阻尼器耗能減震技術在加固改造中應用研究

張溢

(廈門海投工程建設有限公司，福建 廈門 361026)

在建筑結構技術創新發展的境況下，建筑安全需求逐步提升，許多既有建筑結構存在建筑功能變更或按照早期的抗震規范標準進行抗震設計不契合當前的抗震設防要求，導致部分建筑抗震能力不足，一旦發生地震可能會嚴重受損或倒塌[1]。阻尼器耗能減振技術是通過提供運動阻力，消耗運動能量以達到耗能減震目的，是既有建筑加固中常用的技術方法，探討此技術的應用方式，是提升建筑工程抗震加固質量的有效路徑。

1 黏滯阻尼器技術簡介

傳統的結構抗(振)震是通過增強結構本身的抗(振)震性能(強度、剛度、延性)來抵御地震、風、雪、海嘯等自然災害的。由于自然災害作用強度和特性的不確定性，傳統的抗(振)震方法設計的結構又不具備自我調節能力。因此，當地震來臨，往往會造成重大的經濟損失和人員傷亡。黏滯阻尼器的研發和應用，等于給建筑或橋梁裝上了“安全氣囊”(見圖1)。在地震來臨時，阻尼器最大限度吸收和消耗了地震對建筑結構的沖擊能量，大大緩解了地震對建筑結構造成的沖擊和破壞。

圖1黏滯阻尼器

1)黏滯流體阻尼器一般由缸筒、活塞、阻尼孔、阻尼介質(黏滯流體)和活塞桿等部分組成。在強震或風振中能率先消耗震(振)動能量，迅速衰減結構的震(振)動反應并保護主體結構和構件免遭破壞，確保結構在強震或風振中的安全[2]。

2)當工程結構因振動而發生變形時，安裝在結構中的黏滯阻尼器的活塞與缸筒之間發生相對運動，由于活塞前后的壓力差使黏滯流體從阻尼孔中通過，從而產生阻尼力，耗散外界輸入結構的振動能量，達到減輕結構振動響應的目的[3]。

2 工程概況

福建省廈門市的建筑產業現代化示范園公共服務中心改造工程，主要對2#3#4#5#樓進行加固改造，改造建筑面積4.8萬m2，其中3#樓建筑高度72m，4#樓建筑高度60m。項目原建筑功能由商業辦公變更為教育功能，致使建筑類別由丙類變更為乙類，結構安全等級由二級變更為一級。項目抗震加固施工采用的是阻尼器耗能減震結合粘鋼技術，通過剪力墻、框架梁粘鋼以及黏滯阻尼器安裝，提升該工程建筑結構的抗震性能。工程改造根據《建筑抗震加固技術規程》(JGJ 116—2009)、《建筑消能減震技術規程》(JGJ 297—2013)等規范標準作為施工設計圖編制依據。

3 粘鋼施工

3.1 粘合面處理

粘鋼施工需要先行處理好被粘混凝土表面，而后再加固構件卸荷。應清除粘合面表面油污雜質，清洗干凈后將表層打磨掉2～3mm，再利用無油壓縮空氣將表面粉粒吹凈。若混凝土表面潔凈度良好，可直接打磨擦拭。如為新澆筑的混凝土結合面，需先清除表面浮渣并利用洗滌劑刷洗表面，干燥后方可涂刷粘結劑。同時，還需要對鋼板粘結面做除銹及打磨處理。未生銹鋼板直接打磨至出現金屬光澤即可，銹蝕較為嚴重的鋼板則應先浸入稀鹽酸中浸泡，20min后待銹層全部脫落后取出，再利用石灰水沖洗干凈，之后再進行打磨。

3.2 植栓與粘膠

粘合面處理前，應先根據設計圖確定鋼板安裝位置，并提前做好放線。而后進行試拼裝鋼板，確保鋼板與混凝土面相契合，再于混凝土結構上鉆孔，并應校準鋼板粘結位置及螺栓孔位，清除孔內灰塵后對試植栓孔進行全面擦拭清理，確保孔內干凈后方可進行植栓操作。鋼板粘結前，應根據說明書配置粘鋼結構膠，配膠時要攪拌均勻，配好后應立即使用。涂膠時，應先擦洗鋼板及混凝土基面，之后在鋼板面及混凝土表面上涂刷厚約2mm左右的粘鋼結構膠，要求中間區域的涂膠厚度比邊緣區域略大。粘膠完成后應將鋼板貼在指定位置，擰緊化學錨栓后再利用鋼支撐與木方對鋼板加壓，利用手錘依次敲擊粘貼片，若鋼板未發出空鼓聲音，則說明鋼板已粘貼緊密。而后在環境溫度5～20℃條件下，使膠自然固化。固化階段要做好養護，不可隨意移動鋼板，養護時間應為3d以上。

4 黏滯阻尼器安裝施工

4.1 技術材料與施工現場準備

安裝阻尼器前，根據黏滯阻尼器設計圖、深化圖等技術文件，進行安全與技術交底，提前組織焊接等各類工藝試驗，并結合結構深化圖紙及施工現場現狀，編制阻尼器安裝專項施工方案，為阻尼器順利安裝提供技術保障。焊材等鋼結構材料的選用應契合國家產品標準且與本工程設計要求相符。安裝施工前還應全面檢查調試各類施工機具設備，并將阻尼器及鋼支撐等相關構件運送至施工現場，檢查無誤后方可實施安裝作業。

4.2 預埋件安裝

安裝黏滯阻尼器之前，需要先行安裝預埋件。應結合設計圖定位預埋件安裝區，對預埋件外觀進行全面檢查，確認其形狀、尺寸均符合施工要求之后，利用吊機將預埋件吊運至需要安裝的梁柱、支墩墻等位置處，根據設計圖要求復核預埋件的標高、水平度等，查看預埋件的水平度是否契合施工標準，并調整預埋件位置直至符合設計要求[4]。確認預埋件位置正確后，可采用點焊方式將之連接到梁柱鋼筋或支墩鋼筋之上，也可采用鐵絲進行捆扎連接，但要注意捆扎的牢固性。

4.3 黏滯阻尼器安裝

4.3.1 設備與構配件檢查運送

阻尼器安裝設備及安裝配件運至施工現場后，應檢查阻尼器外觀并檢測其質量性能。要查看阻尼器外表面平整度及損傷情況，并檢查防腐涂層涂刷的均勻度，還要審查各個配件完整性、節點板尺寸與設計圖是否一致，查看焊縫有無質量缺陷。質量合格的設備材料可運送至施工現場，利用汽車吊或塔吊吊送至安裝樓層，然后再用推車向安裝位置運送。吊送至上支墩墻及下支墩墻中間區域時，要在阻尼器缸體下方墊放厚度適宜的墊塊，吊裝時還要加強防滾或防震措施，以防止圓形阻尼器滾落，除此之外，還要做好活塞桿外露區域保護。

4.3.2 腳手架及起吊設備安裝

以阻尼器安裝位置為依據，定位腳手架安裝位置，并對腳手架安裝高度進行計算。結合施工現場的空間大小，合理選擇腳手架形式，一般有移動式或固定式兩種腳手架架設方式。需要根據施工現場的實際需求確定腳手架的安裝數量及規格[5]。安裝起吊設備，本工程采用的是手動葫蘆吊，要求其起吊載荷高于需要安裝的阻尼器的實際重量，以確保阻尼器設備及配件吊送過程的安全性。

4.3.3 位置及尺寸復核

正式安裝阻尼器前，需要再次檢查阻尼器安裝位置的高度、尺寸與平面布置圖是否一致，如果偏差較大應立即調整，以免影響阻尼器構件正常安裝。同時還應測量預埋件尺寸大小，如其尺寸比設計略大，可利用砂輪機磨平，如果尺寸小于設計標準，則應利用強度相同的材料補焊處理。此外，還需按照設計圖復核上節點板及預埋板的焊接位置，并利用水平尺對阻尼器中心線及墻體軸線的平行度進行測量，均符合要求后方可開展焊接作業。

4.3.4 斜鋼支撐與橫梁拼裝與焊接

為防止阻尼器安裝時出現尺寸與設計圖不一致情況，應于吊送之前準確測量各個斜鋼支撐件及橫梁的尺寸大小以及標高，如果標高與設計圖不一致，或是垂直度存在偏差，則應立即進行校正處理，之后再將斜鋼支撐、橫梁吊送至安裝位置進行焊接施工，以免這些結構件不符合施工要求導致安裝后出現返工現象。焊接時應使用溶透焊縫，并且所用焊接材料要與母材具備相同的強度等級。焊接時要確保焊縫外形均勻，且要注意防止產生夾渣或氣孔等質量缺陷。

4.3.5 滑動擋板安裝

A型滑動檔板應安裝在阻尼器節點板之上，安裝前，需要根據設計圖在滑動擋板上固定好尼龍板，之后再采用焊接方式連接滑動檔板與預埋件，并將加頸板焊接在滑動檔板的外部區域。B型滑動檔板安裝時，需要做好中間滑塊的拼裝，然后以設計圖為依據在滑動檔板上安裝好尼龍板，之后，便可采用焊接方法連接滑動檔板與預埋件及加勁板。A型與B型滑動檔板安裝示意圖詳見圖2所示。

4.3.6 防腐除銹處理

安裝好黏滯阻尼器后，應對鋼支撐、節點板以及預埋件等各構件外露結構表面涂裝一層防腐涂層，要確保涂層均勻涂刷且無遺漏點，并且不可留有針孔、形成氣泡或是出現皺皮現象。應根據設計標準及規范要求選用適合的油漆及防腐涂料，如安裝時阻尼器表面出現表層漆脫落、磨損現象，應采用與阻尼器外觀相同顏色油漆進行補漆處理，補漆時注意不可覆蓋缸體標志及編號。

圖2 滑動檔板安裝示意

5 阻尼器安裝安全及質量控制

阻尼器是一種用于控制建筑物或橋梁在發生地震、風力等外部因素作用下的振動的裝置。阻尼器的安裝安全和質量控制非常重要，這關系到建筑物和橋梁的結構安全和人員生命財產的安全。以下是阻尼器安裝安全及質量控制的幾點建議。

5.1 阻尼器的選型

在進行阻尼器的安裝前，需要對建筑物或橋梁的結構特點、所處的環境條件和受力情況等進行評估，并根據評估結果選擇適合的阻尼器型號和數量。阻尼器型號和數量的選擇應該符合設計規范和要求，以確保其能夠有效地減震和控制振動。

5.2 阻尼器的安裝位置和方式

阻尼器的安裝位置和方式直接影響其使用效果和安全性。在安裝阻尼器時，需要嚴格按照設計方案和標準要求進行操作，避免出現傾斜等問題。同時，在安裝過程中需要注意加強固定和支撐，增加阻尼器與建筑物或橋梁之間的連接強度，保證其安全可靠。

阻尼器安裝應由資質齊全的專業施工人員在專業技術人員指導下開展，施工前應做好施工區域外圍防護欄設置，氧氣瓶及乙炔瓶間距、二者與輸氣帶之間距離應分別大于5m與10m。焊接阻尼器鋼結構時，需將施工2m內的雜物及易燃物全部清除，并嚴格檢查腳手架及吊裝設備，以確保腳手架穩固，并有專人看護時方可實施吊裝作業。阻尼器部件下料時，需要結合安裝設計要求進行各部位及軸線跨距號料，并應在地面預拼裝后再向安裝地點運送。焊接前需明確焊接要點，以保證一次性、高質量完成焊接作業[6]。

5.3 阻尼器的質量控制

阻尼器是保障建筑物和橋梁結構安全的重要設施，因此在安裝前需要對阻尼器進行嚴格的質量檢測。質量檢測包括阻尼器的性能測試、耐久性測試、材料檢驗等多個方面。如果發現阻尼器存在質量問題，應該及時更換或修理，并重新進行檢測。

5.4 阻尼器的保養維護

阻尼器在使用中會逐漸出現磨損或老化等問題，因此需定期進行保養維護。保養維護包括清洗、潤滑、調整等多個方面。在進行保養維護時，需要遵照廠家提供的操作說明和標準要求進行操作，確保阻尼器的正常運行。

安裝好阻尼器后，要確保主體不可從墻體中突出，需在安裝驗收完成后進行封堵作業。使用巖棉板填塞阻尼器與砌體之間的空間，之后在封堵位置外側安裝一層厚度為1cm的水泥壓力板，相鄰封板之間搭接長度應為20cm，且搭接處應涂滿結構膠，以確保外側封板搭接牢固。粘好壓力板后 ，應利用射釘固定壓力板及混凝土搭接區域，每隔15cm射入一枚射釘。封堵后根據設計圖對外側封板進行抹灰處理，并將網格布架設于搭接區域。

6 結語

綜上所述，阻尼器的安裝安全及質量控制非常重要。在進行阻尼器的選型、安裝、質量控制和保養維護時，必須嚴格遵守設計規范和標準要求，并根據實際情況進行相應調整和優化，以確保阻尼器的安全可靠和有效運行。該工程利用此種減震加固技術，減小了層間位移角，降低了頂角位移及樓層剪力，并增強了滯回曲線的飽滿度，提高了建筑結構的耗能能力，對地震能量具備良好的耗散效果，能夠滿足本建筑工程的抗震加固需求，可有效增強本工程建筑結構穩定性，并能延長建筑使用壽命。