淺析減震支撐結(jié)構(gòu)在廠房縱向框架抗震中的受力性能分析及應(yīng)用

摘 要:針對大型廠房縱向框架結(jié)構(gòu)中減震支撐結(jié)構(gòu)研究和應(yīng)用較少的現(xiàn)狀，本論文在分析了減震支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點探討理論減震支撐結(jié)構(gòu)在廠房縱向框架抗震中的應(yīng)用，從減震支撐結(jié)構(gòu)的受力性能和設(shè)計施工應(yīng)用兩個角度詳細探討減震支撐結(jié)構(gòu)在廠房縱向框架結(jié)構(gòu)抗震中的應(yīng)用，對于進一步提高減震支撐結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計與應(yīng)用水平具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞:減震設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)縱向框架

中圖分類號:TU352文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0029-01

1 引言

本文主要針對廠房縱向框架結(jié)構(gòu)，對減震支撐結(jié)構(gòu)在其中的應(yīng)用以及減震受力性能進行分析研究，以期為這類結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計提供必要的理論依據(jù)，并以此和廣大同行分享。

2 減震結(jié)構(gòu)在建筑抗震設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)是通過增強結(jié)構(gòu)自身的強度和剛度，來提高結(jié)構(gòu)的抗震能力和減少結(jié)構(gòu)在地震作用下的水平位移，耗散地震能量，以滿足結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標準，做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”。結(jié)構(gòu)體系通過結(jié)構(gòu)及承重構(gòu)件的塑性變形和損傷，來耗散地震能量，故不可避免地會給結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的損傷，甚至倒塌，是一種被動消極的抗震方法，是不合理也是不安全的。由于人們尚不能準確地估計結(jié)構(gòu)未來可能遭遇的地震災(zāi)害作用的強度和特性，按傳統(tǒng)方法設(shè)計的結(jié)構(gòu)不具備自我調(diào)節(jié)能力，因此在地震作用下，結(jié)構(gòu)很可能不能滿足安全性的要求，從而產(chǎn)生嚴重破壞或倒塌，造成重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。

結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)是一種新的主動控制的抗震防災(zāi)技術(shù)，在采用消能減震技術(shù)的結(jié)構(gòu)體系中，結(jié)構(gòu)的某些構(gòu)件被設(shè)計成具有較大耗能能力的特殊元件—阻尼器，小風(fēng)小震時，結(jié)構(gòu)本身具有足夠的側(cè)向剛度以滿足使用要求，結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài);大震大風(fēng)時，隨著結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的增大，阻尼器率先進入非彈性狀態(tài)，產(chǎn)生較大的阻尼，集中的耗散結(jié)構(gòu)的地震和風(fēng)震能量，迅速衰減結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)，從而避免或減小主體結(jié)構(gòu)的損傷。

3 減震支撐結(jié)構(gòu)在廠房縱向框架抗震中的應(yīng)用

3.1 減震支撐結(jié)構(gòu)在縱向框架結(jié)構(gòu)中的受力性能分析

事實上，減震支撐模型結(jié)構(gòu)減震支撐所抵抗的剪力比例隨層的不同而變化規(guī)律可以分成三階段討論:

(1)第一階段，減震支撐模型結(jié)構(gòu)在水平荷載較小時，隨著結(jié)構(gòu)樓層的增加，減震支撐承受的層間剪力逐漸減小，即減震支撐承受的層間剪力隨結(jié)構(gòu)高度的增加所占總剪力的比例在減小。這主要是因為框架結(jié)構(gòu)的變形特點是剪切型變形，即上部的層間變形較小，下部的層間變形較大，而減震支撐在水平荷載較小時，鉛擠壓型減震器尚未屈服剛度很大，由減震器和減震支撐串聯(lián)而成的二力桿單元的剛度大(接近于普通抗震支撐)，這樣安裝有支撐的跨的受力變形特點類似于剪力墻結(jié)構(gòu)，其變形特點為彎曲型變形，上部的層間變形較大而下部的層間變形較小。

(2)第二階段，隨著水平荷載的增大，第一層、第二層和第三層的減震器逐一屈服，減震器的剛度降低很多，由減震器和減震支撐串聯(lián)而成的二力桿單元的剛度相應(yīng)地下降幅度較大每一層的支撐承受的層間剪力有所下降，又由于第三層的減震器的屈服并非同時，先是底層(第一層)的減震器屈服于是底層支撐承擔的剪力的百分比變成最小，而后第二層的減震器屈服從而第二層支撐承擔的剪力的百分比變成最小，再后第三層的減震器屈服，第三層支撐承擔的剪力的百分比變成最小。

(3)第三階段，底層減震支撐屈服，減震支撐承擔的剪力進一步降低。由減震支撐模型結(jié)構(gòu)段減震支撐所抵抗的剪力比例隨加載階不同而變化，可以分析該結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和轉(zhuǎn)移規(guī)律，現(xiàn)在，首先討論該結(jié)構(gòu)底層的內(nèi)力分布和轉(zhuǎn)移規(guī)律:荷載較小時，減震支撐承擔了大部分的層間剪力，并且變化不大，這是因為此時結(jié)構(gòu)處于彈性階段各構(gòu)件剛度變化不大，而且減震支撐抗側(cè)剛度較框架梁柱大得多;隨著荷載逐漸增大，底層減震器發(fā)生屈服支撐整體剛度下降較大，造成剛度有小幅度的下降，但比較減震支撐的剛度降低小得多，故減震支撐承擔的剪力比例下降，這樣在框架和減震支撐之間就出現(xiàn)了所謂的內(nèi)力重分布現(xiàn)象。

3.2 減震支撐結(jié)構(gòu)在縱向框架結(jié)構(gòu)抗震中的應(yīng)用

減震支撐結(jié)構(gòu)一般在專業(yè)工廠加工完成，再運送到施工現(xiàn)場進行吊裝，然后固定連接。減震支撐結(jié)構(gòu)剛度、強度易于控制，便于結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化，其在縱向框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的優(yōu)化應(yīng)用主要從以下三個方面入手實施:

(1)選材

由于減震支撐結(jié)構(gòu)外套管設(shè)計上不會發(fā)生屈服，選擇材料重點放在內(nèi)芯，其材料性能對減震支撐結(jié)構(gòu)的性能影響最大。一般內(nèi)芯要求支撐在反復(fù)荷載作用下屈服，因此需使用較好的中等屈服強度的鋼材或低強度鋼材，有時也使用高強度低合金鋼材，這對縱向框架的設(shè)計可靠性非常重要。

(2)加工制作

①放樣、號料和切割 放樣工作包括核對圖紙的安裝尺寸和孔距;以1:1的大樣放出節(jié)點;核對各部分的尺寸;制作樣板和樣桿作為下料彎制、銑、刨、制孔等加工的依據(jù)。②焊接與矯正 在加工成型過程中，由于操作和工藝原因會引起成型件變形;構(gòu)件在連接過程中會存在焊接變形等。因此，必需對鋼結(jié)構(gòu)進行矯正，以保證鋼結(jié)構(gòu)制作和安裝質(zhì)量。鋼材的矯正方式主要有矯直、矯平、矯形三種。③邊緣和孔加工 減震支撐結(jié)構(gòu)表面要求光潔無毛刺，特別是內(nèi)芯邊角部位、焊縫坡扣及螺栓連接孔等部位一般需要進一步加工。④表面處理 表面處理主要是指對使用高強度螺栓連接時接觸面的鋼材表面進行加工，即采用砂輪、噴砂等方法對摩擦面的飛邊、毛刺、焊疤等進行打磨。⑤檢查和組裝 組裝順序應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、焊接方法和焊接順序等因素確定;構(gòu)件的隱蔽部位應(yīng)焊接、涂裝，并經(jīng)檢查合格后方可封閉，完全封閉的構(gòu)件內(nèi)表面可不涂裝。支撐經(jīng)檢驗合格，可以進行整體組裝。

(3)施工工藝

目前，鋼結(jié)構(gòu)吊裝多采用綜合吊裝法，其吊裝順序一般是:平面內(nèi)從中間的一個節(jié)間開始，以一個節(jié)間的柱網(wǎng)為吊裝單元，先吊裝柱，后吊裝梁，然后往四周擴張垂直方向由下向上，組成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后，分層安裝次要構(gòu)件，這樣有利于消除安裝誤差累積和焊接變形，使誤差減低到最少限度。減震支撐結(jié)構(gòu)不但可以和其他構(gòu)件預(yù)拼組合吊裝，作為獨立的結(jié)構(gòu)構(gòu)件還可以單獨進行吊裝，并逐個逐層的安裝就位。減震支撐結(jié)構(gòu)的安裝一般應(yīng)在梁、柱已經(jīng)就位的前提下進行吊裝，其安裝工藝工程為:綁扎→起吊→就位→臨時固定→校正→最后固定。

4結(jié)語

本文通過對大型廠房鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主廠房縱向框架——抗震支撐(減震支撐)結(jié)構(gòu)所進行的受力性能分析和設(shè)計應(yīng)用探討，探討了這類結(jié)構(gòu)的抗震性能等問題。對于減震支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計，應(yīng)使框架的剛度和減震支撐的剛度沿著結(jié)構(gòu)高度的分布比較均勻，減震器和減震支撐的性能與結(jié)構(gòu)的性能相匹配，以便實現(xiàn)抗震性能更為優(yōu)越的目的。

參考文獻

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