(山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院 山東 濟(jì)南 250101)

引言

消能減震技術(shù)[1]作為一種結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制措施，在結(jié)構(gòu)中有效位置布置消能器，利用其在地震中在結(jié)構(gòu)主體進(jìn)入非彈性狀態(tài)前先進(jìn)入耗能工作狀態(tài)，使作用在主體結(jié)構(gòu)上的地震能量大幅降低，從而降低結(jié)構(gòu)反應(yīng)，達(dá)到安全性目標(biāo)。目前，消能減震技術(shù)發(fā)展迅速，在高烈度區(qū)應(yīng)用愈加廣泛。建筑消能減震技術(shù)規(guī)程的實(shí)施為這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用提供了可靠的保證。清華大學(xué)葉列平教授、陸新征教授等對(duì)高烈度區(qū)實(shí)際工程采用BRB的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的動(dòng)力彈塑性分析[2]，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際工程的應(yīng)用起到了借鑒作用。

一、工程概況

抗震設(shè)防烈度為8度(0.2g)地區(qū)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)設(shè)定為一級(jí)，特征周期為0.55s，因此通過布置防屈曲約束支撐(BRB)以增加整體結(jié)構(gòu)的安全性。BRB在多遇地震下不進(jìn)行耗能，僅提供結(jié)構(gòu)剛度，在設(shè)防地震、罕遇地震下進(jìn)行屈服耗能[3]。

二、RC-BRB框架體系模型建立

通過PKPM-SATWE的彈性計(jì)算結(jié)果，屈曲約束支撐設(shè)計(jì)布置應(yīng)符合：多遇地震下主體結(jié)構(gòu)仍保持彈性，且非結(jié)構(gòu)構(gòu)件無明顯損壞；罕遇地震下，BRB能有效進(jìn)入耗能階段；根據(jù)地震作用和層間位移限制等在合適位置布置選擇適當(dāng)數(shù)目的BRB；BRB布置在層間相對(duì)位移樓層，以提高減震效率[4]；針對(duì)薄弱層采取加強(qiáng)措施。

(一)布置方案

根據(jù)建筑要求將36組屈曲約束支撐安裝在原結(jié)構(gòu)上，屈曲約束支撐型號(hào)噸位一致[5]。屈曲約束支撐具體數(shù)量確定主要以原結(jié)構(gòu)(PKPM模型)的各層間剪力和位移角作為依據(jù)，屈曲約束支撐規(guī)格如表1所示。

表1 屈曲約束支撐布置參數(shù)

(二)地震波的選取

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]規(guī)定，篩選出5條天然波和2條人工波，7條時(shí)程反應(yīng)譜和規(guī)范反應(yīng)譜曲線對(duì)比如圖2所示。

圖1 平均反應(yīng)譜與規(guī)范反應(yīng)譜對(duì)比

(三)模型建立

根據(jù)結(jié)構(gòu)分析特點(diǎn)，建立的結(jié)構(gòu)PERFORM-3D模型如圖3所示。

三、RC-BRB框架體系抗震性能分析

(一)ST1消能減震結(jié)構(gòu)罕遇地震響應(yīng)分析

選擇地震響應(yīng)相對(duì)較大的AW1、EL、TAFT進(jìn)行罕遇地震作用下的彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析，保留其波峰特征及有效持時(shí)的前提下統(tǒng)一截取其20s時(shí)長進(jìn)行彈塑性計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)最大層間位移角為：AW1在X向?yàn)?/175；EL在Y向?yàn)?/151；TAFT在Y向?yàn)?/151。

由上述AW1、EL、TAFT中的三條時(shí)程波在罕遇地震作用下X、Y向的計(jì)算結(jié)果可知，消能減震結(jié)構(gòu)(ST1)的層間位移角都滿足規(guī)范1/100的限值要求，這充分說明結(jié)構(gòu)采用BRB進(jìn)行消能減震設(shè)計(jì)是切實(shí)有效的。

(二)結(jié)構(gòu)損傷

以反應(yīng)最大的AW1時(shí)程波為代表，對(duì)消能減震結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震作用下的彈塑性屈服機(jī)制分析[7]。其中圖4為整體結(jié)構(gòu)X向隨時(shí)間步長增加20s時(shí)的彈塑性發(fā)展示意圖。

圖2 結(jié)構(gòu)PERFORM-3D模型

圖3 X向塑性鉸20s發(fā)展示意圖

設(shè)置屈曲約束支撐的消能減震結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下呈現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的塑性鉸發(fā)展機(jī)制，塑形鉸承載力未明顯降低，且在結(jié)構(gòu)中的帶屈曲約束支撐的子框架部分梁柱塑形鉸大部分處于IO狀態(tài)，未達(dá)到極限承載力出現(xiàn)破壞，為此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提高子框架梁的配筋(正負(fù)配筋不得小于3000mm2)，柱的配筋率不得小于3%，梁柱箍筋通長加密，間距不大于100mm，使其滿足《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》中的要求。

(三)BRB滯回耗能

在罕遇地震作用下，取AW波X、Y方向各一個(gè)屈服力最大的屈曲約束支撐，做出其在8度(0.2g)罕遇地震下的滯回曲線，如圖8所示。

圖4 AW時(shí)程波作用下X向BRB滯回曲線

BRB在8度(0.2g)罕遇地震作用下有效參與結(jié)構(gòu)耗能，與原結(jié)構(gòu)相比能夠明顯減小整體變形，并且在塑形鉸分布規(guī)律來看，框架梁柱的塑形鉸處于非嚴(yán)重降低的狀態(tài)。

四、結(jié)論

(1)在結(jié)構(gòu)中共設(shè)置屈曲約束支撐36個(gè)，通過七條時(shí)程波的計(jì)算分析，得出多遇地震作用下AW1波、EL波和TAFT波分析結(jié)果最大，以其最為罕遇地震分析地震波。RC-BRB框架結(jié)構(gòu)體系在8度(0.2g)罕遇地震時(shí)X、Y向最大層間位移角均滿足規(guī)范的1/100要求。

(2)基于多遇、罕遇地震作用下原結(jié)構(gòu)與消能減震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析表明，結(jié)構(gòu)采用屈曲約束支撐減震設(shè)計(jì)之后，較好地改善了原結(jié)構(gòu)薄弱層的抗震性能。結(jié)構(gòu)中子框架部分已達(dá)到極限承載力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮配筋加強(qiáng)措施，柱配筋率不得小于3%，可通過加固鋼板使其滿足要求，并且箍筋沿柱全長加密。