連梁阻尼器適用性探討

四川省建筑科學(xué)研究院 四川省成都市 610000

摘要：近年來地震頻發(fā)，減震技術(shù)應(yīng)用越來越多。連梁阻尼器是一種受到廣泛關(guān)注的新型的阻尼器。本文主要采用有限元軟件sap2000對剪力墻結(jié)構(gòu)進行分析。在小震作用下，基于連梁阻尼器耗能、減震效果以及采用連梁阻尼器后所引起的剪力墻結(jié)構(gòu)剛度下降等方面探討連梁阻尼器適用性。

關(guān)鍵詞：連梁阻尼器；適用性；減震技術(shù)；sap2000

1 研究背景

近年來我國特別是四川地區(qū)地震頻發(fā)，接連發(fā)生了“5.12”汶川地震和“4.20”雅安地震，造成了巨大的生命財產(chǎn)損失。結(jié)構(gòu)安全的重視引起了廣泛重視。傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)有許多局限，如高烈度區(qū)高度及結(jié)構(gòu)平面布置限制，減隔震技術(shù)以其特有優(yōu)勢在此情況下得到大力發(fā)展。許多新型的產(chǎn)品應(yīng)運而生，連梁阻尼器是其中較為熱門的一種新型阻尼器。連梁阻尼器的布置方式是替代原有的剪力墻連梁，其目的是通過連梁阻尼器剪切變形耗散能量，相對傳統(tǒng)的阻尼器，連梁阻尼器布置方面、美觀，不影響建筑使用功能。

本文主要針對目前較為成熟的、應(yīng)用較多的一種粘彈性連梁阻尼器進行研究，具體構(gòu)造如圖1，由三層鋼板間隔兩層高阻尼橡膠制造。其工作方式如圖2，通過三個鋼板的相互移動，對高阻尼橡膠做功，耗散地震能量，為結(jié)構(gòu)提供附加阻尼。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)受力特點

連梁阻尼器主要利用兩片剪力墻之間的連梁剪切變形耗散能量，適合用于跨高比較小的連梁部位。這類連梁大多存在于雙肢剪力墻中。其側(cè)向受力特點如圖3。

據(jù)文獻1可知，雙肢剪力墻在倒三角形分布荷載下的等效剛度及頂點位移分別為：

等效剛度

頂點位移

連梁剛度越大，剛度影響系數(shù)越小，等效剛度則越大。

3 連梁阻尼器耗能能力

采用一平面雙肢剪力墻作為模型，兩片剪力墻均長2m，厚度200mm，中間連梁長1.2m，尺寸為200x600mm，層高3.3m，共12層。在sap2000中模擬，剪力墻采用殼單元模擬，連梁采用線單元模擬，本文主要研究小震作用下情況，剪力墻和梁均只考慮彈性狀態(tài)，根據(jù)我國抗規(guī)，計算位移時，可不考慮連梁剛度折減。對其施加水平力，使模型最大層間位移達到1/1017，接近規(guī)范規(guī)定的最大彈性層間位移1/1000。

不考慮樓板作用時，計算最大層間位移出連梁兩端相對位移，水平相對位移不足0.01mm，可忽略不計，豎向相對位移為1.1mm。

以一表觀尺寸接近200x600連梁阻尼器為例，其微小變形區(qū)性能如下圖4所示：

相對位移1.1mm時，變形不足10%，連梁阻尼器充分發(fā)揮性能時變形可達300%，此時可認為連梁阻尼器處于彈性階段，提供的附加阻尼器比可忽略不計。

從另一個方面來看，連梁阻尼器工作性能主要是由連梁兩端豎向變形引起的[2][3][4]，實際工程中，我國規(guī)范是要求“小震不壞”，即所有的構(gòu)件都應(yīng)處于彈性狀態(tài)，包括樓板和連梁，考慮樓板及空間作用，實際連梁兩端位移應(yīng)小于上述位移。

4 連梁阻尼器引起的整體剛度下降

上述連梁阻尼器在變形為10%時，其表觀剪切模量為2.11N/mm2，粘彈性題尺寸可達600x800mm，則其剪切剛度為1x106N/mm。原連梁阻尼器的剪切剛度在彈性狀態(tài)下僅考慮混凝土剛度，為1.44x109N/mm，考慮0.4倍折減系數(shù)，為0.576x109N/mm，二者不是一個數(shù)量級。連梁阻尼器按此剛度帶入模型中進行靜力計算。平面剪力墻側(cè)向剛度急劇下降，相同側(cè)向位移作用下，最大層間位移角達到1/200，這嚴重不滿足我國規(guī)范對于建筑結(jié)構(gòu)的基本要求。

總結(jié)

我國規(guī)定的小震是50年超越概率為63%的地震烈度，發(fā)生概率較大。我國結(jié)構(gòu)規(guī)范最基本的規(guī)定為“小震不壞”，無論采用哪種方式來抵御地震都應(yīng)滿足這一條件。連梁阻尼器有可能會在中震、大震發(fā)揮其耗能性能，但是在小震是應(yīng)考慮其不能發(fā)揮性能或僅能發(fā)揮有限性能，不能盲目采用毫無根據(jù)的附加阻尼比來計算。同時連梁阻尼器對剪力墻結(jié)構(gòu)整體剛度的降低也應(yīng)考慮在設(shè)計內(nèi)。

參考文獻：

[1]過鎮(zhèn)海.鋼筋混凝土原理[M].北京.清華大學(xué)出版社.2013

[2]潘鵬，葉列平.建筑結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計與案例[M].北京.清華大學(xué)出版社.2014

[3]周云，徐趙東.粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)的性能分析方法及工程應(yīng)用[J].地震工程與工程震動.1998，18（3）

[4]張琴，樓文娟.粘彈性阻尼器參數(shù)設(shè)計及位置優(yōu)化使用方法[J].工業(yè)建筑.2003，33（6）