抗震耗能器在工程中的应用

1 工程概况

唐山市唐诗里项目小学地上4层，占地面积2150.66 m2，总建筑面积8 968.17m2，框架结构，抗震设防烈度为9度，抗震耗能器质量37 t；中学地上4层，占地面积2 285.09m2，总建筑面积 9 734.92m2，框架结构，抗震设防烈度为9度。

2 技术特点与难点分析

1）抗震耗能器型号多，尺寸及焊接钢筋及锚栓数量不一。

2）尺寸精度要求高，从锚板和埋板的预埋到安装完毕，各工序均对角度及尺寸的要求较高，只有满足各项尺寸要求，才能最大限度发挥抗震效能。

3）单构件较重且由于在楼层中，无法使用大型吊装设备，安装难度大，安装过程中安全隐患较多。

4）抗震耗能器斜向支撑与机电管线冲突部位难处理，需要机电和土建施工方积极配合施工，用磁力钻在支撑厚度方向中点位置开孔。

5）抗震耗能器部位砌体施工难度大，如何保证砌体质量成为施工关键点。

3 抗震耗能器作用原理

抗震耗能器是一种阻尼器，采用特殊的阻尼材料制作的被动减震装置，通过与主体结构相连，利用阻尼特性耗散结构构件在地震作用下的能量，减轻结构的变形和损伤。

3.1 支撑型抗震耗能器

一种仿屈服支撑，简称BRB，通过约束轴压构件的侧向变形使得耗能器在受压情况下不会发生整体屈服，仅芯材达到屈服状态，通过芯材的往复拉压变形耗散地震能量。发生变形时，BRB变形与受力关系见图1。

图1 BRB变形与受力关系

BRB屈服位移为长度的0.000 6～0.000 8，最大变形为55mm。在设计位移幅值下，经过30圈往复试验验证，主要力学参数下降不超过10%，在1.2倍的大震位移下抗震耗能器的主要力学参数下降不超过15%，滞回曲线饱满，疲劳性能能满足规范要求。

3.2 剪切型抗震耗能器

一种软钢阻尼器，简称M D，采用专用软钢作为芯材，利用软钢作为能量吸收材料，通过金属剪切板在平面内产生的弹塑性变形来耗散振动输入能量，使用加劲钢板与防屈曲装置组合使用，达到结构减震的目的，可以在小震下耗能，较早进入塑性状态消耗地震能量，减小地震力，保护主体结构，在同样的地震安全度下，可以减少工程量，进而缩短工期。剪切型耗能器通过设置加劲或约束机构保证其发生全截面屈服，得到稳定的滞回曲线，根据约束机构的不同，分为支撑式剪切型抗震耗能器和墙式剪切型抗震耗能器，见图3和图4。

图3 支撑式剪切型抗震耗能器设计立面

图4 墙式剪切型抗震耗能器设计立面

M D屈服位移为0.5～2 mm，最大变形可以达到屈服位移的45倍且能经受往复循环3圈以上。在30倍的屈服位移下，经过30圈往复试验验证，主要力学参数下降不超过10%，滞回曲线饱满，疲劳性能能满足规范要求。

4 施工工艺流程

4.1 支撑式剪切型抗震耗能器

1）加工锚板。先用大于锚筋直径4mm的钻头钻孔，再用大钻头进行扩孔。扩孔应成45°坡口；焊缝为耳机焊缝，探伤合格后方可预埋。

2）预埋锚件和埋板，再加工节点板。锚板安装位置偏差≤10mm，锚板间垂直及水平距离偏差为±3mm。

3）安装节点板，使用倒链安装支撑，保证构件两个吊耳起吊，调整位置控制精度。调整节点板间的垂直度＜0.5°；锚板、节点中心线与柱型钢中心线位置偏差≤5mm；B R B构件长度偏差0～5mm。

4）安装支撑加劲板，根据支撑调整位置，先焊上端节点、再焊下端节点。节点板和B R B连接处采用对接熔透焊缝。焊接完成后补涂环氧富锌漆。BRB支撑与水平面夹角偏差≤5°；B R B支撑与水平面垂直度偏差≤5°；BRB支撑与节点板对接错边偏差≤3mm；漆面厚度≮80μm。

5）212mm同节点板焊接，与砌体拉结筋连接，周围填充砌体。抹灰时，在耗能器处挂A4@250mm抗裂钢筋网片，与墙体搭接300mm。

4.2 墙式剪切型抗震耗能器

1）加工锚板。先用大于锚筋直径4mm的钻头钻孔，再用大钻头进行扩孔。扩孔应成45°坡口；焊缝为耳机焊缝，探伤合格后方可预埋。

2）绑扎上下墩台钢筋，安装预埋件。墩台高度允许误差为±3mm；墩台与结构水平距离允许误差为±5mm；埋件表面倾斜不得超过3mm；上下墩台中心线允许偏差为0～5mm；上下墩台竖直方向中心线在同一平面内。

3）制作阻尼器等高模型（墙厚方向同墙厚），安装阻尼器等高模型。阻尼器等高模型高度=阻尼器名义高度+5mm，高度误差不得＞5mm。

4）待楼层混凝土达到设计强度后，拆除阻尼器等高模型，将阻尼器就位至设计位置，焊接安装。分层焊接，每焊完一层，用小锤将焊皮敲净。焊缝等级为二级，不得出现焊接质量通病。

5）在阻尼器两侧填充200mm宽松散材料，然后做建筑面层。抹灰时，在耗能器处挂A4@250mm抗裂钢筋网片，与墙体搭接300mm。

5 质量控制要点

1）清理工作面混凝土表面浮浆、灰尘等。清理钢构件表面油污、泥沙、灰尘等。

2）对埋板及埋件拉拔试验合格后方可进行安装，拉拔检查为全数检查，在混凝土强度达到设计强度后进行。

3）根据设计图纸进行平面定位，放出节点板位置并弹墨线标示，核查过程中安装尺寸及角度是否正确。

4）隔离设置吊耳，严禁单点起吊，避免吊装过程中构件变形较大，避免安装过程中对原结构的破坏。

5）产品运输到合适安装位置后，用电动葫芦借助主体结构吊起，调节上下左右位置及角度后初步固定。

6）若产品长度和节点板之间的间距存在误差，通过现场切割或焊接的方法消除误差。若误差超出规范允许范围，修改及补救办法需要通过产品设计人员同意。

7）产品位置校正无误厚应及时进行电焊固定，先焊上端节点，后焊接下端节点。

8）焊接时需要遵循合理的焊接顺序，先焊接收缩变形较大的横缝，而后焊接纵向焊缝，先焊对接焊缝而后焊接角焊缝。

9）多层焊接要连续施焊，每层焊缝焊完后应该及时清理检查，清除缺陷后再焊下一道。

10）安装完成后要及时涂刷防锈漆，防锈漆采用环氧富锌漆，厚度≮80μm，对于钢材表面存在锈蚀情况时，应进行喷砂除锈。

6 结语

自汶川地震后，国家对建筑抗震提出了新要求，抗震耗能器就是此类产品，它能很好地加强建筑结构抗震性能，特别是一些公共建筑，使用的频率逐渐增加，地震时能够很好阻止建筑的瞬间倒塌，从而降低地震带来的人员伤亡和财产损失。