消能減震技術在工程結構抗震加固中的應用研究

■李成龍 ■濰坊科技學院，山東 壽光 262700

地震是影響人類生活的自然災害之一，多年以來重大地震災害在全球范圍內相繼發生，1920年中國甘肅省海原縣發生8.5級地震，1976年中國河北省唐山發生7.8級地震，2008年中國汶川發生8級地震，2009年印尼蘇門答臘島發生7.7級地震，2010年中國青海玉樹發生7.1級地震，同年智利發生8.8級地震，2011年日本宮城縣發生9級地震，地震越來越受到人們的關注，同時工程結構抗震加固技術也成為了人們關注的熱點問題，基于上述背景，探討消能減震技術在工程結構抗震加固中的應用具有重要意義。

1 工程實例介紹

某辦公樓工程為鋼筋混凝土框架結構，整個辦公樓共計5層，東西方向長度共計36米，南北方向寬度總計18米，東西方向柱距6米，南北方向柱距6米，該辦公樓的1層高度為4米，2層、3層、4層、5層的高度均為3.3米，另外該工程砼強度設計等級C30，抗震設防烈度7度，上人屋面活荷載2.0kN/m2，樓面活荷載2.0kN/m2，梁線荷載9kN/m，框架梁截面300毫米×600毫米，框架柱截面500毫米×500毫米，現澆板厚度100毫米，隨著抗震標準的提高，該辦公室工程應用了消能減震技術，實施抗震加固處理，本文就以該項目為例，探討消能減震技術在工程結構抗震加固中的應用。

2 原結構地震反應分析

想要對建筑結構進行抗震加固處理，首先應該對建筑原結構進行地震反應分析，例如在該辦公樓工程中，原抗震設防烈度為7度，隨著抗震標準的提高，目前該辦公樓抗震設防烈度為8度，因此需要對原工程結構進行加固處理，在實際工作中，首先對原結構實施抗震分析，分析結果顯示，在8度多遇地震之下，該辦公室工程原結構在Y向上屬于薄弱方向，雖然框架柱配筋符合抗震標準，框架梁配筋也基本可以達到抗震標準，然而底層部分縱向配筋未達到抗震標準，同時箍筋也不符合抗震標準，各樓層Y向上的樓層位移、層間位移、層間位移角、層剪力分別如下:

1層的樓層位移為4.4毫米，層間位移4.4毫米，層間位移角1/909rad，層剪力297.1kN;2層樓層位移8.1毫米，層間位移3.7毫米，層間位移角1/891rad，層剪力229.7kN;3層樓層位移10.81毫米，層間位移2.71毫米，層間位移角1/1217rad，層剪力195.3kN;4層樓層位移12.77毫米，層間位移 1.96毫米，層間位移角1/1683rad，層剪力153.5kN;5層樓層位移14毫米，層間位移1.23毫米，層間位移角1/2682rad，層剪力81.2kN。

根據我國《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010)中的規定，框架結構建筑在小震下的層間位移角限值為1/550，由此可見，該辦公室工程層間位移角滿足標準，不過值得注意的是，該辦公室工程建筑時間已經比較久遠，依據抗震設防標準，部分框架柱承載力無法達到抗震標準，并且該辦公室工程在Y向上配筋較少，剛度較弱，必須要實施抗震加固處理。

3 阻尼器設置

在消能減震技術中，阻尼器的設置是關鍵環節，只有選擇適當的阻尼器，才能保證消能減震的效果，如果阻尼器布置不合理，會直接干擾建筑結構的抗震性能，在該辦公室工程中，采用控制目標函數法來選擇和布置黏滯阻尼器，在阻尼器消能結構設計過程中，要確立各項參數，包括速度指數、阻尼系數、阻尼器最大出力等等，進而根據各項參數來設計以及選擇阻尼器。

在本工程中，由于在阻尼系數不變的情況下，隨著速度指數的減小，阻尼器的減震效果更加顯著，因此在實際工作中選擇較小的速度指數，在這種情況下，隨著速度的變化，阻尼力前期更易接近最大設計值，一旦速度超過最大預估值，阻尼力提升幅度較小，接近于常數，連接點和支撐系統不會由于阻尼力過大而影響結構性能，保證工程結構的抗震性能。

4 加固后結構地震反應分析

為了測試消能減震技術的實際應用效果，需要對加固后結構地震反應進行分析，在該辦公室工程中，采取SAP2000實施抗震分析，采取Nlink單元的Damper來模擬阻尼器，速度指數為0.2，阻尼器系數為1000kN·s/m，剛度系數為阻尼系數的100-10000倍，由于Y向為薄弱環節，因此阻尼器設在Y向上，設在最外一榀框架的1-5層，此外為了保證分析結果的精準性，在結構地震反應分析過程中必須要科學選用地震波，在本辦公室工程中，地震波選用70Gal的El Centro波，采樣周期為0.02s，通過計算得出，加固后Y向樓層位移、層間位移、層間位移角、層剪力如下:

1層的樓層位移為3.28毫米，層間位移3.28毫米，層間位移角1/1219rad，層剪力226.1kN;2層樓層位移6.12毫米，層間位2.84毫米，層間位移角1/1161rad，層剪力187.9kN;3層樓層位移8.32毫米，層間位移2.20毫米，層間位移角1/1363rad，層剪力160.3kN;4層樓層位移9.87毫米，層間位移 1.55毫米，層間位移角 1/1935rad，層剪力142.8kN;5層樓層位移10.77毫米，層間位移0.94毫米，層間位移角1/3191rad，層剪力67.4kN。

由此可見，該辦公室工程經過加固處理之后，各層的層間位移、層間位移角、層剪力均顯著降低，Y向上最大位移降低25%以上，結構抗震性能明顯提升，經過黏滯耗能，結構構件的受力狀況以及結構位移明顯改善，說明該辦公室工程應用消能減震技術之后，結構穩固性得到了很大提升，加固處理后符合抗震標準。

5 總結

自然災害具有不可控的特征，長久以來地震災害給全世界各國人民造成了慘重損失，在這種情況下，建筑結構抗震加固技術越來越受到人們的重視，近些年消能減震技術的應用越來越廣泛，本文結合工程實例，從原結構地震反應分析、阻尼器設置、加固后結構地震反應分析3方面入手，分許了消能減震技術在工程結構抗震加固中的應用，經過研究得出，加固處理后結構構建的受力狀況以及結構位移明顯改善，符合抗震標準。相信在未來的發展中，建筑結構抗震加固技術還會繼續進步，從而為人們的生命財產安全提供保障

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