探究消能减震技术在结构抗震加固改造中的应用

杜秀丽

(青岛黄海学院，山东 青岛 266427)

所谓消能减震技术，其属于结构被动控制的一种，其具备以下几点优势。首先，作业现场“无湿化”，几乎不会对建筑使用功能造成影响。其次，消能效果尤为显著，基于设计合理的情况下能够满足绝大多数的抗震要求。可以在确保建筑外貌不发生变化的基础上，增强建筑物的抗震能力。

1 消能减震装置的主要类型及其原理

第一，速度相关型。这一类型的消能减震装置常见的有黏滞以及黏弹性阻尼器这两种。对于黏弹性阻尼器而言，其具有很强的被动减震控制效果，主要是借助黏弹性材料自身带有的滞回耗能特点，为结构提供额外的阻尼与刚度，从而降低建筑结构发出的动力反应，以此实现减震。至于黏滞阻尼器则是依据流体运动，主要原理依据是流体在穿过节流孔时会生成一定的黏滞阻力，也属于一种刚度型阻尼器。

第二，位移相关型。摩擦与金属阻尼器则是这一类型消能减震装置的代表。特别是针对地震传输给建筑结构的能量，通过金属材料发生的塑性形变能够最有效将能量削弱，基于地震作用的影响下，金属阻尼器会比建筑梁柱的功能结构构件更早地实现塑性，因为其具备出色的滞回性能，因此能够将地震能量的发部分耗散掉，以此发挥出消能减震的作用。而对于摩擦阻尼器而言，则是记住消能装置内部各固体间发生的相对滑动将地震能量耗散。因此其滞回圈与矩形十分相似，所以其库仑特性以及耗能性十分明显，具有十分广阔的应用空间。

第三，其他类型。例如：MR流体阻尼器、调谐质量阻尼器以及电流变流体阻尼器等等[1]。

2 结构抗震加固改造应用消能减震技术的关键点分析

2.1 消能减震技术应用于抗震加固改造中的设计思路

第一，对刚度进行调节。主要是使用剪切型或者是支撑型的耗能器，针对结构刚度的实际分布加以调整，继而将抗侧刚度进一步提高。第二，将阻尼和刚度相结合。也就是将结构所附带的阻尼比增加，这样能够对结构刚度进行调节的同时，可以通过这样的方式削弱地震影响。第三，增加阻尼。在不对现有结构刚度加以改变的条件下，将其阻尼比进一步提高，使用速度相关型与合理科学的布置，将结构阻尼比整体提高，从而减少地震影响。第四，消能减震设备应该依据不同的设计需要，选择相应的耗能路径。比如可以依据实际情况设计成大震耗能或者是小震耗能等。在抗震加固工程中应用消能减震技术不是防止以往的加固方式，而是能够借助消能减震技术，最大限度地减少以往加固方式在工程中的使用量，借助消能减震技术结合以往加固方式，从而选择最具可行的抗震加固方案，也只有这样才能让抗震加固更为安全也更具经济性。

2.2 安放阻尼器的部位

针对工程结构来讲，通常阻尼器的安放部位有以下几个。(1)结构支撑。阻尼器与支撑能够一同形成消能支撑。主要的形式为交叉支撑与单斜杆支撑等。(2)设置在梁节点位置以此构成消能节点。(3)三铰接门钢架，应将阻尼器安放于上部铰接处。出于思考到屋盖部分存在温度变形的可能，所以上部铰接处有很大可能未在屋顶设计中，是将其设计与屋盖部分与柱子之间的铰接处。(4)在柱头与大型屋盖之间的连接部位。关于柱头与屋盖的连接有可能是滑动支座或者是铰接。将阻尼器安放于该部位一方面能够提高结构的整体阻尼，另一方面还能够阻止柱子与屋盖之间发生的相对位移，无论是大风还是地震情况均能达到一定的减震效果。(5)安放于大型屋盖。其实发生变形或者是位移可能性最大的位置就是大型屋盖上，使用阻尼器能够取代一部分多余杆，不然就另外添加阻尼器，这样进一步提高阻尼比，降低地震反应。

2.3 分析计算消能减震结构

在对阻尼器结构进行设置的过程中，无论是其结构的动力反应还是其动力特性均会发生一定变化，要是面对小震，阻尼器会快速处在工作状态，在结构主体还未能进到弹塑性状态时，阻尼器就已经进到弹性状态了，因此其呈现出较强的非线性。当面临大震时，主体会步入弹塑性阶段，而阻尼器也会处在非线性状态下，所以在分析减震结构时最好使用时程分析法。现下说使用的SAP2000程序却没有使用“蛮力方法”对减震结构进行非线性分析，主要是采用的一种全新的非线性方法——快速非线性分析。因为这一分析方法具有很快计算速度，主要是假定在结构中具有数量一定的非线性单元，借助弹性结构系和与质量与刚度的Ritz向量，缩减对非线性系统的求解规模[2]。

3 结 语

在对结构进行抗震加固时，应该严格按照有关设计规范中所提出的地震动参数，之后再依据工程结构中存在的具体问题，采取合理的加固计划，一方面要保证结构具有更高的抗震能力，另一方面还应该确保方案的经济与合理性。这样在进行抗震加固改造工程中，不仅能够减低投资金额，而且还能达到实际使用需求，从而使得老旧建筑的安全性进一步增强。