汶川地震框架结构震害分析及减震技术的应用★

成琬玥 何 斌，2 纳曼·麦麦提，2 柯 谱，2 徐 静

(1.喀什大学土木工程学院，新疆 喀什 844008; 2.喀什大学建筑设计研究中心(所)，新疆 喀什 844008)

1 框架结构震害

校舍建筑由于需要大开间作为教室，经常使用框架结构作为承载体系。尽管具有一定的延性，“5·12”汶川地震中框架结构仍呈现出不同的震害形式。叶列平(2008)提出框架结构的主体震害一般较轻，主要破坏发生在围护结构和填充墙；框架结构可以使用和加固后使用的比例占调查总数的86%；建议进一步完善结构的构造要求，同时提出框架结构强柱弱梁机制在实际地震中很难实现。孙治国(2010)对包括映秀镇、汉旺镇等几个震中区域进行调研，指出存在大量的非延性(脆性)的剪切破坏、弯剪破坏，呈现出“强梁弱柱”“强构件弱节点”等现象，未完工框架结构项目也大量呈现出各种破坏。吴振波(2010)指出在统计的61栋框架结构中，倒塌和严重破坏的仅占9.8%；但是处于小震烈度区的框架也普遍出现填充墙的开裂现象。他同时也强调了“强柱弱梁”机制无法实现，提出采用设置次要剪力墙减少弹性阶段结构位移。叶列平(2009)对汶川地震极震区同一个地点的建筑群震害进行统计，指出尽管框架结构根据《混凝土抗震设计规范》设计，但是由于填充墙等影响，其未倒塌建筑结构的实际抗震承载力储备比较大；同时由于塑性变形能力的存在、提高整体结构冗余度等可以使得结构整体屈服机制得以实现。

因此，对于框架结构而言，如何充分利用框架延性较好特性，提高其耗能能力，是对既有框架结构加固改造的一种较好选择。采用阻尼器加固框架结构，一方面可以通过阻尼器的耗能保证整体结构处于弹性阶段、或者在可以接受的塑性变形阶段；另一方面保证结构改造仅仅限于局部某些区域、施工周期短。

2 分析方法

1)框架在地震作用下，呈现出剪切型变形特性。采用阻尼器加固框架结构首先要确定加固的目标和加固设计方法，同时采用诸如简化分析和通用有限元程序进行动力响应分析。翁大根(2012)认为可以将消能部件与主体结构分开设计，而采用附加消能部件产生的抗力作为影响未设阻尼器结构的运动方程的因素，采用预先估算结构减震所需的附加阻尼比和验算实际附加阻尼比的方式。同时针对某5层规则框架引入JSSIM法进行估算期望附加阻尼力，同时对比了采用SAP2000时程分析的计算结果，提出小震下结构地震响应效果较差、而罕遇地震则能大大增加安全延性空间的结论。刘中伟(2016)采用等效阻尼比的方式考虑阻尼器提供的耗能效应，即一周内耗能等效的原则得到等效阻尼比，将框接结构的阻尼比由5%提高到7%；采用罕遇地震下基底剪力时程、顶点位移时程、顶点加速度时程和层间位移角以及楼层侧移包络等参数，考察减震前后结构的反应。

2)基于振动台试验的减震框架结构动力反应分析。通过拟静力试验可以获得阻尼器本构模型，而通过振动台试验可以验证数值分析结果以及发现实际问题。苏丰阳(2014)介绍了设置某黏滞阻尼器斜撑的单榀两层框架对照振动台试验，采用模拟小震和罕遇地震的天然波和人工波作为输入，以顶层最大峰值响应、位移均方根响应和最大加速度作为控制性指标进行检验，提出设置黏滞阻尼器可以有效降低结构在地震中的反应。同时也提出直接相连的梁柱节点区域有额外负担。李洪泉(1996)针对单榀剪切型三层框架进行设置软刚阻尼器的对照缩尺振动台试验，采用El centro波输入模拟小震、大震和大震后修复的框架结构动力反应；通过宏观观测和拾取位移反应时程曲线方式，提出对于震后有损结构采用阻尼器加固的方式有效改善地震作用下变形集中的现象。

3 工程实践

刘中伟(2016)采用等效阻尼比的方式考虑阻尼器提供的耗能效应，即一周内耗能等效的原则得到等效阻尼比，将框架结构的阻尼比由5%提高到7%；采用罕遇地震下基底剪力时程、顶点位移时程、顶点加速度时程和层间位移角以及楼层侧移包络等参数，考察减震前后结构的反应。杨康(2016)采用黏滞流体阻尼器对江苏盐城某6层L形框架结构进行加固，采用逐步增加反应谱阻尼比至层间位移角刚好满足《抗规》要求的方式获得附加阻尼比。龚杰(2016)就广州某单跨4层框架结构，采用对横向框架设置附加非线性黏滞阻尼器的方式进行加固，采用Perform-3D以柱钢筋的应变作为监测柱的性能状态。计算结果表明有控制结构在罕遇地震作用下整体破坏远小于无控制结构。

4 结语

汶川地震中，对于框架结构的震害调查表明按规范设计的主体结构震害属于可控范围，但是普遍存在填充墙发生破坏或倒塌的问题。阻尼器可以有效控制主体结构的位移和加速度等反应指标，同时由于其加固时涉及建筑范围较小、施工方便，在今后的框架结构加固中有进一步推广的可能。

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