兼顾加固工程量、最大限度减轻对原有建筑影响以及加固成本,最终采用组合减震技术(VFW+BRB)对原有框架进行加固设计。根据项目实际情况,按照不同的部位和重要程度制定了性能目标和设计。计算结果表明,采用组合减震技术加固后的结构在遭遇地震作用时,可以显著减少顶点位移和水平加速度,降低地震响应,提高结构抗震冗余度。

天津大港小学消能部件面外承载力探讨应用

目前消能减震技术的研究及工程应用都比较关注于消能器的力学性能,提供的附加阻尼比以及减震效果等方面,对于消能部件在罕遇地震作用下是否能够保证消能器能正常发挥效果等研究探讨相对缺乏,尤其是消能部件面外承载力的问题。本文以某工程采用消能减震技术为例,介绍实际工程中如何考虑消能部件面外承载力的问题,以保证消能器在罕遇地震作用下能够发挥应有的消能减震效果。

减震技术在优秀近代建筑更新中的应用研究

近代优秀建筑出于保护的要求,结构加固方法受到诸多制约,随着时间流逝,材料强度等也逐渐劣化,随着科技水平的不断发展,结构构造要求也不断提高,因此此类建筑往往不能满足现有的抗震设防要求。结合某优秀历史建筑修缮加固项目,介绍了采用壁式黏弹性阻尼器加固的设计方法,极大地减少了对主体结构的干预;基于底部剪力法提出了对阻尼器参数进行优化的简化方法,根据不同地震水准下结构变形控制目标,可较为便捷地确定阻尼器型号,并通过时程分析法对结构的抗震性能进行了验证。分析结果表明:壁式黏弹性阻尼器有效提高了主体结构的刚度和附加阻尼,提高了结构的整体抗震性能。该方法布置灵活,对建筑本体干预小、过程可逆,可作为近代建筑抗震加固的有效方式之一。

黏滞阻尼墙在某高层住宅中的研究与应用

黏滞阻尼墙在高层住宅中应用较少,以一实际工程为例,进行了多遇地震和罕遇地震作用分析,来说明黏滞阻尼墙在高层住宅中的研究与应用。采用规范法和能量比法计算了阻尼墙的附加阻尼比,设定消能子结构为与阻尼墙相连的剪力墙暗柱及梁,根据性能目标对消能子结构部分进行了加强。分析结果表明,阻尼墙布置方案满足目标阻尼比,减震效果明显,消能子结构可以满足罕遇地震作用下"中度损坏"的性能目标。