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,与结构自身共同发挥作用,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固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)。

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。

图1 阻尼器型屈曲约束支撑的基本组成
Fig.1 Basic composition of the damping buckling-restrained brace

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ξ_eff达到10%可满足结构位移、配筋、基底反力的要求,而原结构固有阻尼比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ξ_a为5%。

图4 阻尼器型屈曲约束支撑平面(a)和局部立面(b)布置图
Fig.4 Layout of the damping buckling-restrained brace (a)floor plan;(b)local elevation layout

结构初始状态下,按照原结构固有阻尼比5%参与结构计算,得到初始状态下阻尼器型屈曲约束支撑提供给结构的附加阻尼比ξ_a'=2.82%,经计算得到结构有效阻尼比ξ_eff=7.82%。然后,经过4次迭代计算,得到ξ⁴_a=5.19≈ξ³ⁿ_a=5.15,进而得到采用阻尼器型屈曲约束支撑后结构的附加有效阻尼比为ξ_a=ξ⁴_a=5.19,结构有效阻尼比ξ_eff=10.19%。

在考虑阻尼器型屈曲约束支撑刚度的前提下,经计算得到结构的周期和位移比参数,并与未设置阻尼器型屈曲约束支撑的模型进行计算结果对比(表1)。

从表1中可以看出,其周期和位移比参数变化不大,即阻尼器型屈曲约束支撑对原结构的刚度变化影响较小(王瑾等,2010)。

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

表1 采用与未采用阻尼器型屈曲约束支撑的模型的计算结果对比
Tab.1 Comparison results between the used and no used computational model of the damping buckling-restrained brace frame structure

固工程中行之有效的抗震加固设计方法与途径,既可以简化结构抗震设计步骤,又可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。