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羊尉贺
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背景减震工程设计施工要求及典型案例分析近年来, 消能减震技术得到逐步的推广, 每年都有大量的新建建筑采用消能减震设计

关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见抗震设防烈度 8 度 ( 含 8 度 ) 以上地震高烈度区学校幼儿园

新建中小学教学用房学生宿舍和医院必须使用减隔震技术山西省住房和城乡建设厅发布关于积极推进建筑工程减隔震技术应用的通知

1 背景减震工程设计施工要求及典型案例分析近年来, 消能减震技术得到逐步的推广, 每年都有大量的新建建筑采用消能减震设计汶川地震之后, 消能减震技术愈发得到重视, 消能减震结构的应用呈现井喷的趋势学校医院等乙类建筑采用减隔震设计已经相当普遍潘鹏, 教授, 系主任清华大学土木工程系 1 2 背景背景 214 年 2 月, 住房和城乡建设部发布了关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见抗震设防烈度 8 度 ( 含 8 度 ) 以上地震高烈度区学校幼儿园医院等人员密集公共建筑云南省人民政府办公厅发布关于加快推进减隔震技术发展与应用的意见 8 度和 9 度区, 新建中小学教学用房学生宿舍和医院必须使用减隔震技术山西省住房和城乡建设厅发布关于积极推进建筑工程减隔震技术应用的通知抗震设防烈度 8 度及以上地区地震重点危险区学校和幼儿园医院的新建建筑, 必须采用减隔震技术 3 住房和城乡建设部正在组织编制抗震管理条例全国抗震设防烈度 8 度及以上地区地震重点危险区学校和幼儿园医院的新建建筑, 应采用减隔震技术 4 1

2 背景背景根据 29 年 5 月 1 日正式施行的修订的防震减灾法, 在建设工程抗震设防要求的确定原则中对位于地震动峰值加速度.2g 分区的医院门诊楼, 地震动峰值加速度提高至.3g 在实际工程中, 多数设计单位已经参照执行很多高烈度地区, 常规结构难以满足建筑及结构要求在高烈度区, 消能减震设计的优势更为明显, 也促进了减震技术的推广应用为确保减震结构的安全, 引导减震行业的健康发展, 亟需 : 设计质量的控制和检查提出设计质量控制和检查要点施工质量的控制和检查提出施工质量控制和检查要点明确维护的要求提出维护工作的检查要点 5 6 报告内容报告内容一消能减震的基本原理二消能器的分类构造与力学模型三消能减震产品的技术要求和检测四消能减震结构设计与案例分析五消能器的连接设计与案例分析六减震工程施工维护与案例分析一消能减震的基本原理二消能器的分类构造与力学模型三消能减震产品的技术要求和检测四消能减震结构设计与案例分析五消能器的连接设计与案例分析六减震工程施工维护与案例分析 7 8 2

地震作用的特点和结构抗震的问题地震作用是地震地面运动引起结构产生的动力效应, 是一种整体型作用地震发生具有极大的随机性和不确定性, 乃至不可预见性 ( 时间地点强度 ) 强震下, 要求结构不损坏是不合适的在地震引起的结构整体型作用下, 结构中的薄弱部位首先发生破坏工程结构系统防灾传统结构的抗震是以结构构件的损坏实现地震能量的耗散抗

3 地震作用的特点和结构抗震的问题地震作用是地震地面运动引起结构产生的动力效应, 是一种整体型作用地震发生具有极大的随机性和不确定性, 乃至不可预见性 ( 时间地点强度 ) 强震下, 要求结构不损坏是不合适的在地震引起的结构整体型作用下, 结构中的薄弱部位首先发生破坏工程结构系统防灾传统结构的抗震是以结构构件的损坏实现地震能量的耗散抗消能减震结构的抗震是通过附加消能减震装置与主体结构组成一个新的结构系统, 这一新的结构系统的消能能力和动力特性与原结构相比有较大变化, 使得主体结构承受的地震作用显著减小, 消能减震装置作为专门的分灾子系统来耗散地震能量消 M M 9 1 减小结构地震响应的途径减小结构地震响应的途径 A- 隔震地震结构响应地震结构响应 M m x cx F( x) m x S a E K E D E F E EQ M 增大结构耗能能力减少地震能量输入 Base Isolation T.5 秒 T=3. 秒 T

无阻尼器有阻尼器阻尼器可抑制振动的增长, 并使结构迅速停止振动 m x cx F( x) m x m x cx F( x) Fs ( x, x) m x E

4 减小结构地震响应的途径 B- 消能减震消能减震结构的效果地震结构响应 S a 隔震层 M.5 Passive Damper.15 T.5 秒 T 有隔震层无隔震层隔震层可减小地震能量输入, 减小上部结构的地震响应消能减震结构的效果耗能减震的能量原理阻尼器无阻尼器有阻尼器阻尼器可抑制振动的增长, 并使结构迅速停止振动 m x cx F( x) m x m x cx F( x) Fs ( x, x) m x E E K K E E D D E E F F ( x, x) c x s s F E F ( x, x) f ( x) s s E S EQ E EQ 速度相关型位移相关型 M

5 各类阻尼器的减震原理各类阻尼器的减震原理速度型阻尼器按主体结构弹性考虑位移型阻尼器按主体结构弹性考虑 S a S a.5.15 m x cx F( x) Fs ( x, x) m x S d.5 T T m x cx F( x) Fs ( x, x) m x S d T T F C x C V s F D.15 F f ( x) s s F D T T T T 抗震结构 vs. 消能减震结构报告内容一消能减震的基本原理二消能器的分类构造与力学模型三消能减震产品的技术要求和检测四消能减震结构设计与案例分析五消能器的连接设计与案例分析六减震工程施工维护与案例分析通过增加消能减震装置消耗地震能量, 保护主体结构

6 常见消能器的分类黏滞消能器 F 黏滞消能器 ( 墙 ) D 速度相关型黏弹消能器 F D 金属剪切 ( 弯曲 ) 消能器 F 位移相关型屈曲约束支撑 D F 摩擦消能器 D 黏滞消能墙黏滞消能墙单层钢板双层钢板

7 黏滞消能墙黏滞消能墙黏滞消能墙黏滞消能墙

8 黏滞消能器 ( 墙 ) 黏滞消能器视频输出力 F F m= m=1 m=.75 m=.5 m=.25 v 速度 v F CV 输出力 F F m m= m=.5 m=1 m 值较小, 消能器在小于设计速度下的耗能效率更高在大于设计速度情况下超过设计输出力幅度越小 -s O s -F 位移 s 原速度 1/2 原速度 29 3 黏滞消能墙视频黏滞消能器 VS. 黏滞消能器墙黏滞阻尼墙视频均为速度型消能器, 力学模型相同 ; 粘滞消能墙的优点 : 同样吨位下消能墙更薄, 连接更方便 ; 消能墙可以有效解决消能器可能存在的漏油问题消能墙的缺点 : 价格相对加高

线性黏弹性材料的剪应力和剪应变都按正弦波变化, 但存在相位差 ()= t sin t ()=

9 黏弹消能器黏弹消能器黏弹性消能器通常由钢板和固体黏弹性材料交替叠合而成其原理是通过黏弹性材料的往复剪切变形来耗散能量黏弹性材料具有应变滞后于应力的阻尼特性, 是一种典型的速度相关型阻尼器黏弹消能器黏弹消能器典型黏弹性阻尼器构造及正弦激振下的滞回曲线 ( Shen and Soong,1995) 35 黏弹性材料同时具有弹性固体和粘性流体的特性材料的应力不仅与当时的应变有关, 而且与应变的历史过程有关在频率为的正弦波激励下, 线性黏弹性材料的剪应力和剪应变都按正弦波变化, 但存在相位差 ()= t sin t ()= t sin( t ) ( t)= [ G'( ) sin t G"( ) cos t] 其中, G"( ) G'( ) G '( ) cos G"( ) sin 损耗因子, 越大其耗能能力越好 36 9

10 壁式黏弹消能墙粘弹性消能器视频壁式黏弹消能墙优缺点金属剪切消能器优点 : 安装方便, 建筑布局更灵活薄且体积小, 不减小建筑使用面积同时提供刚度和阻尼很小的位移就开始发挥作用, 适用于风振和地震控制缺点 : 温度依存性较大通常价格相对较高

破坏前有明显的预兆, 有较大的变形 ( 即延伸率高 ), 破坏属塑性破坏 Force/kN 8

2 4 6 8 Disp/mm 41 42 金属剪切消能器金属弯曲消能器特点 : (1)

布局灵活 (5) 大震后可以更换应用 : (1) 附加阻尼比 5%-15% (2)

11 金属剪切消能器金属剪切消能器 1 5 力 /kn -5 软钢剪切消能器利用软钢往复剪切产生的弹塑性滞回变形来耗散多余的地震能量与普通钢相比, 软钢有明确的屈服点, 破坏前有明显的预兆, 有较大的变形 ( 即延伸率高 ), 破坏属塑性破坏 Force/kN 位移 /mm Disp/mm 金属剪切消能器金属弯曲消能器特点 : (1) 同时提供刚度和阻尼 (2) 小震下开始耗能 (3) 性能稳定, 耐久性好 (4) 体型小, 布局灵活 (5) 大震后可以更换应用 : (1) 附加阻尼比 5%-15% (2) 减小层间位移 ( 抗侧刚度 ) (3) 解决超筋 ( 减小地震力 ) (4) 建筑功能要求 ( 梁柱尺寸 ) (5) 增加安全储备和抗倒塌能力 2 15 钢滞变消能器 1 利用钢板弯曲变形变形能力大屈服位移大材料用量大 Force/kN Disp/mm

12 金属弯曲消能器履带式消能器视频履带式消能器 15 1 更大变形能力更好疲劳性能但占用空间较大 Force/kN Disp/mm 屈曲约束支撑屈曲约束支撑可屈服的芯材芯材与砂浆之间的无粘结材料砂浆钢套管屈曲约束支撑 (BRB/UBB) 的中心是芯材为避免芯材受压时整体屈曲, 芯材被置于一个钢管套内, 然后在套管内灌注填料约束芯材为减小或消除芯材受轴力时传给填料的摩擦力, 在芯材和砂浆之间设有一层无粘结材料 47 12

13 屈曲约束支撑屈曲约束支撑 BRB/UBB 是一种无论受拉还是受压都能达到承载全截面屈服的轴向受力构件即压缩和拉伸时具备同样的承载力和刚度 BRB/UBB 是位移依存型阻尼器内核单元是使用高性能软钢依靠软钢板的往复拉压来耗能 5 218/8/3 屈曲约束支撑屈曲约束支撑 1. 刚度和承载力的可设计性更强 2. 避免人字型支撑中的剪力不平衡 3. 提供更大的变形能力和更优的低周疲劳性能 4. 提供稳定的滞回耗能能力, 消能减震 S a.5 普通支撑防屈曲支撑 /8/3 T.5 秒 T 218/8/3 13

218/8/3 屈曲约束支撑编号芯材材料试验体名称屈服荷载(kN) 最大荷载(kN) 长度(m) 1 SLY1 LY3-3 294 699 3 2 SLY1 LY3-3 294 699 3 3 SLY1 LY3-55 294 699 5.

5 9 SN49B SN12-3 168 1674 3 1 SN49B SN12-3 168 1674 3 11 SN49B SN12-55 168 1674 5.5 12 SN49B SN12-55 168 1674 5.

14 218/8/3 屈曲约束支撑编号芯材材料试验体名称屈服荷载(kN) 最大荷载(kN) 长度(m) 1 SLY1 LY SLY1 LY SLY1 LY SLY1 LY SLY225 LY SLY225 LY SLY225 LY SLY225 LY SN49B SN SN49B SN SN49B SN SN49B SN SN12-55实验动画 53 屈曲约束支撑摩擦消能器力(kN) 位移(mm) 位移(mm) 8 材料的影响 4 长度的影响构造的影响力(kN) 力(kN) 焊接的影响位移(mm) 55 Pall型摩擦消能器筒式摩擦消能器 56 14

摩擦消能器视频摩擦消能器复合金属摩擦消能器 2 57 变形能力大疲劳性能好屈服位移小耗能能力大力 /kn 15 1 5-5 -1-15

四消能减震结构设计与案例分析五消能器的连接设计与案例分析六减震工程施工维护与案例分析相关的三本技术标准建筑抗震设计规范 GB511-21:

15 摩擦消能器视频摩擦消能器复合金属摩擦消能器 2 57 变形能力大疲劳性能好屈服位移小耗能能力大力 /kn 位移 /mm 58 报告内容一消能减震的基本原理二消能器的分类构造与力学模型三消能减震产品的技术要求和检测四消能减震结构设计与案例分析五消能器的连接设计与案例分析六减震工程施工维护与案例分析相关的三本技术标准建筑抗震设计规范 GB511-21: 简称抗规建筑消能减震技术规程 JGJ : 简称规程建筑消能阻尼器 JG/T : 简称消能器 ( 推荐性标准 )

16 对金属阻尼器的要求基本力学性能序号项目性能要求 1 屈服荷载 2 屈服位移 3 屈服后刚度 4 极限荷载每个产品屈服荷载值实测值偏差应不超过设计值 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过屈服荷载设计值的 ±1% 每个产品屈服荷载值实测值偏差应不超过设计值 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过屈服荷载设计值的 ±1% 每个产品屈服荷载值实测值偏差应不超过设计值 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过屈服荷载设计值的 ±1% 每个产品屈服荷载值实测值偏差应不超过设计值 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过屈服荷载设计值的 ±1% 5 极限位移每个实测产品极限位移值不应小于设计极限位移值 6 滞回曲线面积任一循环中滞回曲线包络面积实测值偏差应不超过产品设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过产品设计值的 ±1% 应严格依据设计文件中给出的设计值进行产品的基本力学性能检测 61 对金属阻尼器的要求疲劳性能 1 阻尼力 2 滞回曲线 3 滞回曲线面积实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环的最大最小阻尼力应不超过所有循环的最大最小阻尼力平均值的 ±15% 实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环中位移为零时的最大最小阻尼力应不超过所有循环中位移为零时的最大最小阻尼力平均值的 ±15% 实测产品在设计位移下, 任一个循环中阻尼力为零时的最大最小位移应不超过所有循环中阻尼力为零时的最大最小位移平均值的 ±15% 实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环的滞回曲线面积应不超过所有循环的滞回曲线面积平均值的 ±15% 产品必须达到的基本疲劳性能指标 62 对摩擦阻尼器的要求对摩擦阻尼器的要求序号项目性能要求 1 起滑阻尼力实测值产品起滑阻尼力应不超过设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过设计值的 ±1% 1 摩擦荷载实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环的最大最小阻尼力应不超过所有循环的最大最小阻尼力平均值的 ±15% 常规性能 2 起滑位移 3 初始刚度 4 极限荷载实测产品起滑位移值应不超过设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过设计值的 ±1% 实测产品初始刚度值应不超过设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过设计值的 ±1% 实测产品极限荷载值应不超过设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过设计值的 ±1% 疲劳性能 2 滞回曲线实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环中位移为零时的最大最小阻尼力应不超过所有循环中位移为零时的最大最小阻尼力平均值的 ±15% 实测产品在设计位移下, 任一个循环中阻尼力为零时的最大最小位移应不超过所有循环中阻尼力为零时的最大最小位移平均值的 ±15% 5 极限位移每个实测产品极限位移值应不小于设计极限位移 6 滞回曲线面积任一循环中滞回曲线包络面积实测值偏差应不超过产品设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过产品设计值的 ±1% 应严格依据设计文件中给出的设计值进行产品的基本力学性能检测 63 3 滞回曲线面积实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环的滞回曲线面积应不超过所有循环的滞回曲线面积平均值的 ±15% 产品必须达到的基本疲劳性能指标 64 16

17 对粘滞阻尼器的要求对粘滞阻尼器的要求基本力学性能序号项目性能要求 1 极限位移实测产品极限位移值应不小于设计极限位移 2 最大阻尼力实测值偏差应不超过产品设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过产品设计值的 ±1% 3 极限速度实测产品极限速度值应不小于设计极限速度 4 阻尼指数实测值偏差应不超过产品设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过产品设计值的 ±1% 5 滞回曲线面积任一循环中滞回曲线包络面积实测值偏差应不超过产品设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过产品设计值的 ±1% 疲劳性能项目性能要求阻尼指数变化率不大于 ±15% 实测产品在设计速度下连续加载 3 圈, 任一个循环的最大阻尼力最大最小阻尼力应不超过所有循环的最大最小阻尼力平均值的 ±15% 滞回曲线滞回曲线面积实测产品在设计速度下连续加载 3 圈, 任一个循环中位移为零时的最大最小阻尼力应不超过所有循环中位移为零时的最大最小阻尼力平均值的 ±15% 实测产品在设计速度下连续加载 3 圈, 任一个循环中阻尼力为零时的最大最小位移应不超过所有循环中阻尼力为零时的最大最小位移平均值的 ±15% 实测产品在设计速度下连续加载 3 圈, 任一个循环的滞回曲线面积应不超过所有循环的滞回曲线面积平均值的 ±15% 应严格依据设计文件中给出的设计值进行产品的基本力学性能检测 65 产品必须达到的基本疲劳性能指标 66 对粘滞阻尼器的要求对黏弹性阻尼器的要求黏滞消能器应进行极限位移慢度试验和 1.5 倍最大阻尼力的静力过载序号项目性能要求试验, 在极限位移及过载作用下消能器不应出现渗漏屈服或破损等 1 极限应变实测产品极限应变值应不小于设计极限应变现象 ( 极限位移和承载力储备 ) 黏滞消能器在 2 ~4 下, 在 1.f 1 (f 1 为消能减震结构的第一自振频率 ) 测试频率下, 输入幅值为阻尼器设计位移的正弦位移时程, 每隔 1 记录消能器的最大阻尼力, 其变化率不应大于 ±15% ( 温度依存性 ) 黏滞消能器在.4f 1.7 f 1 1. f f f 1 测试频率下, 对应输入位移幅值为 u= u f 1 /f 的正弦位移时程, 测最大阻尼力, 其变化率不应大于 ±15% ( 频率依存性 ) 2 最大阻尼力 3 表观剪切模量 4 损耗因子 5 滞回曲线面积实测值偏差应不超过产品设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过产品设计值的 ±1% 实测值偏差应不超过产品表观剪切模量设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过设计值的 ±1% 实测值应不超过产品设计值的 ±15% 以内, 实测值偏差平均值应不超过设计值的 ±1% 任一循环中滞回曲线包络面积实测值偏差应不超过产品设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过产品设计值的 ±1% 产品必须达到的其它性能指标 67 应严格依据设计文件中给出的设计值进行产品的基本力学性能检测 68 17

对黏弹性阻尼器的要求对黏弹性阻尼器的要求序号项目性能要求 1 老化性能变形变化率不大于 ±15% 最大阻尼力表观剪切模量变化率不大于 ±15% 损耗因子外观目视无变化产品必须达到的基本老化性能指标 69 2 疲劳性能变形和外观表观剪切模量损耗因子最大阻尼力滞回曲线滞回曲线面积

最小阻尼力平均值的 ±15% 任一个循环中阻尼力为零时的最大最小位移应不超过所有循环中阻尼力为零时的最大最小位移平均值的 ±15% 实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环的滞回曲线面积应在所有循环的滞回曲线面积平均值的 ±15% 以内产品必须达到的基本疲劳性能指标 7

18 对黏弹性阻尼器的要求对黏弹性阻尼器的要求序号项目性能要求 1 老化性能变形变化率不大于 ±15% 最大阻尼力表观剪切模量变化率不大于 ±15% 损耗因子外观目视无变化产品必须达到的基本老化性能指标 69 2 疲劳性能变形和外观表观剪切模量损耗因子最大阻尼力滞回曲线滞回曲线面积变化率不大于 ±15%, 外观目视无变化变化率不大于 ±15% 实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环的最大最小阻尼力应不超过所有循环的最大最小阻尼力平均值的 ±15% 实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环中位移为零时的最大最小阻尼力应不超过所有循环中位移为零时的最大最小阻尼力平均值的 ±15% 任一个循环中阻尼力为零时的最大最小位移应不超过所有循环中阻尼力为零时的最大最小位移平均值的 ±15% 实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环的滞回曲线面积应在所有循环的滞回曲线面积平均值的 ±15% 以内产品必须达到的基本疲劳性能指标 7 对黏弹性阻尼器的要求黏弹阻尼墙实验粘弹性消能器在 2 ~4 下, 在 1.f 1 (f 1 为消能减震结构的第一自振频率 ) 测试频率下, 输入幅值为阻尼器设计位移的正弦位移时程, 每隔 1 记录消能器的最大阻尼力, 其变化率不应大于 ±15% ( 温度依存性 ) 产品必须达到的温度相关性性能指标

19 对屈曲约束支撑的要求常规性能序号项目 1 屈服荷载 2 屈服位移 3 屈服后刚度性能要求实测产品屈服荷载值应不超过设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过设计值的 ±1 实测产品屈服位移值应不超过设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过设计值的 ±1% 实测产品屈服后刚度值应不超过设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过设计值的 ±1% 4 极限荷载实测产品极限荷载值应不超过设计值的 ±15%; 实测值偏差的平均值应不超过设计值的 ±1% 5 极限位移实测产品极限位移值应不小于设计极限位移产品必须达到的基本疲劳性能指标对屈曲约束支撑的要求疲劳性能序号项目性能要求 1 阻尼力 2 滞回曲线 3 滞回曲线面积实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环的最大最小阻尼力应不超过所有循环的最大最小阻尼力平均值的 ±15% 实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环中位移为零时的最大最小阻尼力应不超过所有循环中位移为零时的最大最小阻尼力平均值的 ±15% 任一个循环中阻尼力为零时的最大最小位移应不超过所有循环中阻尼力为零时的最大最小位移平均值的 ±15% 实测产品在设计位移下连续加载 3 圈, 任一个循环的滞回曲线面积应不超过所有循环的滞回曲线面积平均值的 ±15% 产品必须达到的基本疲劳性能指标阻尼器产品检验的类型出厂检验 : 出厂检验的项目主要为外观及基本力学性能, 出厂检验对每个工程每一批次的产品都应执行抽检 ; 型式检验 : 型式检验的项目除出厂检验的内容外, 尚应根据阻尼器类型的不同, 包括如 : 疲劳性能, 粘滞消能器的频率相关性和温度依存性等较多的检测项目检验数量的要求建筑消能阻尼器 JG/T 29 要求 : 对黏滞消能器, 抽检数量不少于同一工程同一类型同一规格数量的 2% 且不少于 2 个, 检测合格率为 1%, 该批次产品可用于主体结构检测合格后, 消能器若无任何损伤力学性能仍满足正常使用要求时, 可用于主体结构对于乙类建筑为 5%, 甲类建筑为 1% 对黏弹性消能器, 抽检数量不少于同一工程同一类型同一规格数量的 3%, 当同一类型同一规格的消能器数量较少时, 可以在同一类型消能器中抽检总数量的 3%, 但不应少于 2 个, 检测合格率为 1%, 该批次产品可用于主体结构检测后的消能器不应用于主体结构实际操作中设计人员针对具体的工程项目, 提出的检验要求中可能同时包括出厂检验的项目和部分重要的型式检验项目, 如 : 对于金属阻尼器和屈曲约束支撑, 提出疲劳性能检测的要求 75 对摩擦消能器金属消能器和复合型消能器, 抽检数量不少于同一工程同一类型同一规格数量的 3%, 当同一类型同一规格的消能器数量较少时, 可以在同一类型消能器中抽检总数量的 3%, 但不应少于 2 个, 检测合格率为 1%, 该批次产品可用于主体结构检测后的消能器不应用于主体结构 76 19

检验数量的要求对屈曲约束支撑, 抽检数量不少于同一工程同一类型同一规格数量的 3%, 但不应少于 2 个,

检测后的屈曲约束支撑不应用于主体结构产品检测合格率未达到 1%, 应按同批次抽检产品数量加倍抽检 ;

国家计量认证证书以及检测能力表型式检验的试件数目不少于 3 件 77 78 报告内容一消能减震的基本原理二

20 检验数量的要求对屈曲约束支撑, 抽检数量不少于同一工程同一类型同一规格数量的 3%, 但不应少于 2 个, 检验支撑的工作性能和拉压反复荷载作用下的滞回性能, 检测合格率为 1%, 该批次产品可用于主体结构检测后的屈曲约束支撑不应用于主体结构产品检测合格率未达到 1%, 应按同批次抽检产品数量加倍抽检 ; 检测合格率仍未达到 1%, 该批次消能器不应在主体结构中使用对阻尼器产品检测资质的要求 CMA 国家计量认证证书以及检测能力表型式检验的试件数目不少于 3 件报告内容一消能减震的基本原理二消能器的分类构造与力学模型三消能减震产品的技术要求和检测四消能减震结构设计与案例分析五消能器的连接设计与案例分析六减震工程施工维护与案例分析设计基本原则消能器在不同地震强度影响时应充分发挥其预期的作用, 消能部件应保持弹性消能减震结构应保证其主体结构满足现行国家标准建筑抗震设计规范 GB511 和主体结构设计规范要求 ; 消能减震建筑的高度超过建筑抗震设计规范 GB511 规定时, 应专门研究

21 设计基本原则消能器的选择消能减震结构的抗震分析应将主体结构与消能器同时考虑来建立结构分析模型确定结构构件的受力, 计算分析结果应满足抗震规范的有关规定主体结构的分析模型应按照抗震规范的要求确定包括连接部分在内的消能器, 宜采用符合其力学性能的分析模型, 也可近似为具有等效刚度和等效阻尼的构件阻尼器的选择首先应该考虑设置阻尼器的目的和制约条件增加结构的抗侧刚度? 减小地震力? 增加舒适度? 建筑条件? 结构基础? 结构类型? 节点形式? 消能器的选择消能器的选择阻尼器的选择尚应该考虑阻尼器在不同水准地震作用下的工作状态小震 : 正常使用的层间变形 (1/55~1/8) 粘滞阻尼器 : 阻尼耗能减小地震作用, 减小层间变形位移型阻尼器 : 初始刚度, 减小层间变形 / 屈服后刚度和塑性耗能, 减小层间变形黏弹性阻尼器 : 阻尼耗能和刚度大震 : 防止倒塌的层间变形 (1/5~1/1) 粘滞阻尼器 : 阻尼耗能减小地震作用, 减小层间变形位移型阻尼器 : 屈服后刚度和塑性耗能, 减小层间变形黏弹性阻尼器 : 阻尼耗能和刚度阻尼器的选择尚应该考虑阻尼器与主体结构的连接形式支撑? 墙体? 连梁? 需要同时考虑建筑和结构的需求阻尼器的选择还尚应该考虑技术可靠性耐久性? 技术可控性? 可选择性? 阻尼器的选择应考虑性价比

22 消能器的布置消能器的水平布置宜使结构在两个主轴方向的动力特性相近避免结构形成明显的扭转有条件的前提下尽可能分散布置消能器的布置其竖向布置宜使结构沿高度方向刚度均匀有条件的前提下尽可能分散布置不合理布置方案消能器的布置对于主体结构沿高度方向刚度和承载力均匀的情况, 消能减震结构设计时宜使各层以下参数接近位移相关型消能器 : 消能部件等效刚度与结构层间刚度比, 消能部件水平剪力与结构的层间屈服剪力比 ; 黏滞消能器 : 消能部件的最大阻尼力与结构层间屈服剪力比 ; 黏弹性消能器 : 消能部件的刚度与结构的层间刚度比, 消能部件零位移时的阻尼力与结构的层间屈服剪力比消能器的布置以粘滞消能器为例

23 消能器的布置结构设计一般是按照 X Y 两个方向分别进行设计按照上述原则配置消能器后, 可以实现阻尼在结构中比较均匀分布, 可以使 X 方向和 Y 方向的附加阻尼比接近, 从而使得在结构分析中采用统一的阻尼比为提高消能器的减震效率, 消能器宜布置在层间相对位移或相对速度较大的楼层, 同时可采用合理形式增加消能器两端的相对变形或相对速度, 提高消能器的减震效率消能器的布置框架结构以剪切变形为主, 下部变形大于上部变形, 中跨变形大于边跨变形, 故消能器一般布置在框架结构下部中跨位置但有时候为了控制结构的扭转, 也可以将消能器对称布置在结构边跨上 89 9 消能器的布置剪力墙结构以弯曲变形为主, 层间剪切变形很小, 变形主要集中在连梁处, 中部连梁的变形最大, 故消能器布置在结构中部连梁处效率最高框架剪力墙结构结合了框架结构和剪力墙结构的特点, 根据其变形特点, 消能器一般布置在与核心筒相连的框架中或者剪力墙的连梁中框架结构的布置应充分利用剪切变形, 且应布置在可有效传递剪力的位置平面内应避免扭转不规则竖向不宜连续, 避免形成弯曲变形

24 框架结构的布置奇数层布置框架结构的布置偶数层布置框架 - 剪力墙结构的布置典型楼层布置特殊情况的布置加固项目仅在个别楼层布置薄弱层软弱层

特殊情况的布置如果主体结构本身存在相对薄弱的楼层, 则应该在薄弱层多设置阻尼器, 一方面可减轻结构竖向不规则的程度, 另一方面可以更有效的发挥阻尼器的效果具体操作中可以按照以下方法处理 : 采用阵型分解法对结构进行弹性地震响应分析, 得到各个楼层的层间变形模式 ;

1 { } 阻尼器相对速度 { V } 位移型阻尼器 :{ D }=[A D ]{ } 速度型阻尼器 :{ V }=[A D ] 1 { } 按层间位移或层间速度的分布比例布置并设定阻尼器参数 97 98 消能减震结构的设计方法弹性设计阶段消能减震设计弹性设计阶段

25 特殊情况的布置如果主体结构本身存在相对薄弱的楼层, 则应该在薄弱层多设置阻尼器, 一方面可减轻结构竖向不规则的程度, 另一方面可以更有效的发挥阻尼器的效果具体操作中可以按照以下方法处理 : 采用阵型分解法对结构进行弹性地震响应分析, 得到各个楼层的层间变形模式 ; 根据层间变形模式可以近似得到层间相对速度的分布模式 ; 然后按照层间位移或者层间速度的分布比例布置并设定消能器的参数特殊情况的布置超高层结构伸臂桁架环带桁架按振型分解反应谱方法, 用弹性分析得到 : 层间位移模式 { } 阻尼器相对位移 { D } 层间速度模式 1 { } 阻尼器相对速度 { V } 位移型阻尼器 :{ D }=[A D ]{ } 速度型阻尼器 :{ V }=[A D ] 1 { } 按层间位移或层间速度的分布比例布置并设定阻尼器参数消能减震结构的设计方法弹性设计阶段消能减震设计弹性设计阶段弹塑性验算阶段等代线性化方法剪力对比法静力弹塑性分析动力弹塑性时程分析通过振型分解反应谱法计算结构内力考虑附加刚度和附加阻尼的贡献通过设置附加结构构件考虑刚度贡献通过调整结构的阻尼比考虑阻尼的贡献消能减震结构阻尼比 = 原结构阻尼比 + 消能器附加阻尼比

26 消能器的等效附加阻尼造价每平米 1~2 元时, 具有较高的经济性合理的小震下附加阻尼比参考值混凝土框架混凝土框架剪力墙混凝土剪力墙钢框架 5%~15% 1%~3% 小于 1% 大于 1% 偏差较大时, 建议仔细核对附加阻尼比的计算弹塑性验算阶段验算结构是否满足大震不倒的性能目标 ( 层间位移角是否符合要求, 塑性铰的分布是否合理 ) 求解消能器的设计目标位移, 目标速度, 极限出力等 ( 消能器的极限性能 ) 求解罕遇地震下连接部件和子结构的内力 ( 结构中特殊部分的考虑 ) 主体结构设计主体结构设计消能减震结构的主体结构应该满足现行的国家标准建筑抗震设计规范 GB511 楼盖屋面应尽量满足刚性楼板假定, 否则, 在设计过程中应考虑楼盖屋面的弹性变形, 并建立合适的力学模型进行分析, 精确验证消能减震结构的性能主体结构的截面抗震验算应符合下列规定 : (1) 主体结构的截面抗震验算, 应按现行国家标准建筑抗震设计规范 GB511 的规定执行 (2) 地震作用效应计算, 宜按多遇地震作用下消能器的附加阻尼比取值消能减震结构的抗震变形验算应按下列要求进行 : 消能减震结构的层间弹性位移角限值应按现行国家标准建筑抗震设计规范 GB511 取值消能减震结构层间弹塑性位移角限值不应大于现行国家标准建筑抗震设计规范 GB511 规定的限值要求主体结构的构造措施应符合下列要求 : 主体结构的抗震等级应按现行国家标准建筑抗震设计规范 GB511 取值当消能减震结构的抗震性能明显提高时, 主体结构的抗震构造措施要求可适当降低, 降低程度可根据消能减震结构地震影响系数与不设置消能减震结构的地震影响系数之比确定, 最大降低程度应控制在 1 度以内

27 设计思路开始已知阻尼器位置小震时程分析设计案例 1: 剪力对比设计方法 ( 粘滞阻尼器 ) 将 PKPM 模型导入 ETABS SATWE2ETABS 进行模型比较验证其准确性各阶阵型及周期基底剪力 ( 反应谱法 ) 建立带阻尼器的模型并计算大震时程分析阻尼器输出力及行程是否阻尼比达到要求? 通过层剪力的减小率定结构等效阻尼比阻尼器连接部件设计结束工程概况地上三层, 地下两层面尺寸约为 82m 2m, 每跨 8.1m, 地上高度 13.8 米 21 年 8 月设计完成,25 年底竣工原设计中地上 1~3 层为商业用途, 现改造为住宅用途 1. 工程概况该建筑抗震设防烈度为 8 度, 设计基本地震加速度值为.2g, 多遇地震下,.16 max 设计地震分组为第一组, 建筑场地类别为 Ⅲ 类, 特征周期 T g. 45s 结构平面图

28 Y Z X 218/8/3 2. 阻尼器布置及构造 2. 阻尼器布置及构造纵向立面图 ( 半侧 ) 横向立面图平面图阻尼器布置及构造 3.ETABS 模型的建立采用 SETWE2ETABS 软件将 PKPM 模型导入 ETABS; 在地下室部分加 3 倍层刚度的节点弹簧, 并剖分墙单元 SETWE2ETABS

3.ETABS 模型的建立 ETABS 模型与 PKPM 模型周期比 (s) 振型 ETABS 周期 PKPM 周期周期比 1.48.44 1.1 2.36.359 1. 3.277.271 1.2 4.12.16.96 5.88.89.99 6.72.71 1.1 3.

29 3.ETABS 模型的建立 ETABS 模型与 PKPM 模型周期比 (s) 振型 ETABS 周期 PKPM 周期周期比 ETABS 模型的建立 ETABS 模型与 PKPM 模型基底剪力比 (s) 楼层 X 向 Y 向 ETABS PKPM 比值 ETABS PKPM 比值注 : 上述基底剪力由阵型分解反应谱法得到 ETABS 模型的建立 3.ETABS 模型的建立通过附加非线性 LINK(Damper) 单元, 建立消能减震结构模型 Y Z X

年宁河天津波及一条人 5 1 15 2 25 3 35 4 5 1 15 2 Time (s) Time (s) 工波进行时程分析加速度峰值 7Gal 地震影响系数 8 6 4

30 Acce (Gal) 4. 地震动输入 Acce (Gal) -4 采用三条适用于三类场地的地震波 -6 :194-8 El Centro 波 1976 年宁河天津波及一条人 Time (s) Time (s) 工波进行时程分析加速度峰值 7Gal 地震影响系数规范设计反应谱 El Centro.15 天津波人工波地震动输入抗震规范条第 3 款弹性时程分析时, 每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的 65% 多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的 8% 周期 (s) 消能减震效果的评价 1% 等效阻尼比 5. 消能减震效果的评价 1% 等效阻尼比 3 有阻尼器无阻尼器 3 有阻尼器无阻尼器楼层 2 楼层层剪力 (kn) 设置阻尼器前后层剪力比较 (X 向 ) 层间位移设置阻尼器前层间位移角比较 (X 向 )

31 5. 消能减震效果的评价 1% 等效阻尼比 5. 消能减震效果的评价 1% 等效阻尼比 3 有阻尼器无阻尼器楼层输入能量动能 + 势能 1 Force (kn) -5 E (kn*m) 6 4 阻尼器耗能加速度 (m/s 2 ) 设置阻尼器前后楼层加速度比较 (X 向 ) Disp (mm) 2 结构阻尼耗能 t (s) 阻尼器滞回历程及结构能量时程 (X 向 ) 消能减震效果的评价 6. 小结通过配置阻尼器, 减震结构的在多遇地震作用下的层剪力响应均小于原结构层剪力的.78 倍 ; 可以认为阻尼器为原结构提供了 5% 以上的附加阻尼比该结构可以按照 1% 的阻尼比进行常规结构设计地震影响系数周期 (s) 5% 阻尼比 1% 阻尼比 15% 阻尼比 2% 阻尼比当结构等效阻尼比为 1% 时,η 2 =.78; 若层剪力减小到 78% 就认为结构阻尼比提高到 1%

1 结构建模设计案例 2: 剪力对比设计方法 ( 粘滞阻尼器 ) 目的 : 通过时程分析计算结果论证附加阻尼比计算结果计算软件

模对比项目 YJK 模型误差型总质量 (t) 65276.46 65565.97.44% 周期 (s) 底部剪力 (kn) 1 阶 1.

5 42733. 6.76% Y 方向 57715.74 5511. 4.51% 地震波选取 1 条人工波 2 条天然波

32 1 结构建模设计案例 2: 剪力对比设计方法 ( 粘滞阻尼器 ) 目的 : 通过时程分析计算结果论证附加阻尼比计算结果计算软件 :MIDAS/Gen 模型校核 3 地震波选择模型验证 (1) 质量 (2) 周期 (3) 底部剪力 MIDAS 模对比项目 YJK 模型误差型总质量 (t) % 周期 (s) 底部剪力 (kn) 1 阶 % 2 阶 % 3 阶 % X 方向 % Y 方向 % 地震波选取 1 条人工波 2 条天然波 65%~135% 8%~12% 人工波两模型计算结果吻合较好, 表明 MIDAS/Gen 模型正确 127 天然波 1 天然波 2 图 1 地震波选取

4 消能器建模 5 剪力对比阻尼比模型 ( 提高各阶振型的阻尼比 )VS 阻尼器模型阻尼比模型

小结建立两个模型, 即 : 阻尼器模型和阻尼比模型在阻尼器模型中精确建立阻尼器的模型,

33 4 消能器建模 5 剪力对比阻尼比模型 ( 提高各阶振型的阻尼比 )VS 阻尼器模型阻尼比模型 MIDAS 模型中 VFW 的模拟消能器模型剪力对比结果阻尼器模型和阻尼比模型的对比阻尼器模型的各层剪力均不大于阻尼比模型时可以认为阻尼器给结构附加了相应的阻尼比层剪力对比举例 7. 小结建立两个模型, 即 : 阻尼器模型和阻尼比模型在阻尼器模型中精确建立阻尼器的模型, 在阻尼比模型中, 调整各阶振型对应的阻尼比如果阻尼器模型的各层剪力均不大于阻尼比模型时, 可以认为阻尼器给结构附加了相应的阻尼比楼层阻尼器模型阻尼比模型

34 等价线性化方法设计案例 3: 等代线性化方法 ( 位移型阻尼器, 含层间剪切型和连梁型 ) 核心是计算等效附加刚度和附加阻尼比附加阻尼比的计算 ( 速度型 / 位移型 ) 等效刚度的计算 ( 只有位移型考虑 ) 计算等效阻尼比等效黏滞阻尼比规范推荐算法关心阻尼器耗能和结构弹性能计算等效阻尼比结构动力学的经典解答给出的耗能与等效粘滞阻尼比之间的关系如下 :

计算等效阻尼比当激励频率等于结构频率时 : 计算等效阻尼比而阻尼比在外界激励和结构自振频率相等 ( 共振 ) 的时候有最大的效果因此, 规范中考虑 : 1 1 其中, Eso ED Ws Ku Fu 2 2 2 137 138 计算等效阻尼比的规范依据等效阻尼比计算的算例某单层框架,

35 计算等效阻尼比当激励频率等于结构频率时 : 计算等效阻尼比而阻尼比在外界激励和结构自振频率相等 ( 共振 ) 的时候有最大的效果因此, 规范中考虑 : 1 1 其中, Eso ED Ws Ku Fu 计算等效阻尼比的规范依据等效阻尼比计算的算例某单层框架, 设置水平向位移型消能器, 楼层地震力 5kN, 位移 8mm 设置两台摩擦型消能器, 屈服力 25kN, 屈服位移 1.mm, 阻尼器的实际变形 6mm, 二次刚度系数为, 求附加阻尼比思路 : 分别求出阻尼器耗能和结构弹性能即可注意 : 阻尼器的变形和结构弹性变形可能不同

36 等效阻尼比计算的算例先求阻尼器的耗能单台阻尼器耗能 Ed =25kN*(6mm-1mm)*4=5kN*mm 总阻尼器耗能 Ed=5kN*mm*2=1kN*mm 等效阻尼比计算的算例再求结构的弹性能 Ek=.5*5kN*8mm=2kN*mm 等效附加阻尼比 ξ=1kn*mm/4*3.14*2kn*mm= 等效刚度的计算方法等代线性化方法的计算流程将目标位移对应的割线刚度作为附加刚度设计开始计算附加刚度和阻尼比可见 : 等效刚度和等效阻尼都与目标位移相关, 而目标位移的大小也和等效刚度和等效位移相关 143 计算无阻尼器结构的地震响应根据位移和层剪力在合适位置布置阻尼器修改模型, 考虑阻尼器对结构的影响 ( 等效刚度和等效阻尼比 ) 重新计算设置阻尼器结构的地震响应 N 设计结束再次修改模型, 考虑阻尼器对结构的影响 ( 等效刚度和等效阻尼比 ) 再次计算结构响应, 并根据结构响应再次计算附加附加刚度阻尼比迭代直至收敛检验层间位移是否满足设计要求 Y

37 等代线性化方法建立结构模型等代线性化方法建立消能部件等代线性化方法消能器的截面 ( 附加刚度 ) 如何确定? 等代线性化方法消能器的截面如何确定? 知道变形后可以求得消能器的等效刚度让刚度单元的刚度的等于消能器的等效刚度求得等效刚度单元的边长

附加阻尼比刚度 = 原结构刚度 + 附加刚度等代线性化方法的计算流程附加阻尼比附加刚度可由模型计算结果得到

38 等代线性化方法调整后结构阻尼比 ( 附加阻尼比 ) 的输入等代线性化方法调整后结构阻尼比 ( 附加阻尼比 ) 的输入等代线性化方法确定等效刚度和等效阻尼比模型计算前需要输入阻尼比附加刚度阻尼比 = 原结构阻尼比 + 附加阻尼比刚度 = 原结构刚度 + 附加刚度等代线性化方法的计算流程附加阻尼比附加刚度可由模型计算结果得到确定等效刚度和等效阻尼比需要的信息 : 明确了消能器数量力学性能附加阻尼比和附加刚度依据结构的响应 : 位移和地震力

解决方案迭代计算采用层模型来进行消能减震结构设计设计开始计算附加刚度和阻尼比若满足以下条件 :

等效刚度和等效阻尼比 ) N 再次修改模型, 考虑阻尼器对结构的影响 ( 等效刚度和等效阻尼比 ) 再次计算结构响应,

同一层中的阻尼器变形均匀可以用层模型来考虑结构响应以及阻尼器对结构的影响重新计算设置阻尼器结构的地震响应设计结束

39 解决方案迭代计算采用层模型来进行消能减震结构设计设计开始计算附加刚度和阻尼比若满足以下条件 : 计算无阻尼器结构的地震响应根据位移和层剪力在合适位置布置阻尼器修改模型, 考虑阻尼器对结构的影响 ( 等效刚度和等效阻尼比 ) N 再次修改模型, 考虑阻尼器对结构的影响 ( 等效刚度和等效阻尼比 ) 再次计算结构响应, 并根据结构响应再次计算附加附加刚度阻尼比迭代直至收敛以一阶变形为主导平动为主 ( 扭转效应可以忽略 ) 同一层中的阻尼器变形均匀可以用层模型来考虑结构响应以及阻尼器对结构的影响重新计算设置阻尼器结构的地震响应设计结束检验层间位移是否满足设计要求 Y 用于实现迭代过程的程序需要注意的问题 : 消能器实际变形的取值以连梁为例

需要注意的问题 : 消能器实际变形的取值消能器的变形剪切变形不是 1.82-1.53=.

, 阻尼器变形 1. 157 158 消能器的变形剪切变形存在弯曲变形时连梁两侧的 A B 点竖向变形都是 1.

40 需要注意的问题 : 消能器实际变形的取值消能器的变形剪切变形不是 =.29 还要考虑弯曲变形的影响消能器的变形剪切变形没有弯曲变形时 A B 点竖向变形分别是 1. 2., 位移差是 1., 阻尼器变形消能器的变形剪切变形存在弯曲变形时连梁两侧的 A B 点竖向变形都是 1., 位移差是, 但阻尼器还有变形消能器的变形剪切变形目前,YJK 和 PKPM 软件中两点的剪切变形输出有困难, 谨慎取值通常 ETABS/SAP 中 NLINK 单元能够更好给出阻尼器的实际变形

顶点位移最大时刻最大层间位移角历史最大时刻 161 162 基于时程分析的能量法以顶点位移最大时刻为例输出消能器的变形输出结构弹性能计算得到附加阻尼比

41 需要注意的问题 : 消能器实际变形的取值对于连接墙宽度大, 距离柱边距小的情况, 可以近似认为消能器变形等于两点间水平位移差值基于时程分析的能量法基本流程与基于反应谱的能量法相同, 区别仅仅在于利用时程分析来计算结构响应 ( 有什么优点和缺点?) 关键问题对于多自由度体系, 附加阻尼比和附加刚度取哪一时刻? 顶点位移最大时刻最大层间位移角历史最大时刻基于时程分析的能量法以顶点位移最大时刻为例输出消能器的变形输出结构弹性能计算得到附加阻尼比基于时程分析的能量法等效附加阻尼比的定义基于自由振动一个周期三种做法概念都是合理的, 但都不完美要求 : 阻尼器耗能和结构弹性能应取同一时刻

42 动力弹塑性分析罕遇地震作用分析静力弹塑性分析的假设 : 结构的地震反应由某一振型起控制作用静力弹塑性分析结构沿高度的形状向量都保持不变罕遇地震作用分析动力弹塑性分析基底剪力和顶点位移的关系基于 ABAQUS 的动力弹塑性分析

43 动力弹塑性分析动力弹塑性分析采用 ABAQUS 通用有限元软件结合清华大学开发的 PQFiber 建立减震分析的三维有限元模型应力 (MPa) 应变 PQFiber 中混凝土材料本构 ABAQUS 自带混凝土累计损伤模型简介 : 发展了一套基于 ABAQUS 的弹塑性时程分析的工具, 主要包括 :PKPM/ETABAS/ABAQUS 的模型转换程序,PQFiber 材料本构库等可以用于大型复杂结构的弹塑性时程分析, 具有建模快, 计算精度高的优点 169 PKPM/ETABS/ABAQUS 系列转换程序 17 动力弹塑性分析顶点位移 (m) time/s z Y x 35 max=1/ 楼层有限屈服有限屈服屈服有限屈服年 217 年高层混凝土结构弹塑性时程分析大跨结构弹塑性时程分析

44 关心的问题 : 弹塑性层间位移角塑性铰分布状态消能器的性能需求子框架内力计算罕遇地震作用分析消能器的性能需求在设计目标位移下, 往复 3 周在设计目标速度下, 往复 3 周设计目标位移定义设计目标速度定义设计说明中应给出具体数值, 如 : 在 3mm 幅值下, 往复 3 周罕遇地震作用分析基于 PKPM 的静力弹塑性分析 : 指定计算工况开始计算找到性能点找到最大变形罕遇地震作用分析基于 Etabs 的动力弹塑性分析 : 输入配筋信息布置塑性铰设置非线性工况开始计算结果提取数据处理

子框架的设计要求应考虑罕遇地震作用效应和其他荷载作用标准值的效应, 其值应小于构件极限承载力进入塑性失效子框架的设计要求进入塑性失效规范本意校核极限强度即可实际审图按不屈计算建议回归规范本意 177 178 子框架的设计要求

45 子框架的设计要求应考虑罕遇地震作用效应和其他荷载作用标准值的效应, 其值应小于构件极限承载力进入塑性失效子框架的设计要求进入塑性失效规范本意校核极限强度即可实际审图按不屈计算建议回归规范本意子框架的设计要求子框架宜作为重要构件, 性能指标高于一般构件, 但不必要求大震不屈等指标屈服由位移控制, 加强了纵筋依然屈服建议加强构造措施, 尤其是加强箍筋子框架的设计要求设计建议 : 可以出铰, 但要保证消能器有效耗能加强箍筋, 保证延性

46 目前设计中存在的问题设计说明部分注明消能器的性能参数和数量位移型消能器应包括屈服荷载屈服位移屈服后刚度极限荷载极限位移及设计位移滞回性能的要求速度型 ( 非粘弹性 ) 消能器应包括极限位移最大阻尼力极限速度阻尼系数阻尼指数以及设计速度滞回性能的要求黏弹性消能器应包括极限应变最大阻尼力表观剪切模量损耗因子以及设计位移滞回性能的要求目前设计中存在的问题结构平面图清晰地表达消能器的布置位置宜专门图幅表达消能减震设计目前设计中存在的问题立面图目前设计中存在的问题不规范的表达

目前设计中存在的问题借用已有的图幅, 表达不清晰平面位置模糊, 无法确定消能构件和建筑轴线关系目前设计中存在的问题进行罕遇地震作用验算, 提出消能器的性能要求明确设计目标位移金属消能器及的滞回性能和屈服位移相关, 屈服位移过小, 难以达到在设计目标位移下往复 3 圈的要求不应追求减震效果, 将金属屈服消能器的屈服位移设计过小 1 5 力 /kn -5 185-1

47 目前设计中存在的问题借用已有的图幅, 表达不清晰平面位置模糊, 无法确定消能构件和建筑轴线关系目前设计中存在的问题进行罕遇地震作用验算, 提出消能器的性能要求明确设计目标位移金属消能器及的滞回性能和屈服位移相关, 屈服位移过小, 难以达到在设计目标位移下往复 3 圈的要求不应追求减震效果, 将金属屈服消能器的屈服位移设计过小 1 5 力 /kn 位移 /mm 186 目前设计中存在的问题 BRB 吨位过大超过 2 吨节点及连接件的设计梁柱节点域的设计主体结构先于 BRB 破坏报告内容一消能减震的基本原理二消能器的分类构造与力学模型三消能减震产品的技术要求和检测四消能减震结构设计与案例分析五消能器的连接设计与案例分析六减震工程施工维护与案例分析

48 常见的连接方式 BRB 常见的连接方式粘滞阻尼器常见的连接方式粘滞阻尼器常见的连接方式粘滞阻尼器

49 常见的连接方式粘滞阻尼墙常见的连接方式粘弹性消能器常见的连接方式金属剪切消能器常见的连接方式金属剪切消能器

2 倍连接件设计预埋件计算连接板计算强度刚度稳定性验算构造要求锚筋锚固长度支撑长细比宽厚比剪力墙支墩的配筋 197

50 消能器的连接设计按钢结构设计规范 GB517 的要求, 进行螺栓焊缝的设计和计算与消能器相连的预埋件支撑和支墩剪力墙及节点板的作用力应为消能器在设计位移或设计速度下对应阻尼力的 1.2 倍连接件设计预埋件计算连接板计算强度刚度稳定性验算构造要求锚筋锚固长度支撑长细比宽厚比剪力墙支墩的配筋目前节点设计中存在的问题设计院应进行节点设计应特别重视埋件设计 ( 红色线框部分 ) 由于端部尺寸不确定, 消能器的连接可由厂家深化 ( 蓝色线框部分 ), 但必须经过设计院确认复杂节点深化设计空间结构铸钢节点

51 复杂节点深化设计超大吨位型钢节点复杂节点深化设计三维碰撞分析预埋件设计加固结构按混凝土结构后锚固技术规程规定进行设计和计算锚栓间距边距的要求消能器出力不宜过大目前节点设计中存在的问题设计院不做节点设计的后果 : 总包招标, 往往包含节点部分厂家进行节点设计, 带节点方案投标为了低价中标, 削减节点成本中标的节点方案不合格

52 目前节点设计中存在的问题目前节点设计中存在的问题控制节点设计质量的几点建议审图中着重检查预埋件设计检查节点计算书出力过大的消能器节点宜专门论证某加固工程超大吨位型钢节点节点深化设计报告内容一消能减震的基本原理二消能器的分类构造与力学模型三消能减震产品的技术要求和检测四消能减震结构设计与案例分析五消能器的连接设计与案例分析六减震工程施工维护与案例分析

53 减震工程施工与验收施工质量控制建筑消能减震技术规程钢结构工程施工质量验收规范混凝土结构工程施工质量验收规范减震工程施工与验收建筑消能减震技术规程的规定消能部件的钢材进行复检, 见证取样高强度螺栓预拉力和扭矩系数进行复检, 见证取样摩擦面抗滑移系数进行复检, 见证取样焊缝质量应检查焊缝尺寸内部缺陷外观缺陷一二级焊缝处随机抽检 3%, 且不少于 3 处 ; 检验采用超声波或射线探伤机量规观察高强度螺栓施工质量应检查终拧扭矩梅花头按节点数随机抽检 3%, 且不少于 3 个节点消能部件面外垂直度检查, 随机抽取 3 个部位的消能部件减震工程施工与验收钢结构工程施工质量验收规范的规定钢材焊接材料连接用紧固件原材焊接工程紧固件连接零件及钢部件减震工程施工与验收混凝土结构工程施工质量验收规范的规定钢筋原材钢筋的加工连接及安装模板的安装验收混凝土原材混凝土施工

54 减震工程施工与验收尚无专门针对减震工程的施工与验收规范主要参考建筑消能减震技术规程钢结构工程施工质量验收规范混凝土结构工程施工质量验收规范这三本规范保证阻尼器连接部件的施工质量阻尼器的质量主要依赖实验室检测结果进行控制, 因此检测报告的真实性和有效性非常重要消能器的施工与维护维护日常维护和震后检修外观损伤和锈蚀螺栓松动焊缝检查消能器的施工与维护限制消能器正常工作的障碍物谢谢大家!

幻灯片 1

幻灯片 1 减隔震设计关键点剖析及工程实战中国建筑科学研究院建研数力公司 2017 年 8 月目录一减隔震结构原理及模拟方法二减隔震结构设计关键点三减隔震结构大震弹塑性分析工程案例一减隔震结构原理及模拟方法 1. 消能减震结构消能减震原理位移型阻尼器 : 提供刚度和阻尼速度型阻尼器 : 仅提供阻尼消能减震原理 1. 消能减震结构导入 SATWE 模型及参数 SATWE 模型 SAUSAGE