探究消能減震技術在結構抗震加固改造中的應用

杜秀麗

(青島黃海學院，山東 青島 266427)

所謂消能減震技術，其屬于結構被動控制的一種，其具備以下幾點優勢。首先，作業現場“無濕化”，幾乎不會對建筑使用功能造成影響。其次，消能效果尤為顯著，基于設計合理的情況下能夠滿足絕大多數的抗震要求。可以在確保建筑外貌不發生變化的基礎上，增強建筑物的抗震能力。

1 消能減震裝置的主要類型及其原理

第一，速度相關型。這一類型的消能減震裝置常見的有黏滯以及黏彈性阻尼器這兩種。對于黏彈性阻尼器而言，其具有很強的被動減震控制效果，主要是借助黏彈性材料自身帶有的滯回耗能特點，為結構提供額外的阻尼與剛度，從而降低建筑結構發出的動力反應，以此實現減震。至于黏滯阻尼器則是依據流體運動，主要原理依據是流體在穿過節流孔時會生成一定的黏滯阻力，也屬于一種剛度型阻尼器。

第二，位移相關型。摩擦與金屬阻尼器則是這一類型消能減震裝置的代表。特別是針對地震傳輸給建筑結構的能量，通過金屬材料發生的塑性形變能夠最有效將能量削弱，基于地震作用的影響下，金屬阻尼器會比建筑梁柱的功能結構構件更早地實現塑性，因為其具備出色的滯回性能，因此能夠將地震能量的發部分耗散掉，以此發揮出消能減震的作用。而對于摩擦阻尼器而言，則是記住消能裝置內部各固體間發生的相對滑動將地震能量耗散。因此其滯回圈與矩形十分相似，所以其庫侖特性以及耗能性十分明顯，具有十分廣闊的應用空間。

第三，其他類型。例如：MR流體阻尼器、調諧質量阻尼器以及電流變流體阻尼器等等[1]。

2 結構抗震加固改造應用消能減震技術的關鍵點分析

2.1 消能減震技術應用于抗震加固改造中的設計思路

第一，對剛度進行調節。主要是使用剪切型或者是支撐型的耗能器，針對結構剛度的實際分布加以調整，繼而將抗側剛度進一步提高。第二，將阻尼和剛度相結合。也就是將結構所附帶的阻尼比增加，這樣能夠對結構剛度進行調節的同時，可以通過這樣的方式削弱地震影響。第三，增加阻尼。在不對現有結構剛度加以改變的條件下，將其阻尼比進一步提高，使用速度相關型與合理科學的布置，將結構阻尼比整體提高，從而減少地震影響。第四，消能減震設備應該依據不同的設計需要，選擇相應的耗能路徑。比如可以依據實際情況設計成大震耗能或者是小震耗能等。在抗震加固工程中應用消能減震技術不是防止以往的加固方式，而是能夠借助消能減震技術，最大限度地減少以往加固方式在工程中的使用量，借助消能減震技術結合以往加固方式，從而選擇最具可行的抗震加固方案，也只有這樣才能讓抗震加固更為安全也更具經濟性。

2.2 安放阻尼器的部位

針對工程結構來講，通常阻尼器的安放部位有以下幾個。(1)結構支撐。阻尼器與支撐能夠一同形成消能支撐。主要的形式為交叉支撐與單斜桿支撐等。(2)設置在梁節點位置以此構成消能節點。(3)三鉸接門鋼架，應將阻尼器安放于上部鉸接處。出于思考到屋蓋部分存在溫度變形的可能，所以上部鉸接處有很大可能未在屋頂設計中，是將其設計與屋蓋部分與柱子之間的鉸接處。(4)在柱頭與大型屋蓋之間的連接部位。關于柱頭與屋蓋的連接有可能是滑動支座或者是鉸接。將阻尼器安放于該部位一方面能夠提高結構的整體阻尼，另一方面還能夠阻止柱子與屋蓋之間發生的相對位移，無論是大風還是地震情況均能達到一定的減震效果。(5)安放于大型屋蓋。其實發生變形或者是位移可能性最大的位置就是大型屋蓋上，使用阻尼器能夠取代一部分多余桿，不然就另外添加阻尼器，這樣進一步提高阻尼比，降低地震反應。

2.3 分析計算消能減震結構

在對阻尼器結構進行設置的過程中，無論是其結構的動力反應還是其動力特性均會發生一定變化，要是面對小震，阻尼器會快速處在工作狀態，在結構主體還未能進到彈塑性狀態時，阻尼器就已經進到彈性狀態了，因此其呈現出較強的非線性。當面臨大震時，主體會步入彈塑性階段，而阻尼器也會處在非線性狀態下，所以在分析減震結構時最好使用時程分析法。現下說使用的SAP2000程序卻沒有使用“蠻力方法”對減震結構進行非線性分析，主要是采用的一種全新的非線性方法——快速非線性分析。因為這一分析方法具有很快計算速度，主要是假定在結構中具有數量一定的非線性單元，借助彈性結構系和與質量與剛度的Ritz向量，縮減對非線性系統的求解規模[2]。

3 結 語

在對結構進行抗震加固時，應該嚴格按照有關設計規范中所提出的地震動參數，之后再依據工程結構中存在的具體問題，采取合理的加固計劃，一方面要保證結構具有更高的抗震能力，另一方面還應該確保方案的經濟與合理性。這樣在進行抗震加固改造工程中，不僅能夠減低投資金額，而且還能達到實際使用需求，從而使得老舊建筑的安全性進一步增強。