耗能减震加固方法的

耗能减震加固技术与

方法的研究一、地震中结构的损伤与破坏二、传统的的结构抗震震加固方法法2.1传统的加固固方法加大截面粘贴钢板增设支撑体体系增设剪力墙墙碳纤维材料料加固外套框架加加层加固传统加固方方法的原理理：通过提高结结构自身的的强度和刚刚度，利用用结构自身身储存和消消耗地震能能量（即利利用结构构构件屈服后后的延性耗耗散能量））以达到加加固目标。。2.2传统加固方方法的原理理与缺点传统加固方方法存在的的问题：传统加固方方法加固的的结构不具具备自我调调节能力，，而且由于于地震的不不可预见性性及结构反反应的复杂杂性，其抗抗震加固未未必有效。。采用传统的的加固方法法还存在造造价高、施施工时间长长、适用范范围窄、对对用户造成成的影响大大等缺点。。三、耗能减减震加固的的概念与原原理3.1耗能减震加加固的概念念耗能减震加加固方法是是通过在结结构物某些部位增增设耗能（（阻尼）减减震器或耗耗能组件，，以达到抗抗震加固目目标的新方方法。耗能装置在在结构加固固改造中的的安装示意意图耗能装置加加固底层柔柔弱结构示示意图3.2耗能减震加加固的原理理从能量平衡衡的角度解解释耗能减减震加固的的原理：传统加固结结构：耗能减震加加固结构：：一般来说，，结构损伤伤与结构的的最大变形形和滞回耗能能（或累积积塑性变形形）成成正比，，可用式表表达，由由于耗能减减震加固结结构的最大大变形和和滞滞回耗能比比传统加加固结构的的最大变形形和和滞回耗耗能大大大减减小，因此此，采用耗耗能减震加加固方法比比较合理有有效。3.3耗能减震加加固的优点点：耗能减震加加固方法较较传统的加加固方法有有诸多的优优越性：加加固机理明明确、加固固效果显著著、方便简简单、造价价低、应用用范围广、、而且不改改变原有建建筑的风貌貌等。四、耗能减减震加固结结构的分析析与设计方方法4.1耗能减震加加固的设计计步骤设计地震性能目标对已有结构构计算分析析是否满足结结构的性能要求求完成否是决定要求的的阻尼比选择合适的的阻尼器位位置设计阻尼器器估计结构的的阻尼比计算耗能减减震结构的的地震响应应4.2耗能减震加加固的目标标确定耗能减震结结构可按以以下两个设设防目标进进行设计：：设防准则I：“小震不坏，，中震可修修，大震不不倒”；设防准则II：“中震不坏坏，大震可可修”Vision2000将基于功能能的抗震加加固设计功能目标标可分为四四个等级：：无损伤正常常使用状态态、有损伤伤可修复状状态、保障障生命安全全状态和倒塌控制状状态。除了这一一般的基本本目标外，，业主和使使用者可以以根据自身身的经济情情况和特殊殊的使用要要求提出各各自的功能能要求。4.3耗能减震装装置的选择择与设计原原则4.3.1耗能减震装装置的选择择1）从耗能装装置的力学学特征角度度选择耗能能器目前，国内内外学者研研究开发了了许多不同同种类和形形式的耗能能器：速度相关型型耗能器粘弹性阻尼尼器粘滞阻尼器器位移相关型耗能能器摩擦耗能器钢弹塑性耗能器器铅挤压阻尼器从耗能器的力学学特征出发，对对侧移要求严格格的结构加固，，选择粘弹性和和粘滞性阻尼器器更合适；如果加固结构增增加阻尼的同时时也需要增加侧侧向刚度，可以以选择金属耗能能器、摩擦耗能能器或粘弹性阻阻尼器；如果加固结构不不期望增加刚度度，粘滞性阻尼尼器是最好的选选择；如果加固结构所所处环境的温度度变化较大，可可以选择金属耗耗能器和摩擦耗耗能器。2）周围环境对耗耗能器性能的影影响耗能器的性能受受环境条件影响响较大，为了尽尽可能的限定在在使用期内耗能能器的反应特征征，工程师必须须考虑下列环境境影响系数：1）由于风、温度度或其它反复荷荷载产生的高频频率、小位移的的运动引起耗能能器性能的退化化；2）耗能器由于重重力荷载产生的的力或位移；3）腐蚀或磨损；；4）老化、湿度或或化学辐射；5）紫外线辐射。。3）考虑经济因素素随着经济的发展展和耗能减震技技术的进步，耗耗能器的价格、、安装及施工费费用也在不断发发生变化。但目目前来说，钢屈屈服耗能器和摩摩擦耗能器费用用较低；粘弹性性阻尼器和粘滞滞阻尼器成本较较高。4.3.2耗能装置的设置置原则耗能装置应根据据旱遇地震作用用下的预期结构位移控制制要求设置。耗耗能减震结构中中的耗能装置应应沿结构的两个个主轴方向分别别设置，耗能装装置宜设置在层层间变形较大的的位置，其数量量和分布应通过过综合分析合理理确定。4.3.3耗能减震器数量量的估计耗能减震加固结结构的概念设计计阶段，耗能器器数量的估计是是很重要的方面面。在初步确定定耗能器附加给给结构的阻尼比比，并选定合适适的耗能器后，，可采用能量法法估计结构中需需多少耗能器方方可达到预期的的加固目标。4.3.4耗能部件的布置置原则合理的选择耗能能器的安放位置置，使得结构在在满足变形要求求的条件下使用用耗能器的数量量尽可能减小，，或一定数量的的耗能器耗散的的能量最多，从从而达到经济的的目的。增设到到结构中的耗能能部件宜遵循一一定的布置原则则：1）尽量缩小质量量中心和刚度中中心的差异对于规则结构，，耗能部件应在在基本满足业主主空间使用需求求的基础上，沿沿结构的两个主主轴方向分别设设置或仅在一个个主轴方向布置置，图11为耗能部件的几几种设置方式，，耗能部件的平平面布置应规则则、对称，尽量量缩小质量中心心和刚度中心的的差异；对于有有偏心的结构，，尚尽量在远离离刚心的一端布布置耗能器，以以减小结构扭转转效应的发生。。2）以层间位移为为指标布置采用耗能器进行行结构抗震加固固的目的主要是是控制结构的层层间位移。减震震结构的计算分分析结果表明，，增设耗能器后后结构位移变化化的规律比速度度、加速度变化化的规律更强，，因此，耗能部部件的竖向布置置以层间位移为为控制指标更合合理恰当，宜遵遵守以下几条原原则：a）增设耗能部件件后对其所在层层的层间位移降降低最大，故耗耗能部件应增设设在层间位移较大的的楼层；b）增设耗能部件件后，对上部邻邻近层的位移控控制效果要比对对下部邻近层的的位移控制效果果好，因此，当当层间位移基本本相等时，耗能能部件宜增设在在较低层；c）在某些情况下下，增设耗能部部件结构的部分分层层间位移比比相应原结构的的层间位移大，，故耗能部件在在竖向上宜每层都设置，尽量做到加固固后各楼层的屈屈服强度系数大大致相等，防止止某一层产生较较大的层间侧移移，出现塑性变变形集中效应。。4.3.5耗能部件的连接接与构造耗能部件的连接接和构造，包括括以下三种情况况：（1）耗能器与支撑撑构件的连接和和构造；（2）耗能器同时和和支撑构件及主主体结构连接；；（3）支撑构件与主主体结构的连接接和构造。由于拟加固结构构的最初设计未未考虑使用耗能能器，在原有框框架梁里并未预预埋联结钢板，，增设耗能部件件与主体结构的的连接会比较复复杂，连接的形形式和构造因耗耗能器的类型及及支撑构件和主主体结构的材料料不同而不同，，一般可采用螺螺栓连接或刚性性连接。耗能器与斜支撑撑、填充墙、梁梁或节点的连接接,应符合钢构件连连接或钢与钢筋筋混凝土构件连连接的构造要求求，并能承担耗耗能器施加给连连接节点的最大大作用力，防止止节点先于耗能能器破坏；耗能能器及其连接构构件应具有耐久久性能和较好的的易维护性。4.4耗能减震加固结结构的分析与设设计方法许多国家已经制制定或正在制定定耗能减震结构构的加固设计指指南或设计规范范，我国规范规规定常用的设计计方法有底部剪剪力法、振型分分解反应谱法、、时程分析法，，规（GB50011-2001）首次引入了以以推覆（pushover）方法为代表的的非线性静力分分析方法(NonlinearStaticProcedure，简称NSP)。国外学者对基于于功能的抗震设设计方法进行了了大量的分析研研究，并已进入入新一代的抗震震加固设计标准准，用以指导工工程抗震加固设设计。该方法既既能把握结构构构件和耗能元件件的非线性性能能，又较为简便便实用，不失为为一种有效的评评价结构性能的的手段，成为目目前抗震加固设设计研究的热点点。基于功能的抗震震加固方法，是根据建筑重重要性的不同，，将建筑结构的的抗震需求划分分为不同的抗震震水平，通过结结构的功能目标标来量化各个抗抗震水平，根据据不同量化指标标进行结构加固固设计，以使建建筑在地震中达达到预期的抗震震效果。基于能量的抗震震加固设计方法法亦日益受到重视。地震震对结构作用的的实质是一种能能量传递、转化化、存储和耗能能的过程，能量量分析方法是从从地震能量输入入与结构或构件件能量耗散间的的相互关系进行行分析设计，其其最大优点是可可以考虑结构在在地震作用下的的累积损伤，而而且可以包含地地震持时对结构构地震效应的影影响。五、耗能减震加加固技术的工程程应用目前，许多不同同构造、不同种种类的耗能器已已被应用于实际际加固工程中。。摩擦型阻尼器在加固工程中的的应用Pall型摩擦阻尼器应应用于加拿大的EcolePolyvalente教学楼的抗震加固中,该建筑为三层预预制装配结构，建于于1967年，由于抗侧力不足且延性性较差，在1988年Quebec（魁北克）地震震中遭到破坏，共使用64个摩擦耗能支撑撑进行加固，节省省加固费40%、施工时间60%。摩擦阻尼器在加加固工程中的应应用摩擦型阻尼器在在加固工程中的的应用联邦电子科研大大楼位于加拿大首都都渥太华，它建建于1993年，在2003年的时候加多了一层。这这是一幢3层的混凝土框架架结构的建筑，，带有一个地下下室。它里面都是一些灵敏敏度很高的装置置和贵重的设备备，保证那些装装置科学数据的的安全和在大震中这一建建筑能持续地工工作是十分重要要的，所以对这这一建筑进行加加固。摩擦型阻尼器在在加固工程中的的应用加拿大的Montreal市的NouverEuropa民用建筑由两幢幢10层的钢筋混凝土土框架建筑所组成，还还带两层的地下下室，两部分之之间用走廊相连连。为了满足顾顾客对更高的居住条件的的需要从而对这这幢建筑进行改改造，加固中一一共安装了60个Pall摩擦阻尼器。波音公司的飞机机制造车间，，建于1968—1991年间。车间为钢结构，高高有37m，净跨350m，整个建筑物覆覆盖面积达98英亩，为对这这些车间进行抗震升升级，使用Pall阻尼器，整个个的加固工程费用为6500万美元，跟传统方法相比比，节约了3000万美元。摩擦型阻尼器在在加固工程中的的应用马京大楼位于美美国加利福尼亚亚州奥克兰市，，建于1930年。该大楼为全全钢结构,地上4层,地下1层,屋面标高22.4ｍ，原结构设计计没有考虑抗震要求，，根据美国现行行建筑规范需进行结构抗震加加固。采用了钢钢-混凝土组合抗侧力结构进行行加固，且在钢钢斜撑的三个连连接节点处采用了了摩擦阻尼节点点。摩擦阻尼节节点采用铜垫板以以确保固定摩擦擦系数0.3。摩擦型阻尼器在在加固工程中的的应用金属屈服减震器器阻尼器在加固工程中的的应用附加阻尼刚度(ADAS)装置已被应用于于墨西哥城一幢办办公楼的抗震加加固中。该建筑为10层钢框架结构，，建于50年代，后来又增加了3层，在1985年墨西哥大地震中，由于塑塑性变形和扭转转变形过大而导致破坏后，，除去增加的3层并采用装有ADAS装置的人字形和和X形钢支撑进行加固。金属屈服减震器器阻尼器在加固固工程中的应用用金属屈服减震器器阻尼器在加固固工程中的应用用西安长乐苑招商商局广场4号楼为商务和住住宅用楼，结构构体系为现浇部部分框支剪力墙墙结构。根据结构抗震鉴鉴定报告说明，，该结构的抗抗震能力不足，，要对其进行加加固。最终采用用具有强大消能作用用的开孔式软钢钢阻尼器来进行行本建筑抗震加加固工程，pushover结果分析显示加装开孔式式软钢阻尼器（（HADAS）后，有效提升升了楼的抗震能能力。金属屈服减震器器阻尼器在加固固工程中的应用用台湾Ｓhe-Hwa银行，这是一幢幢47层的高层建筑，，1999年在施工期间遭遇了Chi-Chi大地震，但但建筑物并没有有受到破坏，但但由于设计规范的改变变（地震加速度度从0.23g变为0.33g），为了提高其其抗震能力，使使用了弯曲约束束支撑（BRB），从而达到了了预期的目的。。金属屈服减震器器阻尼器在加固固工程中的应用用阻尼器在台湾的的应用还有以下下的一些例子屈服约束支撑在在台北国家大楼楼中的应用金属屈服减震器器阻尼器在加固固工程中的应用用三角金属软钢板板阻尼器在台北北商业街中的应应用日本某事务所为为钢筋混凝土框框架结构，地上10层，地下1层，建筑面积1600平方米，建于昭昭和52年，采用钢弹塑塑性耗能器进行行抗震加固。金属屈服减震器器阻尼器在加固固工程中的应用用日本名古屋市某某事物所为钢筋筋混凝土框架结构，建筑面积积957平方米，地上9层，地下2层，高37.1米，建于1972年，地震破坏后，于1999年横向采用极低低屈服点钢，纵向采用用耐震壁进行抗抗震加固。金属屈服减震器器阻尼器在加固固工程中的应用用粘滞耗能阻尼器器在加固工程中的的应用粘滞耗能阻尼器器在加固工程中中的应用北京展览馆建于于1953年，建筑面积近近5万平方米，其原原设计未考虑抗抗震设防。鉴定原结构不满满足北京地区8度抗震要求，应应进行全面抗震震加固。共用用116个粘滞阻尼器、、和消能支撑，，从而达到抗抗震要求。粘滞耗能阻尼器器在加固工程中中的应用韩国Chun-su桥位于Seo-Hal高速公路上，全全长为766m，于2001年竣工。为了使底部结构构在地震加速度度峰值为0.154g时不至于破坏，，决定对桥进进行加固，轴方向增加粘滞滞阻尼系统。。结果纵向的运运动比容许的值值要低，并因此此使得结构的频率比加固前前要低。粘滞耗能阻尼器器在加固工程中中的应用同样的还有E－po桥，位于韩国国西北部的Ｋyung－Gy省，该桥于1992开始通车，总长长为797m。粘滞耗能器在加固工程中的的应用粘弹性耗能器在在加固工程中的的应用潮汕星河大厦位位于汕头市金环环路东侧，是一一座综合性高层层建筑。总建筑筑面积27976.8平方米，地下1层，地上总高度度98.70m。潮汕星河大厦由由于原设计为二十二层，施施工至十二层时时，业主提出增增加三层，结构构变为二十五层层。采用由广州大学学周云教授研制制的复合型铅粘粘弹性阻尼器，，达到预期的的目的。粘弹性耗能器在在加固工程中的的应用北京饭店为钢筋筋混凝土框架结结构，建于50年代，总建筑筑面积为19340平方米，结构高37m，总共8层，局部9层。北京地区的的地震基本烈度度为8度，原结构未考虑抗震，在在1976年的唐山地震中中有所损坏，震震后结构第7层进行了加固处理。消能器采采用了法国JARRET公司生产的粘滞滞一弹簧阻尼器器。加固结构构在小震作用下，，层间位移减小小幅度达50%~60%左右，达到要要求。粘弹性耗能器在在加固工程中的的应用北京京西宾馆西西楼是一幢形体体呈“山”字形形的现浇钢筋混混凝土框架剪力力墙结构，建于六十年代