“5.12”大地震后首例消能减震手艺 加固实例 ——接纳阻尼器对都江堰市北街小学本国 语学校艺术大楼的加固设计和施工

宣布时间 :2019-03-12 点击次数:1021 旧事 泉源 :【本站】

 

“5.12”大地震后首例消能减震手艺 加固实例

——接纳阻尼器对都江堰市北街小学本国 语

学校艺术大楼的加固设计和施工


(四川千层浪官网福利修建 机械有限公司    四川成都   610031)

 

摘要   原设计抗震设防烈度为7度。受“5.12”大地震浸染 ,该楼一层大少数 柱顶受损,表现 出原结构 中抗震设防的不及 。在抗震加固设计工程中,应国度 相关规范 和震后文件的要求,须将该楼的抗震设防烈度提高 到8度,接纳传统加固要领险些不行 抵达 。都江堰北街小学本国 语学校艺术大楼的加固设计和施工历程使千层浪官网福利更进一步熟习 到,接纳阻尼器对需求 提高 设防烈度的框架修建 举行 加固无疑是最好的选择。同时,对现代 修建 抗震新手 艺 的推行 也具有深远的意旨 。

 

关键 词   抗震加固;消能减震;阻尼器;节点处置赏罚

1工程概略

都江堰北街小学本国 语学校艺术大楼为五层的钢筋混凝土框架结构 ,基础 埋深约为2. 8m,屋面总高度为18.0m,修建 面积约为3000㎡,修建 用处 为教育修建 。历经“5.12” 大地震,一层柱顶遭到 了一定水平 的剪切破损 开裂 (图1);二至三层填充墙轻徽剪切破损 (图2);楼梯局部 受损,虽不清楚 浸染 全体 承载,但已浸染 使劳累 效,存在喧嚣 隐患,需对其举行 加固补强前方 可正常运用 。凭证 《修建 抗震设计规范 》(GCB - 50011) (2008 年局部 修订版)和《修建 工程抗震设防分类尺度》(CB – 50223 - 2008) 对都江堰北街小学本国 语学校做加固设计时,须知 足 其原设计运用 年限,喧嚣 品级为二级,抗震设防烈度为8度,基外地 震减速 率 为0.2g.修建 园地种别 为类,设计地震分组为第二组,修建 设计特征周期为0. 40s,抗震设防种别 为乙类,修建 抗震品级为一级。

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2提出效果

工程来源 设计时,先对该楼树立 全体 模子 举行 剖析 。因为 抗震设防烈度的提高 ,基外地 震减速 率 由原设计取值0.1g提高 到0.2g。使得由地震惹起 的作用于修建 上的水平 荷载提高 了4倍。招致 地震中质量集中地各楼层层间位移显着 增大,最大层间角位移抵达 1/447,不行 知足 规范 要求。

为了知足 规范 要求,可以经过 提高 结构 全体 刚度的要领来减小地震中结构 的水平 位移,如:增大框架柱截面;结构 关键 部位增x形斜杆刚性支持 ;增设剪力墙等。可是 这些通例的加固要领在本工程中存在不成 填补 的缺陷:

 (1)这些新增构件,容易使结构 刚度在修建 全体 中的分部不匀称 ,由此会招致 修建 结构 内力的不匀称 漫衍。同时,结构 全体 刚度的提高 会吸收更多的地震能量,这些都是对修建 结构 喧嚣 的倒运 成分 。

(2)为了使新旧增钢筋混凝土之间有用 毗邻 ,抵达 配合事情地目的,势必 在旧混凝土上少量 穿孔植筋,这自己 就是对原有结构 的一种以为 的破损 ,虽然最终能抵达 全体 结构 补强的目的,但投人的本钱 在有形 中增大。

(3)钢筋混凝土的施工工艺历程要求的作业空间大的特点,确定了施工历程中势必 对原修建 非结构 局限 (如:填充墙、楼面板、水电管线等)形成 严重破损 ,再次对这些非结构 局限 恢复时不只 增添 了工程本钱 费用 还使得工程工期清楚 延伸 。

几方思星后,从地震对修建 形成 损害的实质 上找到打破 口——修建 受震历程既是地震能量的释放历程(或说是修建 吸收地震能量的历程)。若是 单元时间 内修建 在地震中吸收的能量在修建 结构 的遭受 才干 规模之内,则修建 结构 不会泛起震害;相反,则修建 结构 势必 遭到 地震破损 ,超限越多,震害愈严重。因而可知 ,修建 抗震的基础 目的就是将修建 在地震中吸收能量的功率(单元时间 吸收能量的巨细)控制在修建 结构 的遭受 才干 规模之内。由此导出两条修建 抗震思绪 :

(1)是降低单元时间 内传人修建 结构 的能品。

(2)提高 修建 结构 单安时间 内对外来能的遭受 才干 。

从第(1)条思绪 来看,地震作用于修建 的能量巨细由地震烈度、震源深度、震中距以及修建 园地的地质结构 等成分 确定,关于 一确定修建 来说,某次地震工程中一准时 间段内传人修建 结构 的地震能量是一定值,不容易 改动 。

从第 (2)条思绪 来看,为提高 修建 结构 对外来攻击能量的遭受 才干 可以从两方面着手:提高 结构 刚度 (前面 以说明 晰 其存在的缺陷,不宜运用 )或许 在结构 中增设某些可以 在结构 受荷超限吸收多余地震能量的装置 。思量 到地震作用属有意 荷载,是以 ,需求 一种受外来攻击荷载强迫 控制的装置 ,既能的地震中吸收多余地震能量,又能不浸染 结构 正常运用 时结构 的内力漫衍。

3设计设想

随着消能减震手艺 的生长日趋完善,愈来愈 多的高层修建 、桥梁等受动荷载浸染 严重的修建 物接纳种种类 型的阻尼器来知足 结构 喧嚣 和正常运用 的要求。但是 在灾后重修 中阻尼器的运用 尚属首例。思量 到结构 抗震加固是一项对既有结构 的刷新 工程,结构 自己 抗震才干 就不及 ,同时抗震加固的目的之一就是镌汰 结构 的位移,故阻尼器类型的选择上首先扫除 位移相关型阻尼器;为了阻止 阻尼器事情中反作用力 Fv与结构 位移发作 结构 内力Fs 在毗邻 节点处构成 应力叠加对结构 构件形成 加大损坏,宜接纳阻力峰值与结构 内力错开(图3)的速率 相关型阻尼器。

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为了抵达 结构 在地震中有用 消耗 地震能量的目的,在结构 位移较大的一、二层布置 了20个(一层12个,二层8个)粘滞型阻尼器,安设 于框架梁柱之间(图4、图5和表1)。

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阻尼器设计

4.1  模子 树立

思量 到本工程是消能减震手艺 在震后灾区恢复重修 中初次 运用 ,同时开创 了消能减震手艺 在受损修建 加固中的先例,意旨 严重 。主要 对各楼层层间位移和框架改动 的全体 模子 举行 准确 剖析 。因为 结构 体型简朴 ,在对本工程举行 全体 模子 剖析 时,经由 简化的理想结构 模子 的基本 力学功用 很是接近 结构 的理想 受力形状 。是保险 前期 的结构 抗震盘算准确 性的主要 依据 。在模子 中对阻尼器的设置位置 、倾向 和数目 接纳准确 的模子 参数举行 形貌 ,以求得理想的阻尼器力学参数。

4.2  阻尼器力学参数的选择

粘滞流体阻尼器的力学功用 表达 式或阻尼器输入 反力和活塞运动速率 之间的简化关系表达 式:

公式.gif

式中,Cv为阻尼常数(kN/(mm/s));公式1.gif为阻尼器活塞与阻尼器外壳的相对 运动速率 (mm/s);公式2.gif为凭证 设计需求 可调整的阻尼器特征指数。通常取值规模在0.1- 1.0之间。

如图6所示:在分别 公式2.gif取值下,粘滞单元局限 的阻尼力与其速率 的线性关系。本工程中安设 阻尼器是以对立 大震为主要 目的,阻尼器不需在小震中对结构 位移发作 显着 浸染 ,同时在大震来暂时 要求能实时有用 地吸收消耗 地震传来的机械震惊 能量,控制修建 结构 在地震作用下的变形知足 国际抗震规范 要求。地震作用下修建 允许最大位移为17mm,设地震频率为1.0Hz,则地震中修建 的水平 运动速率 为100mm/s。取公式2.gif=0.15. C= 350,盘算出阻尼器的最大阻尼约为700kN。

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4.3  确定阻尼器型号并经过 实验实验 阻尼器力学功用

凭证 需求 盘算出阻尼器力学功用 参数和盘算模子 中来源 确定的阻尼器安设 类型,阻尼器型号选择:KZ-700S x 100X(14套)和KZ-700S×100F(6套)。

KZ-700S x 100X和KZ-700S×100F阻尼器在力学功用 参数上完全一样,仅安设 方式分别 。本文只列出KZ-700S x 100X中编号为007的局限 实验数据(图7、图8和表2)。

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经过 对实验数据剖析 ,阻尼器的理想 力学功用 完全很是接近 实际 模子 参数。批注 修建 结构 在安设 阻尼器后,完万能 抵达 实际 模子 剖析 中的抗震设防效果。

5阻尼器安设

5.1阻尼器安设 设计

尽管 在结构 模子 剖析 中阻尼器的抗震效果显着 ,那理想 是在理想形状 下,在理想 运用 中,阻尼器发扬 做用的巨细不只 取决于阻尼器的自己 的力学参数,还和阻尼器与原结构 的安设 毗邻 亲近 相关,是以 阻尼器的安设 就显得异样 主要 。勾搭 阻尼器的事情原理和地震作用下结构 构件的受力特征 ,对阻尼器安设 举行 设计:

(1)安设 位置 的选择。应选择在地震作用下结构 相邻节点发作 相对 位移较大的位置 ,并将该相邻节点经过 阻尼器毗邻 起来。这样在地震作用下阻尼器能有用 进人事情形状 ,并吸收地震传入结构 的能量。

(2) 阻尼器毗邻 支持 的选择。结构 毗邻 支持 应选择刚性支持 ,只要 在刚性支持 毗邻 下,才干 有用 地将地震中的结构 位移、速率 有用 地转达 给阻尼器,阻止 了位移、速率 转达 历程中的位移、速率 损失招致 阻尼器未能完全发扬 其消耗 能量的作用。因为 速率 是决议 阻尼力巨细的决议 性成分 ,而阻尼力和阻尼器活塞(与阻尼器缸体)相对 位移配合决议 阻尼器消耗 能量的效率。本工程中接纳H形钢并在型钢翼沿板之间焊接10mm厚加劲钢板(图10),以增添 支持 刚度。

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(3) 阻尼器安设 的节点处置赏罚 。阻尼器与原有结构 的毗邻 节点处,因为 在阻尼器支持 反力作用下,改动 了节点处结构 的受力形状 ,赶过 节点处原设计受力极限,是以 ,需求 对节点处举行 加固处置赏罚 。本工程中安设 节点均处于原结构 的梁柱节点处,该处节点自己 受力严重 ,是以 在对该处节点举行 处置赏罚 时竞赛 简朴 有用 地一种要领就是对该处节点举行 全体 钢围套(图11)的要领处置赏罚 ,使该节点处构成 -个刚域。

(4)阻尼器与支持 、节点之间的毗邻 :因为 阻尼器只在轴向力和轴向位移作用下就能有用 事情,故阻尼器与支持 、节点之间毗邻 的目的就是使结构 转达 给阻尼器的种种作用以轴向力和轴向位移为主。凭证 分别 的支持 类型,其节点类型可以有所分别 :

①在人字形支持 中,阻尼器中间 均为球形铰(图12), 划分与支持 和节点毗邻 ,同时为了使结构 转达 给阻尼器的轴向位移最大化,阻止 泛起阻尼器的侧向位移,还应在支持 中部设置限位装置 (图10)。

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②在“单杆斜向”支持 中,阻尼器与支持 杆之间为刚性法兰毗邻 ,阻尼器与框架节点之间为球形铰自在 毗邻 (图13)。

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5.2 阻尼器安设 施工

因为 阻尼器是修建 运用 中相对 细密 的装置 ,现场安设 误差要求控制在±1.0㎝规模内,以是 阻尼器安设 中所用的支持 型钢等都需现场准确 测定后现场制造 。同时,因为 是对受损修建 举行 加固,现场安设 历程中几多会受原修建 结构 的限制,能够 会需求 做适当优化调整。是以 ,在阻尼器安设 施工历程中,结构 工程师的跟踪设计尤其 主要 。

致谢: *5.12”大地震后首个消能减震加固工程由笔者所在的四川千层浪官网福利修建 机械有限公司和同济大学相助完成,从设计到施工,直至完工 投入运用 ,谢谢同济大学吕西林教授、翁大根救授等提供的指点 ,谢谢本公司员工的起劲 事情和鼎力 大举配合。

谢谢省树立 厅、都江堰树立 局等单元在项目上给予的的资助 和指点 。谢谢都江堰市北街小学本国 语学校校方及周列剑先生给予的资助 和支持。

其他对本公司完成大地震后首个消能减震加固工程给予资助 和支持的单元和小我公家 ,在此一并表现 谢忱。