成琬玥 何 斌，2 納曼·麥麥提，2 柯 譜，2 徐 靜

(1.喀什大學(xué)土木工程學(xué)院，新疆 喀什 844008; 2.喀什大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究中心(所)，新疆 喀什 844008)

1 框架結(jié)構(gòu)震害

校舍建筑由于需要大開間作為教室，經(jīng)常使用框架結(jié)構(gòu)作為承載體系。盡管具有一定的延性，“5·12”汶川地震中框架結(jié)構(gòu)仍呈現(xiàn)出不同的震害形式。葉列平(2008)提出框架結(jié)構(gòu)的主體震害一般較輕，主要破壞發(fā)生在圍護(hù)結(jié)構(gòu)和填充墻；框架結(jié)構(gòu)可以使用和加固后使用的比例占調(diào)查總數(shù)的86%；建議進(jìn)一步完善結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求，同時(shí)提出框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)柱弱梁機(jī)制在實(shí)際地震中很難實(shí)現(xiàn)。孫治國(guó)(2010)對(duì)包括映秀鎮(zhèn)、漢旺鎮(zhèn)等幾個(gè)震中區(qū)域進(jìn)行調(diào)研，指出存在大量的非延性(脆性)的剪切破壞、彎剪破壞，呈現(xiàn)出“強(qiáng)梁弱柱”“強(qiáng)構(gòu)件弱節(jié)點(diǎn)”等現(xiàn)象，未完工框架結(jié)構(gòu)項(xiàng)目也大量呈現(xiàn)出各種破壞。吳振波(2010)指出在統(tǒng)計(jì)的61棟框架結(jié)構(gòu)中，倒塌和嚴(yán)重破壞的僅占9.8%；但是處于小震烈度區(qū)的框架也普遍出現(xiàn)填充墻的開裂現(xiàn)象。他同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了“強(qiáng)柱弱梁”機(jī)制無法實(shí)現(xiàn)，提出采用設(shè)置次要剪力墻減少?gòu)椥噪A段結(jié)構(gòu)位移。葉列平(2009)對(duì)汶川地震極震區(qū)同一個(gè)地點(diǎn)的建筑群震害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，指出盡管框架結(jié)構(gòu)根據(jù)《混凝土抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)，但是由于填充墻等影響，其未倒塌建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗震承載力儲(chǔ)備比較大；同時(shí)由于塑性變形能力的存在、提高整體結(jié)構(gòu)冗余度等可以使得結(jié)構(gòu)整體屈服機(jī)制得以實(shí)現(xiàn)。

因此，對(duì)于框架結(jié)構(gòu)而言，如何充分利用框架延性較好特性，提高其耗能能力，是對(duì)既有框架結(jié)構(gòu)加固改造的一種較好選擇。采用阻尼器加固框架結(jié)構(gòu)，一方面可以通過阻尼器的耗能保證整體結(jié)構(gòu)處于彈性階段、或者在可以接受的塑性變形階段；另一方面保證結(jié)構(gòu)改造僅僅限于局部某些區(qū)域、施工周期短。

2 分析方法

1)框架在地震作用下，呈現(xiàn)出剪切型變形特性。采用阻尼器加固框架結(jié)構(gòu)首先要確定加固的目標(biāo)和加固設(shè)計(jì)方法，同時(shí)采用諸如簡(jiǎn)化分析和通用有限元程序進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析。翁大根(2012)認(rèn)為可以將消能部件與主體結(jié)構(gòu)分開設(shè)計(jì)，而采用附加消能部件產(chǎn)生的抗力作為影響未設(shè)阻尼器結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程的因素，采用預(yù)先估算結(jié)構(gòu)減震所需的附加阻尼比和驗(yàn)算實(shí)際附加阻尼比的方式。同時(shí)針對(duì)某5層規(guī)則框架引入JSSIM法進(jìn)行估算期望附加阻尼力，同時(shí)對(duì)比了采用SAP2000時(shí)程分析的計(jì)算結(jié)果，提出小震下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)效果較差、而罕遇地震則能大大增加安全延性空間的結(jié)論。劉中偉(2016)采用等效阻尼比的方式考慮阻尼器提供的耗能效應(yīng)，即一周內(nèi)耗能等效的原則得到等效阻尼比，將框接結(jié)構(gòu)的阻尼比由5%提高到7%；采用罕遇地震下基底剪力時(shí)程、頂點(diǎn)位移時(shí)程、頂點(diǎn)加速度時(shí)程和層間位移角以及樓層側(cè)移包絡(luò)等參數(shù)，考察減震前后結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。

2)基于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的減震框架結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)分析。通過擬靜力試驗(yàn)可以獲得阻尼器本構(gòu)模型，而通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)可以驗(yàn)證數(shù)值分析結(jié)果以及發(fā)現(xiàn)實(shí)際問題。蘇豐陽(yáng)(2014)介紹了設(shè)置某黏滯阻尼器斜撐的單榀兩層框架對(duì)照振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，采用模擬小震和罕遇地震的天然波和人工波作為輸入，以頂層最大峰值響應(yīng)、位移均方根響應(yīng)和最大加速度作為控制性指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，提出設(shè)置黏滯阻尼器可以有效降低結(jié)構(gòu)在地震中的反應(yīng)。同時(shí)也提出直接相連的梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域有額外負(fù)擔(dān)。李洪泉(1996)針對(duì)單榀剪切型三層框架進(jìn)行設(shè)置軟剛阻尼器的對(duì)照縮尺振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，采用El centro波輸入模擬小震、大震和大震后修復(fù)的框架結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)；通過宏觀觀測(cè)和拾取位移反應(yīng)時(shí)程曲線方式，提出對(duì)于震后有損結(jié)構(gòu)采用阻尼器加固的方式有效改善地震作用下變形集中的現(xiàn)象。

3 工程實(shí)踐

劉中偉(2016)采用等效阻尼比的方式考慮阻尼器提供的耗能效應(yīng)，即一周內(nèi)耗能等效的原則得到等效阻尼比，將框架結(jié)構(gòu)的阻尼比由5%提高到7%；采用罕遇地震下基底剪力時(shí)程、頂點(diǎn)位移時(shí)程、頂點(diǎn)加速度時(shí)程和層間位移角以及樓層側(cè)移包絡(luò)等參數(shù)，考察減震前后結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。楊康(2016)采用黏滯流體阻尼器對(duì)江蘇鹽城某6層L形框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，采用逐步增加反應(yīng)譜阻尼比至層間位移角剛好滿足《抗規(guī)》要求的方式獲得附加阻尼比。龔杰(2016)就廣州某單跨4層框架結(jié)構(gòu)，采用對(duì)橫向框架設(shè)置附加非線性黏滯阻尼器的方式進(jìn)行加固，采用Perform-3D以柱鋼筋的應(yīng)變作為監(jiān)測(cè)柱的性能狀態(tài)。計(jì)算結(jié)果表明有控制結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下整體破壞遠(yuǎn)小于無控制結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語(yǔ)

汶川地震中，對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的震害調(diào)查表明按規(guī)范設(shè)計(jì)的主體結(jié)構(gòu)震害屬于可控范圍，但是普遍存在填充墻發(fā)生破壞或倒塌的問題。阻尼器可以有效控制主體結(jié)構(gòu)的位移和加速度等反應(yīng)指標(biāo)，同時(shí)由于其加固時(shí)涉及建筑范圍較小、施工方便，在今后的框架結(jié)構(gòu)加固中有進(jìn)一步推廣的可能。

[1] 清華大學(xué)土木工程結(jié)構(gòu)專家組,西南交通大學(xué)土木工程結(jié)構(gòu)專家組,北京交通大學(xué)土木工程結(jié)構(gòu)專家組,等.汶川地震建筑震害分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2008(4):1-9.

[2] 孫治國(guó),王東升,李宏男,等.汶川地震鋼筋混凝土框架震害及震后修復(fù)建議[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2010(4):114-123.

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