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引言 剪力墻結構是建筑結構中一種重要的結構體系，是目前國內(nèi)在高層住宅建筑中應用最為廣泛的結構形式。連梁作為該結構體系中的耗能構件，起到連接墻肢、傳遞荷載、保持整體抗傾覆能力的作用。結構分析和震害情況表明，地震作用下連梁承受剪力較大，產(chǎn)生較嚴重的損傷甚至破壞，同時也會導致剪力墻發(fā)生不同程度損傷，甚至喪失水平承載力。為了實現(xiàn)剪力墻結構體系震后快速恢復功能，可更換的消能連梁在剪力墻結構中應用越來越廣泛，消能連梁作為耗能構件部分替代連梁，以此來減輕連梁非耗能部分及剪力墻在強震中的損傷。本文主要介紹連梁阻尼器在高層剪力墻結構中的應用。 1、連梁阻尼器產(chǎn)品及參數(shù) 連梁阻尼器一般用于替代傳統(tǒng)混凝土連梁，利用兩側墻肢之間的豎向相對變形使阻尼器進入屈服耗能，從而減小結構地震響應，提高結構整體抗震性能。連梁阻尼器通常采用金屬屈服阻尼器或者摩擦型阻尼器。金屬屈服阻尼器是將軟鋼作為剪切板，利用其屈服強度低、延性好等優(yōu)點。與主體結構相比，金屬屈服阻尼器更早的進入屈服從而耗散地震等外部輸入結構中的能量，而且抗震（振）性能不受溫度等因素影響，同時金屬屈服阻尼器可根據(jù)需求設計成彎曲屈服型、剪切屈服型和彎剪復合屈服型，如下圖1 (a)、(b)。摩擦型阻尼器一般由上下壓板、高分子復合型材料、摩擦鋼板以及緊固螺栓構成的一種結構簡單，耗能能力強的減震裝置，可以利用高分子復合型摩擦材料與摩擦鋼板的相互摩擦，使摩擦力轉化成熱能的方式將地震能量耗散出去的一種阻尼器，如圖1(c)（產(chǎn)品圖片來源震安科技官網(wǎng)）。   （a）彎曲型金屬阻尼器 （b）剪切型金屬阻尼器  （c）摩擦型阻尼器 圖1. 連梁阻尼器 本文案例采用剪切屈服型金屬阻尼器，即依靠鋼板平面內(nèi)剪切變形耗能，鋼材采用低屈服點鋼，阻尼器滯回曲線如下圖2所示，其本構關系為雙折線模型，圖中xy為阻尼器的屈服位移；xm為阻尼器的極限位移；k阻尼器的屈服前剛度；αｓ為阻尼器的屈服后剛度比；fy為阻尼器的屈服力；fm為阻尼器的極限承載力，技術參數(shù)見表1。  圖2 金屬連梁阻尼器簡化滯回模型 表1 金屬連梁阻尼器技術參數(shù)  2、工程概況 2.1 結構基本情況 本工程為高層剪力墻結構，結構平面尺寸13.7x45.0m，建筑地上19層，結構高度70.10m，本工程抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度0.2g，設計分組為第二組。SAUSG-Zeta中可以輕松布置連梁阻尼器，首先定義相應的金屬屈服阻尼器，然后定義連梁式阻尼器減震組，如圖3所示，最后在模型中點擊定義即可。該剪力墻結構計算模型如圖4（a），樓板與連梁阻尼器的相對位置關系如圖4（b），在SAUSG中布置連梁阻尼器，軟件會自動在連梁和樓板間設縫，以此來保證連梁阻尼器耗能更加充分。該結構外圍短肢剪力墻較多且相應位置受力較大，因此在結構四周布置的連梁阻尼器較多，連梁阻尼器布置在3~16層相應位置，標準層結構平面布置圖如圖5。   圖3 連梁阻尼器定義   (a)結構模型 (b)連梁阻尼器局部布置圖 圖4 原結構改造內(nèi)容示意  圖5 標準層結構平面圖 2.2 地震波選取 該結構計算分析采用兩條天然波Chi-Chi,Taiwan-05_NO2951波、TH057TG040_EL MAYOR-CUCAPAH4-42010波和一條人工波RH3TG040波。本算例采用雙向地震動輸入（兩個方向峰值加速度X向：Y向=1:0.85）。下圖6為選取主方向地震動譜與規(guī)范譜的對比，符合《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010選波規(guī)定。  圖6 地震波與規(guī)范反應譜曲線對比 3、罕遇地震彈塑性分析結果 3.1 樓層數(shù)據(jù)結果 下圖7、8分別為剪力墻結構有控模型和無控模型層間位移角與樓層剪力對比圖（有控模型即布置連梁阻尼器后的模型）。為了更加清晰的對比有控和無控模型結果，樓層數(shù)據(jù)及后文其他數(shù)據(jù)只對比人工波RH3TG040的結果。從結果中可以看出布置連梁阻尼器后，結構層間位移角和樓層剪力較敏感，都有一定程度的降低，尤其是布置連梁阻尼器的3~16層變化相對較大，其有控模型兩個方向的層間位移角相對于無控模型最大降低分別為X向18.8%，Y向15.9%；有控模型兩個方向的樓層剪力相對于無控模型最大減小分別為X向24.7%，Y向16.1%。 圖7 無控模型和有控模型層間位移角對比
圖8 無控模型和有控模型樓層剪力對比 3.2 能量耗散結果 圖9 無控模型能量圖 圖10 有控模型能量圖 (a) X向阻尼器典型滯回曲線 (b) Y向阻尼器典型滯回曲線 圖11 罕遇地震作用下連梁阻尼器的典型滯回曲線 圖9、圖10為罕遇地震作用下無控模型和有控模型剪力墻結構的能量曲線，從無控模型可以看出結構彈塑性提供的附加阻尼比較大，在4.5%左右，說明罕遇地震下結構構件損傷比較嚴重，因此消耗的地震能量較大，對結構構件性能是不利的。從有控模型能量曲線圖可知連梁阻尼器提供大概1.2%的附加阻尼比，相對偏小。由圖11可知罕遇地震作用下連梁阻尼器的滯回曲線相對比較飽滿，在地震耗能和減輕連梁非耗能段及剪力墻墻肢損傷方面貢獻較大。 3.3 構件性能評價 (a)無控模型性能水平 (b)有控模型性能水平 圖12無控模型和有控模型構件性能水平 上圖12為無控模型和有控模型構件性能水平圖，無控模型中大部分連梁出現(xiàn)了嚴重的破壞，根據(jù)性能目標可知，連梁屬于耗能構件，是允許出現(xiàn)嚴重損壞的，但是從圖中可以看到較多的短肢剪力墻也出現(xiàn)了嚴重損壞，這種情況不能保證罕遇地震作用下剪力墻的結構安全。從有控模型性能水平圖可知，設置阻尼器未替代部分的連梁和相連短肢剪力墻的性能水平基本在輕度損傷以下，說明連梁阻尼器在罕遇地震下剪切耗能發(fā)揮了重要作用，而沒有布置阻尼器的連梁則出現(xiàn)了嚴重損壞，這也是符合結構的抗震性能目標的，其因損傷從而耗散一部分地震能量，保證了剪力墻的性能水平。 4、小結 1、剪力墻結構設置連梁阻尼器后，有效降低了結構層間位移角、樓層剪力等指標，使結構具有較好的抗震性能； 2、在剪力墻受力較大部位設置連梁阻尼器，地震作用下不但可以成為結構可靠的耗能構件，減小地震響應，防止連梁的剪切破壞，同時還可以有效減少混凝土剪力墻構件的損傷，為實現(xiàn)剪力墻結構體系震后快速恢復功能提供保障。 供稿丨劉建成 審稿丨侯曉武、劉孝國 編輯丨王蕊 責編丨張躍飛 |
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