耗能减震加固方法的

耗能减震加固技术与

方法的研究一、地震中结构的损伤与破坏二、传传统的的结构构抗震震加固固方法法2.1传传统统的加加固方方法加大截截面粘贴钢钢板增设支支撑体体系增设剪力墙墙碳纤维材料料加固外套框架加加层加固传统加固方方法的原理理：通过提高结结构自身的的强度和刚刚度，利用用结构自身身储存和消消耗地震能能量（即利利用结构构构件屈服后后的延性耗耗散能量））以达到加加固目标。。2.2传传统加固固方法的原原理与缺点点传统加固方方法存在的的问题：传统加固方方法加固的的结构不具具备自我调调节能力，，而且由于于地震的不不可预见性性及结构反反应的复杂杂性，其抗抗震加固未未必有效。。采用传统的的加固方法法还存在造造价高、施施工时间长长、适用范范围窄、对对用户造成成的影响大大等缺点。。三、耗能减减震加固的的概念与原原理3.1耗耗能减震加加固的概念念耗能减震加加固方法是是通过在结结构物某些部位增增设耗能（（阻尼）减减震器或耗耗能组件，，以达到抗抗震加固目目标的新方方法。耗能装置在在结构加固固改造中的的安装示意意图耗能装置加加固底层柔柔弱结构示示意图3.2耗耗能减震震加固的原原理从能量平衡衡的角度解解释耗能减减震加固的的原理：传统加固结结构：耗能减震加加固结构：：一般来说，，结构损伤伤与结构的的最大变形形和滞回耗能能（或累积积塑性变形形）成成正比，，可用式表表达，由由于耗能减减震加固结结构的最大大变形和和滞滞回耗能比比传统加加固结构的的最大变形形和和滞回耗耗能大大大减减小，因此此，采用耗耗能减震加加固方法比比较合理有有效。3.3耗耗能减震震加固的优优点：耗能减震加加固方法较较传统的加加固方法有有诸多的优优越性：加加固机理明明确、加固固效果显著著、方便简简单、造价价低、应用用范围广、、而且不改改变原有建建筑的风貌貌等。四、耗能减减震加固结结构的分析析与设计方方法4.1耗耗能减震震加固的设设计步骤设计地震性能目标对已有结构构计算分析析是否满足结结构的性能要求求完成否是决定要求的的阻尼比选择合适的的阻尼器位位置设计阻尼器器估计结构的的阻尼比计算耗能减减震结构的的地震响应应4.2耗耗能减震震加固的目目标确定耗能减震结结构可按以以下两个设设防目标进进行设计：：设防准则I：“小震不坏，，中震可修修，大震不不倒”；设防准则II：“中震不坏坏，大震可可修”Vision2000将基于于功能的抗抗震加固设设计功能目标标可分为四四个等级：：无损伤正常常使用状态态、有损伤伤可修复状状态、保障障生命安全全状态和倒塌控制状状态。除了这一一般的基本本目标外，，业主和使使用者可以以根据自身身的经济情情况和特殊殊的使用要要求提出各各自的功能能要求。4.3耗耗能减震震装置的选选择与设计计原则4.3.1耗能减减震装置的的选择1）从耗能能装置的力力学特征角角度选择耗耗能器目前，国内内外学者研研究开发了了许多不同同种类和形形式的耗能能器：速度相关型型耗能器粘弹性阻尼尼器粘滞阻尼器器位移相关型型耗能器摩擦耗能器器钢弹塑性耗耗能器铅挤压阻尼尼器从耗能器的的力学特征征出发，对对侧移要求求严格的结结构加固，，选择粘弹弹性和粘滞滞性阻尼器器更合适；；如果加固结结构增加阻阻尼的同时时也需要增增加侧向刚刚度，可以以选择金属属耗能器、、摩擦耗能能器或粘弹弹性阻尼器器；如果加固结结构不期望望增加刚度度，粘滞性性阻尼器是是最好的选选择；如果加固结结构所处环环境的温度度变化较大大，可以选选择金属耗耗能器和摩摩擦耗能器器。2）周围环环境对耗能能器性能的的影响耗能器的性性能受环境境条件影响响较大，为为了尽可能能的限定在在使用期内内耗能器的的反应特征征，工程师师必须考虑虑下列环境境影响系数数：1）由于风风、温度或或其它反复复荷载产生生的高频率率、小位移移的运动引引起耗能器器性能的退退化；2）耗能器器由于重力力荷载产生生的力或位位移；3）腐蚀或或磨损；4）老化、、湿度或化化学辐射；；5）紫外线线辐射。3）考虑经经济因素随着经济的的发展和耗耗能减震技技术的进步步，耗能器器的价格、、安装及施施工费用也也在不断发发生变化。。但目前来来说，钢屈屈服耗能器器和摩擦耗耗能器费用用较低；粘粘弹性阻尼尼器和粘滞滞阻尼器成成本较高。。4.3.2耗能能装置的设设置原则耗能装置应应根据旱遇遇地震作用用下的预期结构位移移控制要求求设置。耗耗能减震结结构中的耗耗能装置应应沿结构的的两个主轴轴方向分别别设置，耗耗能装置宜宜设置在层层间变形较较大的位置置，其数量量和分布应应通过综合合分析合理理确定。4.3.3耗耗能减减震器数数量的估估计耗能减减震加加固结结构的的概念念设计计阶段段，耗耗能器器数量量的估估计是是很重重要的的方面面。在在初步步确定定耗能能器附附加给给结构构的阻阻尼比比，并并选定定合适适的耗耗能器器后，，可采采用能能量法法估计计结构构中需需多少少耗能能器方方可达达到预预期的的加固固目标标。4.3.4耗耗能部件的布置置原则合理的选择耗能器器的安放位置，使使得结构在满足变变形要求的条件下下使用耗能器的数数量尽可能减小，，或一定数量的耗耗能器耗散的能量量最多，从而达到到经济的目的。增增设到结构中的耗耗能部件宜遵循一一定的布置原则：：1）尽量缩小质量量中心和刚度中心心的差异对于规则结构，耗耗能部件应在基本本满足业主空间使使用需求的基础上上，沿结构的两个个主轴方向分别设设置或仅在一个主主轴方向布置，图图11为耗能部件件的几种设置方式式，耗能部件的平平面布置应规则、、对称，尽量缩小小质量中心和刚度度中心的差异；对对于有偏心的结构构，尚尽量在远离离刚心的一端布置置耗能器，以减小小结构扭转效应的的发生。2）以层间位移为为指标布置采用耗能器进行结结构抗震加固的目目的主要是控制结结构的层间位移。。减震结构的计算算分析结果表明，，增设耗能器后结结构位移变化的规规律比速度、加速速度变化的规律更更强，因此，耗能能部件的竖向布置置以层间位移为控控制指标更合理恰恰当，宜遵守以下下几条原则：a）增设耗能部件件后对其所在层的的层间位移降低最最大，故耗能部件件应增设在层间位移较大的楼楼层；b）增设耗能部件件后，对上部邻近近层的位移控制效效果要比对下部邻邻近层的位移控制制效果好，因此，，当层间位移基本本相等时，耗能部部件宜增设在较低层；c）在某某些情况况下，增增设耗能能部件结结构的部部分层层层间位移移比相应应原结构构的层间间位移大大，故耗耗能部件件在竖向向上宜每层都都设置，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耗耗能能部件的的连接与与构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）耗耗能器与与支撑构构件的连连接和构构造；（2）耗耗能器同同时和支支撑构件件及主体体结构连连接；（3）支支撑构件件与主体体结构的的连接和和构造。。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,应符符合钢构构件连接接或钢与与钢筋混混凝土构构件连接接的构造造要求，，并能承承担耗能能器施加加给连接接节点的的最大作作用力，，防止节节点先于于耗能器器破坏；；耗能器器及其连连接构件件应具有有耐久性性能和较较好的易易维护性性。4.4耗耗能能减震加加固结构构的分析析与设计计方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，简称称NSP)。国外学者对基基于功能的抗抗震设计方法法进行了大量量的分析研究究，并已进入入新一代的抗抗震加固设计计标准，用以以指导工程抗抗震加固设计计。该方法既既能把握结构构构件和耗能能元件的非线线性性能，又又较为简便实实用，不失为为一种有效的的评价结构性性能的手段，，成为目前抗抗震加固设计计研究的热点点。基于功能的的抗震加固固方法，是根据建建筑重要性性的不同，，将建筑结结构的抗震震需求划分分为不同的的抗震水平平，通过结结构的功能能目标来量量化各个抗抗震水平，，根据不同同量化指标标进行结构构加固设计计，以使建建筑在地震震中达到预预期的抗震震效果。基于能量的的抗震加固固设计方法法亦日益受到重视。。地震对结结构作用的的实质是一一种能量传传递、转化化、存储和和耗能的过过程，能量量分析方法法是从地震震能量输入入与结构或或构件能量量耗散间的的相互关系系进行分析析设计，其其最大优点点是可以考考虑结构在在地震作用用下的累积积损伤，而而且可以包包含地震持持时对结构构地震效应应的影响。。五、耗能减震加加固技术的工程程应用目前，许多不同同构造、不同种种类的耗能器已已被应用于实际际加固工程中。。摩擦型阻尼器在加固工程中的的应用Pall型摩擦擦阻尼器应用于于加拿大的EcolePolyvalente教教学楼的抗震加固中,该该建筑为三层层预制装配结构，建于于1967年，，由于抗侧力不足且延性性较差，在1988年Quebec（魁北克）地震震中遭到破坏，共使用64个摩摩擦耗能支撑进行加固，节省省加固费40%、施工时间60%。。摩擦阻尼器在加加固工程中的应应用摩擦型阻尼器在在加固工程中的的应用联邦电子科研大大楼位于加拿大大首都渥太华，，它建于1993年，在2003年的时候候加多了一层。这这是一幢3层的的混凝土框架结结构的建筑，带带有一个地下室室。它里面都是一些灵敏敏度很高的装置置和贵重的设备备，保证那些装装置科学数据的的安全和在大震中这一一建筑能持续续地工作是十十分重要的，，所以对这一一建筑进行加加固。摩擦型阻尼器器在加固工程程中的应用加拿大的Montreal市的NouverEuropa民用建筑筑由两幢10层的钢筋混混凝土框架建筑所组成，，还带两层的的地下室，两两部分之间用用走廊相连。。为了满足顾顾客对更高的居住条件件的需要从而而对这幢建筑筑进行改造，，加固中一共共安装了60个Pall摩擦阻尼器。波音公司的飞飞机制造车间间，建于1968—1991年间。车车间为钢结构，，高有37m，净跨350m，，整个建筑物物覆盖面积达98英英亩，为对对这些车间进行抗震震升级，使使用Pall阻尼尼器，整个个的加固工程费用为6500万美美元，跟传统方法相相比，节约了了3000万美美元。摩擦型阻尼器器在加固工程程中的应用马京大楼位于于美国加利福福尼亚州奥克克兰市，建于1930年。该大楼楼为全钢结构构,地上4层层,地下1层,屋屋面标高22.4ｍ，原原结构设计没没有考虑抗震要求求，根据美国国现行建筑规规范需进行结构抗震震加固。采用用了钢-混凝凝土组合抗侧力结构进进行加固，且且在钢斜撑的的三个连接节点处采用用了摩擦阻尼尼节点。摩擦擦阻尼节点采用铜垫板板以确保固定定摩擦系数0.3。摩擦型阻尼器器在加固工程程中的应用金属屈服减震震器阻尼器在加固工程中中的应用附加阻尼刚度度(ADAS)装置已已被应用于墨西哥城一幢幢办公楼的抗抗震加固中。。该建筑为10层层钢框架结构构，建于50年代，后来又增加了了3层，在1985年墨墨西哥大地震中，由于于塑性变形和和扭转变形过过大而导致破坏后后，除去增加加的3层并采采用装有ADAS装置的人字字形和X形钢钢支撑进行加固。金属屈服减震震器阻尼器在在加固工程中中的应用金属屈服减震震器阻尼器在在加固工程中中的应用西安长乐苑招商局局广场4号楼为商商务和住宅用楼，，结构体系为现浇浇部分框支剪力墙墙结构。根据结构抗震鉴定定报告说明，该该结构的抗震能力力不足，要对其进进行加固。最终采采用具有强大消消能作用用的开孔孔式软钢钢阻尼器器来进行行本建筑筑抗震加加固工程程，pushover结果果分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在台湾的的应用还还有以下下的一些些例子屈服约束束支撑在在台北国国家大楼楼中的应应用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三角金属属软钢板板阻尼器器在台北北商业街街中的应应用日本某事事务所为为钢筋混混凝土框框架结构，地地上10层，地地下1层层，建筑面积1600平方米米，建于于昭和52年，采用用钢弹塑塑性耗能能器进行行抗震加固。。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日本名古古屋市某某事物所所为钢筋筋混凝土土框架结构，建建筑面积积957平方米米，地上上9层，，地下2层，，高37.1米米，建建于1972年年，地地震破坏后后，于于1999年横横向采采用极极低屈屈服点钢，，纵向向采用用耐震震壁进进行抗抗震加加固。。金属屈屈服减减震器器阻尼尼器在在加固固工程程中的的应用用粘滞耗耗能阻阻尼器器在加固固工程程中的的应用用粘滞耗耗能阻阻尼器器在加加固工工程中中的应应用北京展展览馆馆建于于1953年，，建筑筑面积积近5万平平方米米，其其原设设计未未考虑虑抗震震设防防。鉴定原原结构构不满满足北北京地地区8度抗抗震要要求，，应进进行全全面抗抗震加加固。。共共用116个粘滞阻阻尼器器、、和消消能支支撑，，从从而达达到抗抗震要要求。。粘滞耗耗能阻阻尼器器在加加固工工程中中的应应用韩国Chun-su桥位位于Seo-Hal高速速公路路上，，全长长为766m，，于2001年年竣工工。为了使使底部部结构构在地地震加加速度度峰值值为0.154g时时不至至于破破坏，，决决定对对桥进进行加加固，，轴方向向增加加粘滞滞阻尼尼系统统。。结果果纵向向的运运动比比容许许的值值要低低，并并因此此使得得结构构的频率率比加加固前前要低低。粘滞耗耗能阻阻尼器器在加加固工工程中中的应应用同样的还有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1层，，地上总高度度98.70m。潮汕星星河大厦由于于原设计为二十二层，，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年代代，总建筑筑面积为19340平方方米，结构高37m，总共8层层，局部9层层。北京地区区的地震基本本烈度为8度度，原结构未考虑抗震，，在1976年的唐山地地震中有所损损坏，震后结结构第7层进进行了加固处理。消能器器采用了法国国JARRET公司生产