朱浩樑，梁啟慧，丁幼亮，錢東升

（1.江蘇壹鼎崮機電科技有限公司，南京 210012；2.東南大學土木工程學院，南京 210096）

0 引言

我國是一個地震活動頻度高、強度大、震源淺、分布廣、震災嚴重的國家，我國的土地面積占全球7%，但強震數(shù)量卻占全球大陸強震的33%，是世界上大陸強震最多的國家。在我國，有41%的國土、50%的城市、67%的特大城市處于地震設防烈度7度及以上。地震中建筑機電設備的損壞，包括消防管道、油電煤氣等管線的損壞，則直接導致消防功能失效，引發(fā)火災等次生災害，使傷亡人數(shù)大大增加，甚至超過建筑物倒塌等直接災害導致的傷亡。由此，建筑物全面的抗震設防不應只是建筑結構的抗震設防，同時還應包括建筑機電設備的抗震設防。建筑抗震支吊架是建筑機電工程的重要組成部分，在地震中能對建筑機電工程設施給予可靠的保護，承受來自任意水平方向的地震作用[1-3]。因此，如何檢測抗震支吊架滿足《建筑機電工程抗震設計規(guī)范》的抗震設計要求，是建筑抗震支吊架應用于實際工程的重要問題。本文針對江蘇壹鼎崮機電科技有限公司生產安裝的抗震支吊架開展了地震模擬試驗，介紹了地震模擬試驗原理、試驗加載裝置、加載方案和測點裝置，給出了試驗分析結果，為同類產品的抗震性能測試提供參考。

1 地震模擬試驗原理

為判斷抗震支吊架能否承受6度至9度設防地震烈度下的地震作用，需對抗震支吊架進行低周反復荷載試驗，模擬其在地震作用下的破壞形式，測試該抗震支吊架的抗震性能。結構低周反復荷載試驗方法一般以試件的荷載值或位移值作為控制量，在正、反兩個方向對試件進行反復加載和卸載。在試驗中，加載過程的周期遠大于結構的基本周期，因此，低周反復荷載試驗的實質是用靜力加載方法來近似模擬地震荷載的作用[4-5]。試驗中靜力加載水平可以根據(jù)《建筑機電工程抗震設計規(guī)范》的等效側力法確定[1]：

式中：F—沿最不利方向施加于機電工程設施重心處的水平地震作用標準值；γ—非結構構件功能系數(shù)，按本規(guī)范第3.4.1條執(zhí)行；η—非結構構件類別系數(shù)，按本規(guī)范第3.4.1條執(zhí)行；ξ1—狀態(tài)系數(shù)；對于承點低于質心的任何設備和柔性體系宜取2.0，其余情況取1.0；ξ2—位置系數(shù)，建筑的頂點宜取2.0，底部宜取1.0，沿高度線性分布；對結構要求采用時程分析法補充計算的建筑，應按計算結果調整；αmax—地震影響系數(shù)最大值；G—非結構構件的重力，應包括運行時有關的人員、容器和管道中的介質及儲物柜中物品的重力。

根據(jù)試驗中抗震支吊架規(guī)格和管道條件，由式（1）計算得到抗震支吊架在不同抗震設防烈度下的地震作用如表1所示。

表1 支吊架不同設防烈度下的地震作用

2 地震模擬試驗方案設計

2.1 試驗構件

依據(jù)抗震支吊架實際支撐情況和行業(yè)標準，對江蘇壹鼎崮機電科技有限公司生產安裝的抗震支吊架采用等效靜力加載的方式進行低周反復加載試驗，并測試支吊架的位移和應變，抗震支吊架尺寸如圖1所示。

圖1 試件尺寸（單位：cm）

2.2 加載裝置與加載方案

試驗通過液壓伺服作動器作為加載裝置，作動器施加的荷載加載至抗震支吊架上，支吊架通過型鋼加勁板固定在地面，保證支撐支吊架固定部分在試驗過程中不動。加載裝置如圖2所示。根據(jù)《建筑機電設備抗震支吊架通用技術條件》（CJ/T 476-2015），采用力控制的方式進行加載，加載方案為：（1）對試樣施加2.25kN負載，正弦波循環(huán)15圈，加載的頻率為 0.1 Hz；（2）15 次循環(huán)后，每次加載幅度為上一級荷載的（15/14）1/2，加載的頻率為0.1 Hz，直到完成55次循環(huán)、樣品發(fā)生斷裂或者產生超過范圍的變形。

圖2 加載裝置

2.3 測量裝置

支吊架的位移和應變分別采用位移計和應變片測量?？紤]到支吊架的位移可能超過±50 mm，因此采用200 mm大量程應變計。位移計和應變片采用泰斯特3826F動靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，采樣頻率20 Hz。位移計放置在支吊架與鋼管相連接的外側，測量支吊架的水平位移，每個支吊架兩側均放置1個位移計。應變片貼在斜撐中間位置，測量斜撐每個支撐應變，兩邊均貼1片應變片。測點布置如圖3所示。

圖3 支吊架測點布置

3 試驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)分析

采用力控制對試件進行加載，作動器真實施加到試件的荷載（實際荷載）與發(fā)送到作動器的荷載（指令荷載）存在一定的誤差，實際荷載比指令荷載大5%到10%左右。采用作動器測量的力和位移為依據(jù)，試件的滯回曲線如圖4所示。試驗過程中支吊架位移計的采集結果如圖5所示。

圖4 試件的滯回曲線

圖5 支吊架位移曲線

從圖5可以發(fā)現(xiàn)，構件在加載到第46個周期時破壞，且位移超過50 mm。取構件加載到45個周期時的荷載最大值作為破壞荷載，此時為7.42 kN。因此，每個抗震連接座的破壞荷載為3.71 kN。支座斜撐最大應變?yōu)?150，取彈性模量為2.06 GPa，其最大應力為0.3 MPa，遠遠小于破壞應力。

根據(jù)低周反復加載試驗得到的抗震支吊架組件的破壞荷載，并結合《建筑機電工程抗震設計規(guī)范》的等效側力法分析（表1）可知，建筑抗震支吊架在《建筑機電工程抗震設計規(guī)范》對應的安裝條件下，能抵抗6度至9度設防地震烈度的地震作用。

4 結語

1）為了能夠保證建筑抗震支吊架在地震中對建筑機電工程設施給予可靠的保護，應對抗震支吊架組件開展地震模擬試驗。

2）低周反復加載靜力試驗所需設備和試驗條件相對簡單，是建筑抗震支吊架地震模擬試驗的有效方法。

3）根據(jù)低周反復加載試驗結果能夠獲取抗震支吊架試件的滯回曲線和支吊架位移曲線，從而準確判斷支吊架的抗震承載力。

4）江蘇壹鼎崮機電科技有限公司生產安裝的抗震支吊架能抵抗6度至9度設防地震烈度的地震作用，適用于抗震設防烈度為6度至9度的建筑機電工程。

[1]GB50981-2014,建筑機電工程抗震設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2014.

[2]GB50011-2010,建筑抗震設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2016.

[3]GB50223-2008,建筑工程抗震設防分類標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2016.

[4]李愛群，丁幼亮，高振世.工程結構抗震設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[5]李愛群，丁幼亮.工程結構抗震分析[M].北京：高等教育出版社,2010.