耗能减震加固方法的研究

耗能减减震加加固技技术与与方方法的的研究究一、地地震中中结构构的损损伤与与破坏坏二、传传统的的结构构抗震震加固固方法法2.1传统的加加固方法法加大截面面粘贴钢板板增设支撑撑体系增设剪力力墙碳纤维材材料加固固外套框架架加层加加固传统加固固方法的的原理：：通过提高高结构自自身的强强度和刚刚度，利利用结构构自身储储存和消消耗地震震能量（（即利用用结构构构件屈服服后的延延性耗散散能量））以达到到加固目目标。2.2传统加固固方法的的原理与与缺点传统加固固方法存存在的问问题：传统加固固方法加加固的结结构不具具备自我我调节能能力，而而且由于于地震的的不可预预见性及及结构反反应的复复杂性，，其抗震震加固未未必有效效。采用传统统的加固固方法还还存在造造价高、、施工时时间长、、适用范范围窄、、对用户户造成的的影响大大等缺点点。三、耗能能减震加加固的概概念与原原理3.1耗能减震震加固的的概念耗能减震震加固方方法是通通过在结结构物某些部位位增设耗耗能（阻阻尼）减减震器或或耗能组组件，以以达到抗抗震加固固目标的的新方法法。耗能装置置在结构构加固改改造中的的安装示示意图耗能装置置加固底底层柔弱弱结构示示意图3.2耗能减减震加加固的的原理理从能量量平衡衡的角角度解解释耗耗能减减震加加固的的原理理：传统加加固结结构：：耗能减减震加加固结结构：：一般来来说，，结构构损伤伤与结结构的的最大大变形形和滞回回耗能能（或或累积积塑性性变形形）成成正正比，，可用用式表表达，，由由于耗耗能减减震加加固结结构的的最大大变形形和和滞滞回耗耗能比比传传统加加固结结构的的最大大变形形和和滞滞回耗耗能大大大减减小，，因此此，采采用耗耗能减减震加加固方方法比比较合合理有有效。。3.3耗能减震加固固的优点：耗能减震加固固方法较传统统的加固方法法有诸多的优优越性：加固固机理明确、、加固效果显显著、方便简简单、造价低低、应用范围围广、而且不不改变原有建建筑的风貌等等。四、耗能减震震加固结构的的分析与设计计方法4.1耗能减震加固固的设计步骤骤设计地震性能目标对已有结构计计算分析是否满足结构构的性能要求完成否是决定要求的阻阻尼比选择合适的阻阻尼器位置设计阻尼器估计结构的阻阻尼比计算耗能减震震结构的地震震响应4.2耗能减震加固固的目标确定定耗能减震结构构可按以下两两个设防目标标进行设计：：设防准则I：“小震不坏，中中震可修，大大震不倒”；设防准则II：“中震不坏，，大震可修””Vision2000将基于功能的的抗震加固设设计功能目标可可分为四个等等级：无损伤正常使使用状态、有有损伤可修复复状态、保障障生命安全状状态和倒塌控制状态态。除了这一般般的基本目标标外，业主和和使用者可以以根据自身的的经济情况和和特殊的使用用要求提出各各自的功能要要求。4.3耗能减震装置置的选择与设设计原则4.3.1耗能减震装置置的选择1）从耗能装置置的力学特征征角度选择耗耗能器目前，国内外外学者研究开开发了许多不不同种类和形形式的耗能器器：速度相关型耗耗能器粘弹性阻尼器器粘滞阻尼器位移相关型耗耗能器摩擦耗能器钢弹塑性耗能能器铅挤压阻尼器器从耗能器的力力学特征出发发，对侧移要要求严格的结结构加固，选选择粘弹性和和粘滞性阻尼尼器更合适；；如果加固结构构增加阻尼的的同时也需要要增加侧向刚刚度，可以选选择金属耗能能器、摩擦耗耗能器或粘弹弹性阻尼器；；如果加固结构构不期望增加加刚度，粘滞滞性阻尼器是是最好的选择择；如果加固结构构所处环境的的温度变化较较大，可以选选择金属耗能能器和摩擦耗耗能器。2）周围环境对对耗能器性能能的影响耗能器的性能能受环境条件件影响较大，，为了尽可能能的限定在使使用期内耗能能器的反应特特征，工程师师必须考虑下下列环境影响响系数：1）由于风、温温度或其它反反复荷载产生生的高频率、、小位移的运运动引起耗能能器性能的退退化；2）耗能器由于于重力荷载产产生的力或位位移；3）腐蚀或磨损损；4）老化、湿度度或化学辐射射；5）紫外线辐射射。3）考虑经济因因素随着经济的发发展和耗能减减震技术的进进步，耗能器器的价格、安安装及施工费费用也在不断断发生变化。。但目前来说说，钢屈服耗耗能器和摩擦擦耗能器费用用较低；粘弹弹性阻尼器和和粘滞阻尼器器成本较高。。4.3.2耗能装置的设设置原则耗能装置应根根据旱遇地震震作用下的预预期结构位移控控制要求设置置。耗能减震震结构中的耗耗能装置应沿沿结构的两个个主轴方向分分别设置，耗耗能装置宜设设置在层间变变形较大的位位置，其数量量和分布应通通过综合分析析合理确定。。4.3.3耗能减震器数数量的估计耗能减震加固固结构的概念念设计阶段，，耗能器数量量的估计是很很重要的方面面。在初步确确定耗能器附附加给结构的的阻尼比，并并选定合适的的耗能器后，，可采用能量量法估计结构构中需多少耗耗能器方可达达到预期的加加固目标。4.3.4耗能部件的的布置原则则合理的选择择耗能器的的安放位置置，使得结结构在满足足变形要求求的条件下下使用耗能能器的数量量尽可能减减小，或一一定数量的的耗能器耗耗散的能量量最多，从从而达到经经济的目的的。增设到到结构中的的耗能部件件宜遵循一一定的布置置原则：1）尽量缩小小质量中心心和刚度中中心的差异异对于规则结结构，耗能能部件应在在基本满足足业主空间间使用需求求的基础上上，沿结构构的两个主主轴方向分分别设置或或仅在一个个主轴方向向布置，图图11为耗能部件件的几种设设置方式，，耗能部件件的平面布布置应规则则、对称，，尽量缩小小质量中心心和刚度中中心的差异异；对于有有偏心的结结构，尚尽尽量在远离离刚心的一一端布置耗耗能器，以以减小结构构扭转效应应的发生。。2）以层间位位移为指标标布置采用耗能器器进行结构构抗震加固固的目的主主要是控制制结构的层层间位移。。减震结构构的计算分分析结果表表明，增设设耗能器后后结构位移移变化的规规律比速度度、加速度度变化的规规律更强，，因此，耗耗能部件的的竖向布置置以层间位位移为控制制指标更合合理恰当，，宜遵守以以下几条原原则：a）增设耗能能部件后对对其所在层层的层间位位移降低最最大，故耗耗能部件应应增设在层间位移较较大的楼层层；b）增设耗能能部件后，，对上部邻邻近层的位位移控制效效果要比对对下部邻近近层的位移移控制效果果好，因此此，当层间间位移基本本相等时，，耗能部件件宜增设在在较低层；c）在某些些情况下下，增设设耗能部部件结构构的部分分层层间间位移比比相应原原结构的的层间位位移大，，故耗能能部件在在竖向上上宜每层都都设置，尽量做做到加固固后各楼楼层的屈屈服强度度系数大大致相等等，防止止某一层层产生较较大的层层间侧移移，出现现塑性变变形集中中效应。。4.3.5耗能部件件的连接接与构造造耗能部件件的连接接和构造造，包括括以下三三种情况况：（1）耗能器器与支撑撑构件的的连接和和构造；；（2）耗能器器同时和和支撑构构件及主主体结构构连接；；（3）支撑构构件与主主体结构构的连接接和构造造。由于拟加加固结构构的最初初设计未未考虑使使用耗能能器，在在原有框框架梁里里并未预预埋联结结钢板，，增设耗耗能部件件与主体体结构的的连接会会比较复复杂，连连接的形形式和构构造因耗耗能器的的类型及及支撑构构件和主主体结构构的材料料不同而而不同，，一般可可采用螺螺栓连接接或刚性性连接。。耗能器与与斜支撑撑、填充充墙、梁梁或节点点的连接接,应符合钢钢构件连连接或钢钢与钢筋筋混凝土土构件连连接的构构造要求求，并能能承担耗耗能器施施加给连连接节点点的最大大作用力力，防止止节点先先于耗能能器破坏坏；耗能能器及其其连接构构件应具具有耐久久性能和和较好的的易维护护性。4.4耗能减震震加固结结构的分分析与设设计方法法许多国家家已经制制定或正正在制定定耗能减减震结构构的加固固设计指指南或设设计规范范，我国国规范规规定常用用的设计计方法有有底部剪剪力法、、振型分分解反应应谱法、、时程分分析法，，规（GB50011-2001）首次引引入了以以推覆（（pushover）方法为为代表的的非线性性静力分分析方法法(NonlinearStaticProcedure，简称NSP)。国外学者者对基于于功能的的抗震设设计方法法进行了了大量的的分析研研究，并并已进入入新一代代的抗震震加固设设计标准准，用以以指导工工程抗震震加固设设计。该该方法既既能把握握结构构构件和耗耗能元件件的非线线性性能能，又较较为简便便实用，，不失为为一种有有效的评评价结构构性能的的手段，，成为目目前抗震震加固设设计研究究的热点点。基于功能能的抗震震加固方方法，是根据据建筑重重要性的的不同，，将建筑筑结构的的抗震需需求划分分为不同同的抗震震水平，，通过结结构的功功能目标标来量化化各个抗抗震水平平，根据据不同量量化指标标进行结结构加固固设计，，以使建建筑在地地震中达达到预期期的抗震震效果。。基于能量量的抗震震加固设设计方法法亦日益受到重视视。地震震对结构构作用的的实质是是一种能能量传递递、转化化、存储储和耗能能的过程程，能量量分析方方法是从从地震能能量输入入与结构构或构件件能量耗耗散间的的相互关关系进行行分析设设计，其其最大优优点是可可以考虑虑结构在在地震作作用下的的累积损损伤，而而且可以以包含地地震持时时对结构构地震效效应的影影响。五、耗能能减震加加固技术术的工程程应用目前，许许多不同同构造、、不同种种类的耗耗能器已已被应用用于实际际加固工工程中。。摩擦型阻阻尼器在加固工工程中的的应用Pall型摩擦阻阻尼器应应用于加加拿大的EcolePolyvalente教学楼的的抗震加固固中,该建筑为为三层预预制装配结构构，建于于1967年，由于于抗侧力不足足且延性性较差，，在1988年Quebec（魁北克克）地震震中遭到到破坏，共使用64个摩擦耗耗能支撑撑进行加固固，节省省加固费费40%、施工时间60%。摩擦阻尼尼器在加加固工程程中的应应用摩擦型阻阻尼器在在加固工工程中的的应用联邦电子子科研大大楼位于加拿拿大首都都渥太华华，它建建于1993年，在2003年的时候候加多了一一层。这这是一幢幢3层的混凝凝土框架架结构的的建筑，，带有一一个地下下室。它它里面都是一一些灵敏敏度很高高的装置置和贵重重的设备备，保证证那些装装置科学学数据的的安全和和在大震中中这一建建筑能持持续地工工作是十十分重要要的，所所以对这这一建筑筑进行加加固。摩擦型阻阻尼器在在加固工工程中的的应用加拿大的的Montreal市的NouverEuropa民用建筑筑由两幢幢10层的钢筋筋混凝土土框架建筑所组组成，还还带两层层的地下下室，两两部分之之间用走走廊相连连。为了了满足顾顾客对更更高的居住住条件的的需要从从而对这这幢建筑筑进行改改造，加加固中一一共安装装了60个Pall摩擦阻尼器器。波音公司司的飞机机制造车车间，，建于1968—1991年间。。车间为钢结结构，高高有37m，净跨350m，整个建建筑物覆覆盖面积达98英亩，，为对这这些车间进行行抗震升升级，，使用Pall阻尼器，，整个个的加固固工程费用用为6500万美元，，跟传统方方法相比比，节约约了3000万美元。摩擦型阻阻尼器在在加固工工程中的的应用马京大楼楼位于美美国加利利福尼亚亚州奥克克兰市，，建于1930年。该大大楼为全全钢结构构,地上4层,地下1层,屋面标高高22.4ｍ，原结结构设计计没有考虑抗震震要求，，根据美美国现行行建筑规规范需进行结构构抗震加加固。采采用了钢钢-混凝土组组合抗侧力结结构进行行加固，，且在钢钢斜撑的的三个连连接节点处处采用了了摩擦阻阻尼节点点。摩擦擦阻尼节节点采用铜铜垫板以以确保固固定摩擦擦系数0.3。摩擦型阻阻尼器在在加固工工程中的的应用金属屈服服减震器器阻尼器器在加固工工程中的的应用附加阻尼尼刚度(ADAS)装置已被被应用于于墨西哥城城一幢办办公楼的的抗震加加固中。。该建筑为10层钢框架架结构，，建于50年代，后来又增增加了3层，在1985年墨西哥大大地震中，由由于塑性变变形和扭转转变形过大大而导致破坏坏后，除去去增加的3层并采用装有ADAS装置的人字字形和X形钢支撑进行加固。。金属屈服减减震器阻尼尼器在加固固工程中的的应用金属屈服减减震器阻尼尼器在加固固工程中的的应用西安长乐苑苑招商局广广场4号楼为商务务和住宅用用楼，结构构体系为现现浇部分框框支剪力墙墙结构。根据结构抗抗震鉴定报报告说明，，该结构构的抗震能能力不足，，要对其进进行加固。。最终采用用具有强大消能能作用的开开孔式软钢钢阻尼器来来进行本建建筑抗震加加固工程，，pushover结果分析析显示加装装开孔式式软钢阻阻尼器（（HADAS）后，有有效提升升了楼的的抗震能能力。金属屈服服减震器器阻尼器器在加固固工程中中的应用用台湾Ｓhe-Hwa银行，这这是一幢幢47层的高层层建筑，，1999年在施工工期间遭遇遇了Chi-Chi大地震，，但但建筑物物并没有有受到破破坏，但但由于设计规范范的改变变（地震震加速度度从0.23g变为0.33g），为了了提高其其抗震能力力，使使用了弯弯曲约束束支撑（（BRB），从而而达到了了预期的的目的。。金属屈服服减震器器阻尼器器在加固固工程中中的应用用阻尼器在台湾湾的应用还有有以下的一些些例子屈服约束支撑撑在台北国家家大楼中的应应用金属屈服减震震器阻尼器在在加固工程中中的应用三角金属软钢钢板阻尼器在在台北商业街街中的应用日本某事务所所为钢筋混凝凝土框架结构，地上10层，地下1层，建筑面积1600平方米，建于于昭和52年，采用钢弹弹塑性耗能器器进行抗震加固。金属屈服减震震器阻尼器在在加固工程中中的应用日本名古屋市市某事物所为为钢筋混凝土土框架结构，建筑面面积957平方米，地上上9层，地下2层，高37.1米，建于1972年，地震破坏后，于1999年横向采用极极低屈服点钢，纵向采采用耐震壁进进行抗震加固固。金属屈服减震震器阻尼器在在加固工程中中的应用粘滞耗能阻尼尼器在加固工程中中的应用粘滞耗能阻尼尼器在加固工工程中的应用用北京展览馆建建于1953年，建筑面积积近5万平方米，其其原设计未考考虑抗震设防防。鉴定原结构不不满足北京地地区8度抗震要求，，应进行全面面抗震加固。。共用116个粘滞阻尼器、、和消能支支撑，从而而达到抗震要要求。粘滞耗能阻尼尼器在加固工工程中的应用用韩国Chun-su桥位于Seo-Hal高速公路上，，全长为766m，于2001年竣工。为了使底部结结构在地震加加速度峰值为为0.154g时不至于破坏坏，决定对对桥进行加固固，轴方向增加粘粘滞阻尼系统统。结果纵纵向的运动比比容许的值要要低，并因此此使得结构的频率比加固固前要低。粘滞耗能阻尼尼器在加固工工程中的应用用同样的还有E－po桥，位于韩韩国西北部的的Ｋyung－Gy省，该桥于1992开始通车，总总长为797m。粘滞耗能器在加固工程中中的应用粘弹性耗能器器在加固工程程中的应用潮汕星河大厦厦位于汕头市市金环路东侧侧，是一座综综合性高层建建筑。总建筑筑面积27976.8平方米，地下下1层，地上总高高度98.70m。潮汕星河大厦厦由于原设计计为二十二层，，施工至十二二层时，业主主提出增加三三层，结构变变为二十五层层。采用由广州大大学周云教授授研制的复合合型铅粘弹性性阻尼器，，达到预期的的目的。粘弹性耗能器器在加固工程程中的应用北京饭店为钢钢筋混凝土框框架结构，建建于50年代，总建建筑面积为19340平方米，结构高37m，总共8层，局部9层。北北京地地区的的地震震基本本烈度度为8度，原原结构构未考虑虑抗震震，在在1976年的唐唐山地地震中中有所所损坏坏，震震后结结构第第7层进行行了加加固处理。。消能能器采采用了了法国国JARRET公司生生产的的粘滞滞一弹弹簧阻阻尼器器。。加固固结构构在小震震作用用下，，层间间位移移减小小幅度度达50%~60%左右，，达达到要要求。。粘弹性性耗能能器在在加固固工程程中的的应用用北京京京西宾宾馆西西楼是是一幢幢形体体呈““山””字形形的现现浇钢钢筋混混凝土土框架架剪力力墙结结构，，建于六六十年年代，，建筑筑物地地上十十三层层，地地下一一层，，建筑筑高度度60m，建筑筑面积积为52000平方米米，该该工程程1965年竣工工投入入使用用至今今已有有35年，此此次抗抗震加加固改改造的抗震震设防防烈度度为8度，结结构安安全等等级为为二级级，设设计使使用年年限为为30年。阻阻