抗震耗能器在工程中的應用

1 工程概況

唐山市唐詩里項目小學地上4層，占地面積2150.66 m2，總建筑面積8 968.17m2，框架結構，抗震設防烈度為9度，抗震耗能器質量37 t；中學地上4層，占地面積2 285.09m2，總建筑面積 9 734.92m2，框架結構，抗震設防烈度為9度。

2 技術特點與難點分析

1）抗震耗能器型號多，尺寸及焊接鋼筋及錨栓數量不一。

2）尺寸精度要求高，從錨板和埋板的預埋到安裝完畢，各工序均對角度及尺寸的要求較高，只有滿足各項尺寸要求，才能最大限度發揮抗震效能。

3）單構件較重且由于在樓層中，無法使用大型吊裝設備，安裝難度大，安裝過程中安全隱患較多。

4）抗震耗能器斜向支撐與機電管線沖突部位難處理，需要機電和土建施工方積極配合施工，用磁力鉆在支撐厚度方向中點位置開孔。

5）抗震耗能器部位砌體施工難度大，如何保證砌體質量成為施工關鍵點。

3 抗震耗能器作用原理

抗震耗能器是一種阻尼器，采用特殊的阻尼材料制作的被動減震裝置，通過與主體結構相連，利用阻尼特性耗散結構構件在地震作用下的能量，減輕結構的變形和損傷。

3.1 支撐型抗震耗能器

一種仿屈服支撐，簡稱BRB，通過約束軸壓構件的側向變形使得耗能器在受壓情況下不會發生整體屈服，僅芯材達到屈服狀態，通過芯材的往復拉壓變形耗散地震能量。發生變形時，BRB變形與受力關系見圖1。

圖1 BRB變形與受力關系

BRB屈服位移為長度的0.000 6～0.000 8，最大變形為55mm。在設計位移幅值下，經過30圈往復試驗驗證，主要力學參數下降不超過10%，在1.2倍的大震位移下抗震耗能器的主要力學參數下降不超過15%，滯回曲線飽滿，疲勞性能能滿足規范要求。

3.2 剪切型抗震耗能器

一種軟鋼阻尼器，簡稱M D，采用專用軟鋼作為芯材，利用軟鋼作為能量吸收材料，通過金屬剪切板在平面內產生的彈塑性變形來耗散振動輸入能量，使用加勁鋼板與防屈曲裝置組合使用，達到結構減震的目的，可以在小震下耗能，較早進入塑性狀態消耗地震能量，減小地震力，保護主體結構，在同樣的地震安全度下，可以減少工程量，進而縮短工期。剪切型耗能器通過設置加勁或約束機構保證其發生全截面屈服，得到穩定的滯回曲線，根據約束機構的不同，分為支撐式剪切型抗震耗能器和墻式剪切型抗震耗能器，見圖3和圖4。

圖3 支撐式剪切型抗震耗能器設計立面

圖4 墻式剪切型抗震耗能器設計立面

M D屈服位移為0.5～2 mm，最大變形可以達到屈服位移的45倍且能經受往復循環3圈以上。在30倍的屈服位移下，經過30圈往復試驗驗證，主要力學參數下降不超過10%，滯回曲線飽滿，疲勞性能能滿足規范要求。

4 施工工藝流程

4.1 支撐式剪切型抗震耗能器

1）加工錨板。先用大于錨筋直徑4mm的鉆頭鉆孔，再用大鉆頭進行擴孔。擴孔應成45°坡口；焊縫為耳機焊縫，探傷合格后方可預埋。

2）預埋錨件和埋板，再加工節點板。錨板安裝位置偏差≤10mm，錨板間垂直及水平距離偏差為±3mm。

3）安裝節點板，使用倒鏈安裝支撐，保證構件兩個吊耳起吊，調整位置控制精度。調整節點板間的垂直度＜0.5°；錨板、節點中心線與柱型鋼中心線位置偏差≤5mm；B R B構件長度偏差0～5mm。

4）安裝支撐加勁板，根據支撐調整位置，先焊上端節點、再焊下端節點。節點板和B R B連接處采用對接熔透焊縫。焊接完成后補涂環氧富鋅漆。BRB支撐與水平面夾角偏差≤5°；B R B支撐與水平面垂直度偏差≤5°；BRB支撐與節點板對接錯邊偏差≤3mm；漆面厚度≮80μm。

5）212mm同節點板焊接，與砌體拉結筋連接，周圍填充砌體。抹灰時，在耗能器處掛A4@250mm抗裂鋼筋網片，與墻體搭接300mm。

4.2 墻式剪切型抗震耗能器

1）加工錨板。先用大于錨筋直徑4mm的鉆頭鉆孔，再用大鉆頭進行擴孔。擴孔應成45°坡口；焊縫為耳機焊縫，探傷合格后方可預埋。

2）綁扎上下墩臺鋼筋，安裝預埋件。墩臺高度允許誤差為±3mm；墩臺與結構水平距離允許誤差為±5mm；埋件表面傾斜不得超過3mm；上下墩臺中心線允許偏差為0～5mm；上下墩臺豎直方向中心線在同一平面內。

3）制作阻尼器等高模型（墻厚方向同墻厚），安裝阻尼器等高模型。阻尼器等高模型高度=阻尼器名義高度+5mm，高度誤差不得＞5mm。

4）待樓層混凝土達到設計強度后，拆除阻尼器等高模型，將阻尼器就位至設計位置，焊接安裝。分層焊接，每焊完一層，用小錘將焊皮敲凈。焊縫等級為二級，不得出現焊接質量通病。

5）在阻尼器兩側填充200mm寬松散材料，然后做建筑面層。抹灰時，在耗能器處掛A4@250mm抗裂鋼筋網片，與墻體搭接300mm。

5 質量控制要點

1）清理工作面混凝土表面浮漿、灰塵等。清理鋼構件表面油污、泥沙、灰塵等。

2）對埋板及埋件拉拔試驗合格后方可進行安裝，拉拔檢查為全數檢查，在混凝土強度達到設計強度后進行。

3）根據設計圖紙進行平面定位，放出節點板位置并彈墨線標示，核查過程中安裝尺寸及角度是否正確。

4）隔離設置吊耳，嚴禁單點起吊，避免吊裝過程中構件變形較大，避免安裝過程中對原結構的破壞。

5）產品運輸到合適安裝位置后，用電動葫蘆借助主體結構吊起，調節上下左右位置及角度后初步固定。

6）若產品長度和節點板之間的間距存在誤差，通過現場切割或焊接的方法消除誤差。若誤差超出規范允許范圍，修改及補救辦法需要通過產品設計人員同意。

7）產品位置校正無誤厚應及時進行電焊固定，先焊上端節點，后焊接下端節點。

8）焊接時需要遵循合理的焊接順序，先焊接收縮變形較大的橫縫，而后焊接縱向焊縫，先焊對接焊縫而后焊接角焊縫。

9）多層焊接要連續施焊，每層焊縫焊完后應該及時清理檢查，清除缺陷后再焊下一道。

10）安裝完成后要及時涂刷防銹漆，防銹漆采用環氧富鋅漆，厚度≮80μm，對于鋼材表面存在銹蝕情況時，應進行噴砂除銹。

6 結語

自汶川地震后，國家對建筑抗震提出了新要求，抗震耗能器就是此類產品，它能很好地加強建筑結構抗震性能，特別是一些公共建筑，使用的頻率逐漸增加，地震時能夠很好阻止建筑的瞬間倒塌，從而降低地震帶來的人員傷亡和財產損失。