探究消能减震技术在工程中的应用

2015-03-16赵屹峰

建材与装饰 2015年50期

赵屹峰

（广东省建筑设计研究院）

地震是一种突发且危害性极大的自然灾害，传统的抗震结构很难进行有效的抵抗，因此一旦发生将对人民群众的生命和财产安全造成严重的影响。随着科学技术的发展，抗震结构也在不断的创新发展之中，消能减震结构的出现及应用，有效的保护了建筑物的整体结构，避免因为坍塌所所造成的严重经济损失，使地震发生时，人们的生命财产安全得以更多保障。

1 消能减震结构原理及特点

1.1 原理

所谓消能减震技术就是在结构的楼层空间、剪力墙或者节点等部位设置阻尼元件或者耗能装置，通过这些元件和装置产生弯剪扭变形来耗散或吸收地震能量，有效减少结构的地震反应，从而避免结构破坏或者倒塌，使其达到减震的目的。

消能减震可从能量的角度来进行描述（图1），传统抗震结构（1）和消能减震结构（2）在地震中任意时刻的能量方程为：

式中：Ein、Ein′是地震过程中输入体系的能量；Ev、Ev′是结构体系的动能；Ec、Ec′是结构体系的粘滞阻尼耗能；Ek、Ek′是结构体系的弹性应变能；Eh、Eh′是结构体系的滞回耗能；Ed′是耗能元件或阻尼装置吸收或耗散的能量。在消能减震结构体系中，耗能元件或阻尼装置在主体结构进入非弹性状态之前进入耗能状态，消耗大量大部分输入结构体系的地震能量，结构反应将会大幅减小，有效地保护主体结构[1]。

图1 结构能量转换途径对比

1.2 分类

消能减震装置根据耗能的依赖性可分为位移相关型和速度相关型。位移相关型包含摩擦耗能器（图2）、铅挤压阻尼器刚弹塑性阻尼器等，速度相关型包含粘滞阻尼器（图3）和粘弹性阻尼器等[2]。

1.3 优势

图2 Pall 摩擦型耗能器及典型滞回曲线

图3 Pall 油阻尼器及典型滞回曲线

与传统意义上的抗震结构相比较而言，消能减震结构具有两方面的优势：①消能减震结构更为安全，这主要体现为在安装消能减震装置的过程中，能够做到安装位置明确，并且其中的主要耗能装置能够把地震发生之时所产生的大部分能量消耗掉，保证建筑物的稳定性，防止建筑物出现断裂，有效的保障了人民群众的生命财产安全；②消能减震结构比较经济，这主要是由于消能减震结构当中的主体结构以及耗能结构有着明确的分工，在整体结构当中能够有效地降低了震发生之时，荷载对结构的影响，提高了抗震安全系数，并且，消能减震结构的应用，能够降低建筑物在建筑施工过程中5～10%的工程造价，在对旧建筑物进行加固的过程中也能够节省10～60%的造价，提高了相关的建筑施工企业的经济效益，也有利于建筑物抗震质量的提高[3]。