惠民福利国产精品无码aV一区二区三区_国产精品日韩电影天堂_国产在线草莓AⅤ精品_国产精品VA在线观看蜜臀_奇米影视888四色狠狠_香蕉视频在线看网站_日韩精品久久影院_中文乱码字幕午夜无线观看_香蕉一区二区三区_(凹凸)制服丝袜视频高清中文字幕

“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(duì)都江堰市北街小學(xué)外國(guó)語(yǔ)

學(xué)校藝術(shù)大樓的加固設(shè)計(jì)和施工

（四川國(guó)方建筑機(jī)械有限公司    四川成都   610031）

摘要   原設(shè)計(jì)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(jì)工程中，應(yīng)國(guó)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(guó)語(yǔ)學(xué)校藝術(shù)大樓的加固設(shè)計(jì)和施工過(guò)程使我們更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，采用阻尼器對(duì)需要提高設(shè)防烈度的框架建筑進(jìn)行加固無(wú)疑是最好的選擇。同時(shí)，對(duì)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(guó)語(yǔ)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(kāi)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(duì)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(jì)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(duì)都江堰北街小學(xué)外國(guó)語(yǔ)學(xué)校做加固設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足其原設(shè)計(jì)使用年限，安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為8度，基本地震加速度為0.2g.建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，建筑設(shè)計(jì)特征周期為0. 40s,抗震設(shè)防類別為乙類，建筑抗震等級(jí)為一級(jí)。

2提出問(wèn)題

工程初步設(shè)計(jì)時(shí)，先對(duì)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(jì)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(guò)提高結(jié)構(gòu)整體剛度的方法來(lái)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(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力的不均勻分布。同時(shí)，結(jié)構(gòu)整體剛度的提高會(huì)吸收更多的地震能量，這些都是對(duì)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(duì)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(wú)形中增大。

(3)鋼筋混凝土的施工工藝過(guò)程要求的作業(yè)空間大的特點(diǎn)，確定了施工過(guò)程中必將對(duì)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(duì)這些非結(jié)構(gòu)部分恢復(fù)時(shí)不僅增加了工程成本費(fèi)用還使得工程工期顯著延長(zhǎng)。

幾方思星后，從地震對(duì)建筑造成損害的本質(zhì)上找到突破口——建筑受震過(guò)程既是地震能量的釋放過(guò)程(或說(shuō)是建筑吸收地震能量的過(guò)程)。如果單位時(shí)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(huì)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(jiàn)，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(shí)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(shí)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(shí)間內(nèi)對(duì)外來(lái)能的承受能力。

從第（1）條思路來(lái)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(chǎng)地的地質(zhì)構(gòu)造等因素確定，對(duì)于一確定建筑來(lái)說(shuō)，某次地震工程中一定時(shí)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(lái)看，為提高建筑結(jié)構(gòu)對(duì)外來(lái)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(shuō)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。考慮到地震作用屬偶然荷載，因此，需要一種受外來(lái)沖擊荷載被動(dòng)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(shí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布。

3設(shè)計(jì)構(gòu)想

隨著消能減震技術(shù)的發(fā)展日趨完善，越來(lái)越多的高層建筑、橋梁等受動(dòng)荷載影響嚴(yán)重的建筑物采用各種類型的阻尼器來(lái)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(duì)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(shí)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(duì)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(cuò)開(kāi)(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(gè)(一層12個(gè)，二層8個(gè))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(jì)

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(shí)開(kāi)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(duì)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(jiǎn)單，在對(duì)本工程進(jìn)行整體模型分析時(shí)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)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(jì)算準(zhǔn)確性的重要依據(jù)。在模型中對(duì)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(dòng)速度之間的簡(jiǎn)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(duì)運(yùn)動(dòng)速度(mm/s);為根據(jù)設(shè)計(jì)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(duì)結(jié)構(gòu)位移產(chǎn)生明顯影響，同時(shí)在大震來(lái)臨時(shí)要求能及時(shí)有效地吸收消耗地震傳來(lái)的機(jī)械震動(dòng)能量，控制建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形滿足國(guó)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(dòng)速度為100mm/s。取=0.15. C= 350,計(jì)算出阻尼器的最大阻尼約為700kN。

4.3  確定阻尼器型號(hào)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試阻尼器力學(xué)性能

根據(jù)需要計(jì)算出阻尼器力學(xué)性能參數(shù)和計(jì)算模型中初步確定的阻尼器安裝類型，阻尼器型號(hào)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(hào)為007的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（圖7、圖8和表2）。

通過(guò)對(duì)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(jì)

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(duì)阻尼器安裝進(jìn)行設(shè)計(jì):

(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(duì)位移較大的位置，并將該相鄰節(jié)點(diǎn)通過(guò)阻尼器連接起來(lái)。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(guò)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(duì)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(jì)受力極限，因此，需要對(duì)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(duì)該處節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理時(shí)比較簡(jiǎn)單有效地一種方法就是對(duì)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(gè)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(shí)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(duì)精密的裝置，現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)精確測(cè)定后現(xiàn)場(chǎng)制作。同時(shí)，由于是對(duì)受損建筑進(jìn)行加固，現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中多少會(huì)受原建筑結(jié)構(gòu)的限制，可能會(huì)需要做適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整。因此，在阻尼器安裝施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)工程師的跟蹤設(shè)計(jì)尤為重要。

致謝: *5.12”大地震后首個(gè)消能減震加固工程由筆者所在的四川國(guó)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(jì)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(guó)語(yǔ)學(xué)校校方及周列劍先生給予的幫助和支持。

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